React虚拟列表的实现

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1.背景

在开发过程中，总是遇到很多列表的显示。当上数量级别的列表渲染于浏览器，终会导致浏览器的性能下降。如果数据量过大，首先渲染极慢，其次页面直接卡死。当然，你可以选择其他方式避免。例如分页，或者下载文件等等。我们这里讨论如果使用虚拟列表来解决这个问题。

2.什么是虚拟列表

最简单的描述：列表滚动时，变更可视区域内的渲染元素。

通过 [单条数据预估高度] 计算出 [列表总高度]和[可视化区域高度 ]。并在[可视化区域高度]内按需渲染列表。

3.相关概念简介

下面介绍在组件中，很重要的一些参数信息，这里先进行了解，有个印象，后续在使用的时候才比较明朗。

[单条数据预估高度]：列表中具体某一条列表的具体高度，它可以是 [固定高度]，也可以是[动态高度]
[列表总高度]：当所有数据渲染时，列表的[总高度]
[可视化区域高度]: 挂在虚拟列表的容器。即列表可见的区域
[预估显示条数]：在 [可视化区域高度] 按照 [单条数据预估高度]，可见的数据条数
[开始索引]: [可视化区域高度] 显示的数据的第一条数据的索引
[结束索引]: [可视化区域高度] 显示的数据的最后一条数据的索引
[每条Item 位置缓存]: 因为列表的高度不一定，因此会对每条数据的高度位置进行记录，包括 index索引，top, bottom, lineHeight属性

4.虚拟列表实现

虚拟列表可以简单理解为：当列表发生滚动时，变更[可视化区域高度 ]内的渲染元素，根据上面介绍的相关概念，我们依据这些属性，按照以下步骤进行：

传入组件数据 [数据列表(resources)] 和 [预估高度（estimatedItemSize]
根据 [数据列表(resources)]和 [预估高度（estimatedItemSize] 计算出每条数据的初始位置（当全部渲染时每条数据的占位）
计算出 [列表总高度]
[可视化区域高度] 通过css控制
根据 [可视化区域高度]，计算出可视化区域预估显示条数
初始化可视窗口的 [头挂载元素]和[尾挂载元素]，当发生滚动时，根据滚动差值和滚动方向，重新计算[头挂载元素]和[尾挂载元素]。

依据以上的简介步骤，下面开始来实现一个虚拟列表吧。

4.1 驱动开发：参数剖析

参数	说明	类型	默认值
resources	源数据数组	Array	[]
estimatedItemSize	每条数据的预估高度	number	32px
extrea	用于自定义ItemRender，传递其他参数	any	none
ItemRender	每一条数据渲染的组件	React.FC	`const ItemRender = ({ data }: Data) => (<React.Fragment>{String(data) }</React.Fragment>)`
key	作为遍历时，生成item 的唯一key。需要是resources的数据具体的某个唯一值的字段。用于提高性能。	string	默认顺序自定义 -> id -> key -> index

4.1.1 ItemRender

import React, { useState } from 'react';
import { VirtualList } from 'biz-web-library';
// 定义每一条数据显示的组件
const ItemRender = ({ data }) => {
  let dindex = parseInt(data);
  let lineHeight = dindex % 2 ? '40px' : '80px';
  return (
    <div style={{ lineHeight, background: dindex % 2 ? '#f5f5f5' : '#fff' }}>
      <h3>#{dindex} title name</h3>
      <p>尽情地书写你想编写的内容，不局限于页面高度</p>
    </div>
  );
};
const ItemRenderMemo = React.memo(ItemRender);

4.1.2 数据列表初始化

// 初始化列表数据
const getDatas = () => {
  const datas = [];
  for (let i = 0; i < 100000; i++) {
    datas.push(`${i} Item`);
  }
  return datas;
};

4.1.3 如何使用

// 使用虚拟列表
export default () => {
  let [resources, setResources] = useState([]);
  const changeResources = () => {
    setResources(getDatas());
  };

  return (
    <div>
      <button onClick={changeResources}>click me </button>

      <div
        style={{
          height: '400px',
          overflow: 'auto',
          border: '1px solid #f5f5f5',
          padding: '0 10px',
        }}
      >
        <VirtualList
          ItemRender={ItemRenderMemo}
          resources={resources}
          estimatedItemSize={60}
        />
      </div>
    </div>
  );
};

4.2 组件初始化计算和布局

现在，如何使用已经知道，那么开始实现我们的组件吧。根据传入的数据源resources和预估高度estimatedItemSize,计算出每一条数据的初始化位置。

// 循环缓存列表的总体初始化高度
export const initPositinoCache = (
  estimatedItemSize: number = 32,
  length: number = 0,
) => {
  let index = 0,
  positions = Array(length);
  while (index < length) {
    positions[index] = {
      index,
      height: estimatedItemSize,
      top: index * estimatedItemSize,
      bottom: (index++ + 1) * estimatedItemSize,
    };
  }
  return positions;
};

如果列表每条数据的高度一致，那么这个高度确实是不会改变的。如果每一条数据的高度不固定，那么该位置会在滚动的过程中进行更新。下面统计一些其他需要初始化的参数：

参数	说明	类型	默认值
resources	源数据数组	Array	[]
startOffset	可视区域距离顶部的偏移量	number	0
listHeight	所有数据渲染时，容器的高度	any	none
visibleCount	一页可视化区域条数	number	10
startIndex	可视化区域开始索引	number	0
endIndex	可视化区域结束索引	number	10
visibleData	可视化区域显示的数据	Array	[]

其实对于每一个属性，介绍一下就清楚它的意义所在。但是 [startOffset]这个参数需要重点介绍一下。它就是在滚动过程中，模拟无限滚动的重要属性。它的值，表示我们滚动过程中距离顶部的位置。[startOffset]通过结合[visibleData]达到了无限滚动的效果。
tips: 这里注意 [positions]的位置，相当于一个组件的外部变量。记得不要挂在到组件的static属性上面。

// 缓存所有item的位置
let positions: Array<PositionType>;

class VirtualList extends React.PureComponent{
 
  constructor(props) {
    super(props);
    const { resources } = this.props;

    // 初始化缓存
    positions = initPositinoCache(props.estimatedItemSize, resources.length);
    this.state = {
      resources,
      startOffset: 0,
      listHeight: getListHeight(positions),  // positions最后一条数据的bottom属性

      scrollRef: React.createRef(),  // 虚拟列表容器ref
      items: React.createRef(), // 虚拟列表显示区域ref
      visibleCount: 10, // 一页可视区域条数
      startIndex: 0, // 可视区域开始索引
      endIndex: 10, // // 可视区域结束索引
    };
  }
  // TODO: 隐藏一些其他功能。。。。。


  // 布局
  render() {
  const { ItemRender = ItemRenderComponent, extrea } = this.props;
  const { listHeight, startOffset, resources, startIndex, endIndex, items, scrollRef  } = this.state;
  let visibleData = resources.slice(startIndex, endIndex);

  return (
    <div ref={scrollRef} style={{ height: `${listHeight}px` }}>
      <ul
        ref={items}
        style={{
          transform: `translate3d(0,${startOffset}px,0)`,
        }}
      >
        {visibleData.map((data, index) => {
          return (
            <li key={data.id || data.key || index} data-index={`${startIndex + index}`}>
              <ItemRender data={data} {...extrea}/>
            </li>
          );
        })}
      </ul>
    </div>
  );
  }
}

4.3 滚动触发注册事件与更新

将onScroll通过[componentDidMount]注册到dom上。滚动事件中，使用的requestAnimationFrame,该方法是利用浏览器的空余时间进行执行，可以提高代码的性能。大家想进行深入理解，可以去查阅该api的具体使用。

componentDidMount() {
  events.on(this.getEl(), 'scroll', this.onScroll, false);
  events.on(this.getEl(), 'mousewheel', NOOP, false);

  // 根据渲染，计算最新的节点
  let visibleCount = Math.ceil(this.getEl().offsetHeight / estimatedItemSize);
  if (visibleCount === this.state.visibleCount || visibleCount === 0) {
    return;
  }
  // 因为 visibleCount变更， 更新endIndex, listHeight/ 偏移量
  this.updateState({ visibleCount, startIndex: this.state.startIndex });
}

getEl = () => {
    let el = this.state.scrollRef || this.state.items;
    let parentEl: any = el.current?.parentElement;
    switch (window.getComputedStyle(parentEl)?.overflowY) {
      case 'auto':
      case 'scroll':
      case 'overlay':
      case 'visible':
        return parentEl;
    }
    return document.body;
};

onScroll = () => {
    requestAnimationFrame(() => {
      let { scrollTop } = this.getEl();
      let startIndex = binarySearch(positions, scrollTop);

      // 因为 startIndex变更， 更新endIndex, listHeight/ 偏移量
      this.updateState({ visibleCount: this.state.visibleCount, startIndex});
    });
  };

接下来我们分析一下重点步骤。当进行滚动时，我们是可以拿到当前[scrollRef]虚拟列表容器的 [scrollTop],通过该距离和[positions](记录了每个item的所有位置属性),可以拿到该位置的startIndex。这里为提高性能，我们通过二分法查找：

// 工具函数，放入工具文件
export const binarySearch = (list: Array<PositionType>, value: number = 0) => {
  let start: number = 0;
  let end: number = list.length - 1;
  let tempIndex = null;
  while (start <= end) {
    let midIndex = Math.floor((start + end) / 2);
    let midValue = list[midIndex].bottom;

    // 值相等，则直接返回 查找到的节点（因为是bottom, 因此startIndex应该是下一个节点）
    if (midValue === value) {
      return midIndex + 1;
    }
    // 中间值 小于 传入值，则说明 value对应的节点 大于 start, start往后移动一位
    else if (midValue < value) {
      start = midIndex + 1;
    }
    // 中间值 大于 传入值，则说明 value 在 中间值之前，end 节点移动到 mid - 1
    else if (midValue > value) {
      // tempIndex存放最靠近值为value的所有
      if (tempIndex === null || tempIndex > midIndex) {
        tempIndex = midIndex;
      }
      end = midIndex - 1;
    }
  }
  return tempIndex;
};

获取到startIndex,那么我们就依据startIndex来更新组件State中所有的属性的值。

 updateState = ({ visibleCount, startIndex }) => {
    // 根据新计算的节点，更新data数据
    this.setState({
      startOffset: startIndex >= 1 ? positions[startIndex - 1]?.bottom : 0,
      listHeight: getListHeight(positions),
      startIndex,
      visibleCount,
      endIndex: getEndIndex(this.state.resources, startIndex, visibleCount)
    });
  };

// 下面是工具函数，放在其他文件中的
export const getListHeight = (positions: Array<PositionType>) => {
    let index = positions.length - 1;
    return index < 0 ? 0 : positions[index].bottom;
  };

export const getEndIndex = (
  resources: Array<Data>,
  startIndex: number,
  visibleCount: number,
) => {
  let resourcesLength = resources.length;
  let endIndex = startIndex + visibleCount;
  return resourcesLength > 0 ? Math.min(resourcesLength, endIndex) : endIndex;
}

4.4 item高度不等更新

至此，我们对于基本的dom进行滚动，数据更新等逻辑完成。但是在测试过程中，会发现，如果高度不等，还没进行更新position等操作呢？这些放在哪里呢？
这里，我们的[componentDidUpdate]就该派上用场了。每一次dom完成渲染，那么此时就应该将显示出来的item的位置高度信息更新到 [position]属性中。当前总高度[istHeight] 和偏移量[startOffset]也得同时进行更新。

 componentDidUpdate() {
  this.updateHeight();
}

  
updateHeight = () => {
  let items: HTMLCollection = this.state.items.current?.children;
  if (!items.length) return;

  // 更新缓存
  updateItemSize(positions, items);

  // 更新总高度
  let listHeight = getListHeight(positions);

  // 更新总偏移量
  let startOffset = getStartOffset(this.state.startIndex, positions);

  this.setState({
    listHeight,
    startOffset,
  });
};

// 下面是工具函数，放在其他文件中的
export const updateItemSize = (
  positions: Array<PositionType>,
  items: HTMLCollection,
) => {
  Array.from(items).forEach(item => {
    let index = Number(item.getAttribute('data-index'));
    let { height } = item.getBoundingClientRect();
    let oldHeight = positions[index].height;

    //存在差值, 更新该节点以后所有的节点
    let dValue = oldHeight - height;
    if (dValue) {
      positions[index].bottom = positions[index].bottom - dValue;
      positions[index].height = height;

      for (let k = index + 1; k < positions.length; k++) {
        positions[k].top = positions[k - 1].bottom;
        positions[k].bottom = positions[k].bottom - dValue;
      }
    }
  });
};

//获取当前的偏移量
export const getStartOffset = (
  startIndex: number,
  positions: Array<PositionType> = [],
) => {
  return startIndex >= 1 ? positions[startIndex - 1]?.bottom : 0;
};

export const getListHeight = (positions: Array<PositionType>) => {
  let index = positions.length - 1;
  return index < 0 ? 0 : positions[index].bottom;
};

4.5 外部参数数据变更，更新组件数据

当前最后一步，如果我们传入的外部数据源等进行了变更，那么我们就得同步数据。该操作当然是发放在 getDerivedStateFromProps方法完成。

 static getDerivedStateFromProps(
    nextProps: VirtualListProps,
    prevState: VirtualListState,
  ) {
    const { resources, estimatedItemSize } = nextProps;
    if (resources !== prevState.resources) {
      positions = initPositinoCache(estimatedItemSize, resources.length);

      // 更新高度
      let listHeight = getListHeight(positions);

      // 更新总偏移量
      let startOffset = getStartOffset(prevState.startIndex, positions);

     
      let endIndex = getEndIndex(resources, prevState.startIndex, prevState.visibleCount);
     
      return {
        resources,
        listHeight,
        startOffset,
        endIndex,
      };
    }
    return null;
  }

5 结束语

好了，一个完整的vitural list组件完成，该组件因为每条数据ItemRender的render函数时自定义，所以只要是列表形式，你想虚拟滚动谁，都可以。当然，根据查阅网上的资料，图片的相关的滚动，因为网络问题，无法保证获取列表项的真是高度，从而可能造成不准确的情况。这里暂不做讨论，有兴趣的小伙伴可以再次深入。

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