Solid.js 无虚拟 DOM 的底层实现与源码解析

Solid.js 简介

Solid.js 是一款现代的 JavaScript 前端框架，它以其独特的设计理念在众多框架中脱颖而出。与传统框架如 React 依赖虚拟 DOM（Virtual DOM）不同，Solid.js 采用了一种全新的思路，完全摒弃了虚拟 DOM 这一概念。

Solid.js 的设计哲学围绕着细粒度的响应式系统和直接的 DOM 操作展开。它在编译阶段就对组件进行分析和优化，将组件逻辑转换为高效的 JavaScript 代码，直接操作真实 DOM，从而避免了虚拟 DOM 带来的额外性能开销和复杂性。这使得 Solid.js 在性能表现上非常出色，特别是在处理频繁更新的应用场景时，能够以极小的性能损耗实现高效的界面更新。

无虚拟 DOM 设计的优势

性能提升：
- 虚拟 DOM 的工作方式是通过创建一个与真实 DOM 结构相似的虚拟树，在状态变化时，对比两棵虚拟树的差异，然后根据差异更新真实 DOM。这个过程虽然在大多数情况下有效，但在复杂应用中，虚拟 DOM 的对比和更新操作可能会带来较大的性能开销。
- 而 Solid.js 直接操作真实 DOM，避免了虚拟 DOM 的创建、对比和更新等中间步骤，减少了不必要的计算。例如，在一个包含大量列表项的应用中，当某一项数据发生变化时，Solid.js 可以直接定位到对应的真实 DOM 元素并进行更新，而无需像虚拟 DOM 那样遍历整棵树来计算差异。
内存占用减少：
- 虚拟 DOM 需要额外的内存来存储虚拟树结构，随着应用规模的增大，虚拟 DOM 所占用的内存也会不断增加。
- Solid.js 由于没有虚拟 DOM，内存使用只涉及到应用本身的数据和真实 DOM 相关的内存，在相同功能的应用下，内存占用通常会比使用虚拟 DOM 的框架更低。这对于一些对内存敏感的设备（如移动设备）或大型复杂应用来说，是一个非常显著的优势。
代码简洁性：
- 虚拟 DOM 框架通常需要开发者理解和处理虚拟 DOM 的概念，包括如何编写高效的渲染函数以减少虚拟 DOM 的对比开销等。这增加了学习成本和代码的复杂性。
- Solid.js 的无虚拟 DOM 设计使得代码更接近传统的命令式 DOM 操作方式，开发者可以更直观地理解和编写代码。例如，在 Solid.js 中更新 DOM 元素的属性就像直接在原生 JavaScript 中操作一样简单，不需要额外的抽象层。

Solid.js 的底层实现原理

响应式系统：
- Solid.js 基于细粒度的响应式系统来追踪数据变化。它使用 JavaScript 的 Proxy 对象来实现数据代理。当访问或修改代理对象的属性时，Solid.js 可以捕获这些操作，并根据这些操作来确定哪些部分的 UI 需要更新。
- 例如，假设有一个响应式数据对象 user：

import { createSignal } from'solid-js';

const [user, setUser] = createSignal({ name: 'John', age: 30 });

这里 createSignal 函数创建了一个响应式信号，user 是当前值的读取器，setUser 是更新值的函数。当 setUser 被调用时，Solid.js 会自动检测到数据变化，并更新依赖于 user 的 UI 部分。
在底层，Solid.js 通过维护一个依赖关系图来管理数据和 UI 之间的关系。每个响应式数据都有一个对应的依赖集合，当数据变化时，Solid.js 会遍历这个依赖集合，通知所有依赖的 UI 部分进行更新。

组件编译与渲染：
- Solid.js 在编译阶段对组件进行深入分析。它将组件的 JSX 代码转换为高效的 JavaScript 代码，这些代码直接操作真实 DOM。在编译过程中，Solid.js 会识别组件中的响应式数据依赖，并生成相应的更新逻辑。
- 例如，对于一个简单的 Solid.js 组件：

import { createSignal } from'solid-js';
import { render } from'solid-js/web';

const App = () => {
  const [count, setCount] = createSignal(0);
  return (
    <div>
      <p>Count: {count()}</p>
      <button onClick={() => setCount(count() + 1)}>Increment</button>
    </div>
  );
};

render(() => <App />, document.getElementById('root'));

编译后，Solid.js 会生成代码直接操作 DOM 来创建和更新 p 元素显示的计数值以及按钮的点击事件处理逻辑。它会将 count 的变化与 p 元素的文本更新建立直接联系，当 count 变化时，直接更新 p 元素的文本内容，而不是通过虚拟 DOM 来间接处理。

DOM 操作优化：
- Solid.js 采用了一些 DOM 操作优化策略。它会尽量复用已有的 DOM 元素，避免不必要的创建和销毁。例如，在列表渲染中，当列表项的数据发生变化时，Solid.js 会尝试只更新发生变化的部分，而不是重新渲染整个列表。
- 假设有一个列表组件：

import { createSignal } from'solid-js';
import { render } from'solid-js/web';

const List = () => {
  const items = createSignal([1, 2, 3]);
  return (
    <ul>
      {items().map((item) => (
        <li key={item}>{item}</li>
      ))}
    </ul>
  );
};

render(() => <List />, document.getElementById('root'));

如果 items 中的某个元素发生变化，Solid.js 会找到对应的 li 元素并直接更新其文本内容，而不是重新创建整个 ul 及其子元素。这种细粒度的更新策略使得 Solid.js 在处理动态列表等场景时性能表现优异。

源码解析

响应式系统源码分析：
- 在 Solid.js 的源码中，响应式系统的核心实现位于 reactive 模块。createSignal 函数是创建响应式信号的关键入口。
- 以下是简化版的 createSignal 实现思路：

function createSignal(initialValue) {
  let value = initialValue;
  const subscribers = new Set();

  const get = () => {
    if (activeEffect) {
      subscribers.add(activeEffect);
    }
    return value;
  };

  const set = (newValue) => {
    value = newValue;
    subscribers.forEach((effect) => effect());
  };

  return [get, set];
}

这里 activeEffect 是当前正在执行的副作用函数（通常是组件的渲染函数）。当 get 方法被调用时，如果存在 activeEffect，则将其添加到 subscribers 集合中，表示该副作用函数依赖于这个信号。当 set 方法被调用时，新值被设置，并且所有依赖的副作用函数（即 subscribers 中的函数）会被重新执行，从而触发 UI 更新。

组件编译与渲染源码分析：
- Solid.js 的组件编译和渲染主要由 jsx 模块和 runtime 模块协同完成。jsx 模块负责将 JSX 代码转换为中间表示形式，而 runtime 模块则将这些中间表示转换为实际的 DOM 操作代码。
- 在 runtime 模块中，render 函数是渲染的入口。它接收一个渲染函数和一个目标 DOM 元素作为参数。
- 简化版的 render 函数实现思路如下：

function render(renderFn, target) {
  const container = document.createElement('div');
  let prevVNode;
  const update = () => {
    const vNode = renderFn();
    if (!prevVNode) {
      const dom = createDomFromVNode(vNode);
      container.appendChild(dom);
      target.appendChild(container);
    } else {
      patch(prevVNode, vNode);
    }
    prevVNode = vNode;
  };
  update();
  return () => {
    target.removeChild(container);
  };
}

这里 createDomFromVNode 函数将虚拟节点（虽然 Solid.js 无虚拟 DOM，但在编译过程中会有类似虚拟节点的中间表示）转换为真实 DOM 元素。patch 函数负责对比前后两次渲染的差异并更新 DOM。在实际的 Solid.js 源码中，这些函数的实现更为复杂，并且会利用编译阶段的优化信息来提高更新效率。

DOM 操作优化源码分析：
- 在处理 DOM 操作优化时，Solid.js 源码中有专门的逻辑来处理列表更新等场景。例如，在处理列表渲染时，会根据 key 属性来判断列表项是否需要更新、移动或删除。
- 简化版的列表更新逻辑如下：

function updateList(prevItems, nextItems, keyExtractor, updateItem) {
  const prevMap = new Map();
  prevItems.forEach((item, index) => {
    prevMap.set(keyExtractor(item), { item, index });
  });

  nextItems.forEach((nextItem, nextIndex) => {
    const key = keyExtractor(nextItem);
    const prevEntry = prevMap.get(key);
    if (prevEntry) {
      if (prevEntry.index!== nextIndex) {
        // 移动 DOM 元素
      }
      updateItem(prevEntry.item, nextItem);
      prevMap.delete(key);
    } else {
      // 创建新的 DOM 元素
    }
  });

  prevMap.forEach(({ item }) => {
    // 删除不再存在的 DOM 元素
  });
}

这里 keyExtractor 函数用于提取列表项的 key，updateItem 函数用于更新列表项的 DOM。通过这种方式，Solid.js 可以高效地处理列表的动态变化，避免不必要的 DOM 操作。

应用场景与案例

数据展示类应用：
- 对于数据展示类应用，如报表系统、数据看板等，经常需要实时展示大量数据的变化。Solid.js 的无虚拟 DOM 设计和高效的响应式系统使其非常适合这类场景。
- 例如，一个实时股票数据看板应用，股票价格等数据频繁变化。使用 Solid.js 可以直接根据数据变化更新 DOM 元素，如显示股票价格的 span 元素，而不会因为虚拟 DOM 的对比开销而影响性能。用户可以实时看到数据的准确更新，且应用的响应速度非常快。
表单类应用：
- 在表单类应用中，用户输入会频繁触发状态变化。Solid.js 可以轻松处理这些变化，直接更新相关的 DOM 元素，如输入框的样式、提示信息等。
- 以一个注册表单为例，当用户输入用户名时，Solid.js 可以实时检查用户名是否符合规则，并直接更新用户名下方的提示信息的 DOM 元素，告知用户用户名是否可用。整个过程响应迅速，且代码逻辑简单易懂，因为无需处理复杂的虚拟 DOM 相关操作。
案例分析 - 小型项目实践：
- 假设我们要开发一个简单的待办事项应用。使用 Solid.js，我们可以这样实现：

import { createSignal } from'solid-js';
import { render } from'solid-js/web';

const TodoApp = () => {
  const [todos, setTodos] = createSignal([]);
  const [newTodo, setNewTodo] = createSignal('');

  const addTodo = () => {
    if (newTodo()) {
      setTodos([...todos(), { id: Date.now(), text: newTodo(), completed: false }]);
      setNewTodo('');
    }
  };

  const toggleTodo = (todoId) => {
    setTodos(todos().map((todo) =>
      todo.id === todoId? { ...todo, completed:!todo.completed } : todo
    ));
  };

  return (
    <div>
      <input
        type="text"
        value={newTodo()}
        onChange={(e) => setNewTodo(e.target.value)}
        placeholder="Add a new todo"
      />
      <button onClick={addTodo}>Add Todo</button>
      <ul>
        {todos().map((todo) => (
          <li key={todo.id}>
            <input
              type="checkbox"
              checked={todo.completed}
              onChange={() => toggleTodo(todo.id)}
            />
            {todo.text}
          </li>
        ))}
      </ul>
    </div>
  );
};

render(() => <TodoApp />, document.getElementById('root'));

在这个案例中，我们可以看到 Solid.js 如何通过响应式系统轻松处理待办事项的添加、状态切换等操作。当用户输入新的待办事项并点击添加按钮时，addTodo 函数会更新 todos 状态，Solid.js 会直接根据新的 todos 数据更新列表的 DOM，添加新的列表项。当用户切换待办事项的完成状态时，toggleTodo 函数更新 todos 状态，Solid.js 同样直接更新对应的列表项 DOM，实现状态的视觉反馈。整个应用的开发过程简单直接，性能表现也很出色。

与其他框架的对比

与 React 的对比：
- 虚拟 DOM 与无虚拟 DOM：React 依赖虚拟 DOM 来实现高效的 UI 更新，通过对比虚拟树的差异来更新真实 DOM。而 Solid.js 完全摒弃了虚拟 DOM，直接操作真实 DOM。这使得 React 在复杂应用中，虚拟 DOM 的对比开销可能成为性能瓶颈，而 Solid.js 则可以避免这一问题，在性能上更具优势，特别是在频繁更新的场景下。
- 编程模型：React 使用函数式组件和 JSX 的编程模型，强调组件的纯函数性质和不可变数据。Solid.js 同样支持 JSX，但它的响应式系统使得代码更接近命令式编程风格。例如，在 React 中更新状态需要通过 setState 或 useState 的回调方式，而在 Solid.js 中可以直接调用 set 函数更新响应式数据。
- 学习曲线：React 的虚拟 DOM 概念和函数式编程模型对于初学者来说可能有一定的学习难度。Solid.js 的无虚拟 DOM 设计和更接近传统 DOM 操作的方式，使得初学者更容易上手，学习曲线相对较平缓。
与 Vue 的对比：
- 响应式系统：Vue 采用基于 Object.defineProperty 的响应式系统，而 Solid.js 使用 Proxy 实现响应式。Proxy 提供了更强大和灵活的代理能力，在处理复杂数据结构和嵌套对象时更具优势。同时，Solid.js 的细粒度响应式系统可以更精准地追踪数据变化，而 Vue 在一些深层次对象变化时可能需要特殊处理（如 Vue.set）。
- 模板语法与 JSX：Vue 使用模板语法来描述 UI，而 Solid.js 支持 JSX。模板语法对于习惯 HTML 风格的开发者可能更容易理解，而 JSX 则更受熟悉 JavaScript 语法的开发者欢迎。在功能上，两者都能实现复杂 UI 的构建，但 JSX 在表达能力上可能更灵活，因为它本质上是 JavaScript 语法的扩展。
- 性能表现：在性能方面，Vue 在数据变化时也需要进行一定的依赖追踪和 DOM 更新操作。Solid.js 的无虚拟 DOM 设计和更高效的 DOM 操作优化，在某些场景下（如频繁更新的动态列表）可以实现更低的性能损耗，提供更流畅的用户体验。

未来发展与社区生态

未来发展趋势：
- 随着前端应用的不断复杂化和对性能要求的不断提高，Solid.js 的无虚拟 DOM 设计理念可能会受到更多关注。它有可能在更多领域得到应用，如大型企业级应用、高性能 Web 游戏等。
- Solid.js 团队也在不断改进和优化框架，未来可能会推出更多的功能和优化策略。例如，进一步提升编译阶段的优化能力，使生成的代码更加高效；加强对 TypeScript 的支持，提供更完善的类型检查和智能提示，以满足大型项目的开发需求。
社区生态建设：
- 目前，Solid.js 的社区相对较小，但处于快速发展阶段。社区提供了丰富的文档和教程，帮助开发者快速上手。同时，社区也在积极开发各种插件和工具，如路由库、状态管理库等，以完善 Solid.js 的生态系统。
- 越来越多的开发者开始关注和使用 Solid.js，这将促进社区的进一步发展。随着社区的壮大，将会有更多的优质开源项目基于 Solid.js 开发，为开发者提供更多的选择和参考，推动 Solid.js 在前端开发领域的广泛应用。