在前面第 10 讲中，我介绍了前端框架中的核心能力——模板引擎。其实，除了模板引擎以外，前端框架还提供了很多其他的能力，比如性能优化相关、状态管理相关等。现如今，虽然各式各样的框架层出不穷，但目前稳定排行在前的基本上是这三大热门框架 Angular/React/Vue（排名不分先后）。
对于不同的前端框架来说，各自的设计原理和解决方案都有所不同，开发者可根据自身需要选择合适的前端框架。
今天，我们就来看一下 Angular/React/Vue 三个框架之间的区别、各自的特点和适用场景等
Angular/React/Vue 框架对比
Angular 是一个应用设计框架与开发平台，用于创建高效、复杂、精致的单页面应用，提供了前端项目开发较完整的解决方案。
与此相对，React/Vue 则专注于构建用户界面，在一定程度上来说是一个 JavaScript 库，不能称之为框架。
由于 React/Vue 都提供了配套的页面应用解决方案和工具库，因此我们常常将它们作为前端框架与 Angular 放在一起比较。
实际上，三个框架的关系可以简单用这样的公式表达。
Angular = React/Vue + 路由库（react-router/vue-router） + 状态管理（Redux/Flux/Mobx/Vuex） + 脚手架/构建（create-react-app/Vue CLI/Webpack） + ...
我们先来看看 Angular。
Angular
Angular 最初的设计是针对大型应用进行的，上手成本较高，因为开发者需要掌握一些对前端开发来说较陌生的概念，其中包括依赖注入、模块化、脏检查、AOT 等设计。
依赖注入
依赖注入并不是由 Angular 提出的，它是基于依赖倒置的设计原则设计出来的一套机制。
在项目中，依赖注入体现为：项目提供了这样一个注入机制，其中有人负责提供服务、有人负责消耗服务，通过注入机制搭建了提供服务与消费服务之间的接口。对于消费者来说，无须关心服务是否已经被创建并初始化，依赖注入机制会保证服务的可用性。
在这样的机制下，开发者只需要关注如何使用服务，至于这个服务内部的实现是怎样的、它是什么时候被初始化的、它又依赖了怎样的其他服务，都交给了依赖注入机制来处理，不需要操心。
Angular 提供的便是这样一套依赖注入系统，可以及时创建和交付所依赖的服务。Angular 通过依赖注入来帮你更容易地将应用逻辑分解为服务，并让这些服务可用于各个组件中。这便是 Angular 中的依赖注入设计。
前面提到，Angular 的设计是针对大型应用的，使用依赖注入可以轻松地将各个模块进行解耦，模块与模块之间不会有过多的依赖，可以轻松解决大型应用中模块难以管理的难题。所以在 Angular 中，依赖注入配合模块化组织能达到更好的效果。
模块化组织
Angular 模块把组件、指令和管道打包成内聚的功能块，每个模块聚焦一个特性区域、业务领域、工作流或通用工具。
所以我们可以用 Angular 模块来自行聚焦某一个领域的功能模块，也可以使用 Angular 封装好的一些功能模块，像表单模块 FormModule、路由模块 RouterModule、Http 模块，等等。
通过依赖注入的方式，我们可以直接在需要的地方引入这些模块并使用。模块的组织结构为树状结构，不同层级的模块功能组成了完整的应用。通过树状的方式来，依赖注入系统可高效地对服务进行创建和销毁，管理各个模块之间的依赖关系。
其中，脏检查机制也由于模块化组织的设计，被诟病的性能问题得以解决。
状态更新：脏检查机制
什么是脏检查呢？在 Angular 中，触发视图更新的时机来自常见的事件如用户交互（点击、输入等）、定时器、生命周期等，大概的过程如下：
- 在上述时机被触发后，Angular 会计算数据的新值和旧值是否有差异；
- 若有差异，Angular 会更新页面，并触发下一次的脏检查；
- 直到新旧值之间不再有差异，或是脏检查的次数达到设定阈值，才会停下来。
由于并不是直接监听数据的变动，同时每一次更新页面之后，很可能还会引起新的值改变，这导致脏检查的效率很低，还可能会导致死循环。虽然 AngularJS 有阈值控制，但也无法避免脏检查机制所导致的低效甚至性能问题。
脏检查机制在设计上存在的性能问题一直被大家诟病，在 Angular2+ 中引入了模块化组织来解决这个问题。由于应用的组织类是树结构的，脏检查会从根组件开始，自上而下对树上的所有子组件进行检查。相比 AngularJS 中的带有环的结构，这样的单向数据流效率更高，而且容易预测，性能上也有不少的提升。除了模块化组织之外，Angular2+ 同时还引入了 NgZone，提升了脏检查的性能。
在 Angular 中除了对脏检查机制进行了性能优化，还提供了其他的优化手段，AOT 编译便是其中一种。
用 AOT 进行编译
我们先来介绍下 AOT 编译和 JIT 编译。
- JIT 编译：在浏览器中运行时编译，视图需要花很长时间才能渲染出来，导致运行期间的性能损耗。
- AOT 编译（预编译）：在构建时编译，使得页面渲染更快，可提高应用性能。
Angular 提供了预编译（AOT）能力，无须等待应用首次编译，以及通过预编译的方式移除不需要的库代码、减少体积，还可以提早检测模板错误。
到此，我介绍了 Angular 中的依赖注入、模块化组织、脏检查机制、AOT 编译，这些是 Angular 框架设计中比较核心的概念和解决方案。
除此之外，Angular 提供了完备的结构和规范，新加入的成员能很快地通过复制粘贴完成功能的开发。好的架构设计，能让高级程序员和初入门的程序员写出相似的代码，Angular 通过严格的规范约束，提升了项目的维护体验。
由于 Angular 目标是提供大而全的解决方案，因此相比 Angular，React 和 Vue 则更专注于用户界面的构建和优化，我们继续来看一下 React。
React
React 和 Vue 都是专注于构建用户界面的 JavaSctipt 库，它们不强制引入很多工程类的功能，也没有过多的强侵入性的概念、语法糖和设计，因此它们相对 Angular 最大的优势是轻量。
而对比 Vue，React 最大的优点是灵活，对原生 JavaScript 的侵入性弱（没有过多的模板语法），不需要掌握太多的 API 也可以很好地使用。
React 的哲学是：React 是用 JavaScript 构建快速响应的大型 Web 应用程序的首选方式。
接下来，我们来看看 React 中的一些核心设计和特色，首选便是虚拟 DOM 的设计。
虚拟 DOM
虚拟 DOM 方案的出现，主要为了解决前端页面频繁渲染过程中的性能问题。该方案最初由 React 提出，如今随着机器性能的提升、框架之间的相互借鉴等，在其他框架（比如 Vue）中也都有使用。
虚拟 DOM 的设计，大概可分成 3 个过程，下面我们分别来看看。
1. 用 JavaScript 对象模拟 DOM 树，得到一棵虚拟 DOM 树。
不知道你是否仔细研究过 DOM 节点对象，一个真正的 DOM 元素非常庞大，拥有很多的属性值。一个 DOM 节点包括特别多的属性、元素和事件对象，但实际上我们会用到的可能只有其中很小一部分，比如节点内容、元素位置、样式、节点的添加删除等方法。
所以，我们通过用 JavaScript 对象来表示 DOM 元素的方式，该对象仅包括常用的这些属性方法和节点关系，这样就可以大大降低对象内存、虚拟 DOM 差异对比的计算量等。
2. 当页面数据变更时，生成新的虚拟 DOM 树，比较新旧两棵虚拟 DOM 树的差异。
当我们用 JavaScript 对象来模拟 DOM 节点之后，可以构造出虚拟 DOM 树。
当发生状态变更的时候，可以重新构造一棵新的 JavaScript 对象 DOM 树。通过将新的模拟 DOM 树和旧的模拟 DOM 树进行比较，得到两棵树的差异，并记录下来。在比较之后，我们可以获得这样的差异：
- 需要替换掉原来的节点；
- 移动、删除、新增子节点；
- 修改了节点的属性；
- 对于文本节点的文本内容改变。
如图所示，我们对比了两棵基于<div>元素的 DOM 树，得到的差异有：
- p 元素插入了一个 span 元素子节点；
- 原先的文本节点挪到了 span 元素子节点下面；
经过差异对比之后，我们能获得一组差异记录，接下来我们需要使用它。
3. 把差异应用到真正的 DOM 树上
要实现最终的页面渲染，需要进行一些 JavaScript 操作，将差异应用到真正的 DOM 树上，例如节点的替换、移动、删除，文本内容的改变等。
使用这样的方式来更新页面，可以将页面的 DOM 变更范围减到最小，同时通过将多个状态变更合并计算，可以降低页面的更新频率。因此，使用虚拟 DOM，可以有效降低浏览器计算和性能。
虽然虚拟 DOM 解决了页面被频繁更新和渲染带来的性能问题，但传统虚拟 DOM 依然有以下性能瓶颈：
- 在单个组件内部依然需要遍历该组件的整个虚拟 DOM 树；
- 在一些组件整个模版内只有少量动态节点的情况下，这些遍历都是性能的浪费；
- 递归遍历和更新逻辑容易导致 UI 渲染被阻塞，用户体验下降。
对此，React 框架也有进行相应的优化：使用任务调度来控制状态更新的计算和渲染。
状态更新：任务调度
React 中使用协调器（Reconciler）与渲染器（Renderer）来优化页面的渲染性能。
在 React 里，可以使用ReactDOM.render/this.setState/this.forceUpdate/useState等方法来触发状态更新，这些方法共用一套状态更新机制，该更新机制主要由两个步骤组成。
- 找出变化的组件，每当有更新发生时，协调器会做如下工作：
- 调用组件
render方法将 JSX 转化为虚拟 DOM； - 进行虚拟 DOM Diff 并找出变化的虚拟 DOM；
- 通知渲染器。
- 渲染器接到协调器通知，将变化的组件渲染到页面上。
在 React15 及以前，协调器创建虚拟 DOM 使用的是递归的方式，该过程是无法中断的。这会导致 UI 渲染被阻塞，造成卡顿。
为此，React16 中新增了调度器（Scheduler），调度器能够把可中断的任务切片处理，能够调整优先级，重置并复用任务。调度器会根据任务的优先级去分配各自的过期时间，在过期时间之前按照优先级执行任务，可以在不影响用户体验的情况下去进行计算和更新。
通过这样的方式，React 可在浏览器空闲的时候进行调度并执行任务，篇幅关系这里不再展开。
虚拟 DOM 和任务调度的状态更新机制，是 React 中性能优化的两个重要解决方案。
除了性能优化以外，React 的出现同时带来了特别棒的理念和设计，包括 jsx、函数式编程、Hooks 等。其中，函数式编程的无副作用等优势向来被很多程序员所推崇，Hooks 的出现更是将 React 的函数式编程理念推向了更高峰。
相比于 Angular，React 的入门门槛要低很多，但提到简单易学，就不得不说到 Vue 了。
Vue
Vue 最大的特点是上手简单，框架的设计和文档对新手极其友好。但这并不代表它只是个简单的框架，当你需要实现一些更加深入的自定义功能时（比如自定义组件、自定义指令、JSX 等），你会发现它也提供了友好的支持能力。
很多人会认为 Vue 只是把 Angular 和 React 的优势结合，但 Vue 也有自身的设计和思考特色。这里，我们同样介绍一下 Vue 的设计特点。
虚拟 DOM
前面我们在介绍 React 的虚拟 DOM 时，提到传统虚拟 DOM 的性能瓶颈，Vue 3.0 同样为此做了些优化。
在 Vue 3.0 中，虚拟 DOM 通过动静结合的模式来进行突破：
- 通过模版静态分析生成更优化的虚拟 DOM 渲染函数，将模版切分为块（
if/for/slot)； - 更新时只需要直接遍历动态节点，虚拟 DOM 的更新性能与模版大小解耦，变为与动态节点的数量相关。
可以简单理解为，虚拟 DOM 的更新从以前的整体作用域调整为树状作用域，树状的结构会带来算法的简化以及性能的提升。
状态更新： getter/setter、Proxy
在 Vue 3.0 以前，Vue 中状态更新实现主要依赖了getter/setter，在数据更新的时候就执行了模板更新、watch、computed等一些工作。
相比于之前的getter/setter监控数据变更，Vue 3.0 将会是基于Proxy的变动侦测，通过代理的方式来监控变动，整体性能会得到优化。当我们给某个对象添加了代理之后，就可以改变一些原有的行为，或是通过钩子的方式添加一些处理，用来触发界面更新、其他数据更新等也是可以的。
对比 Angular，Vue 更加轻量、入门容易。对比 React，Vue 则更专注于模板相关，提供了便利和易读的模板语法，开发者熟练掌握这些语法之后，可快速高效地搭建起前端页面。同时，Vue 也在不断地进行自我演化，这些我们也能从 Vue 3.0 的响应式设计、模块化架构、更一致的 API 设计等设计中观察到。
小结
前端框架很大程度地提升了前端的开发效率，同时提供了各种场景下的解决方案，使得前端开发可以专注于快速拓展功能和业务实现。
今天我主要介绍了如今比较热门的三个前端框架：Angular/React/Vue。其中，Angular 属于适合大型前端项目的 “大而全” 的框架，而 React/Vue 则是轻量灵活的库，它们各有各的设计特点。
对于框架的升级，React 选择了渐进兼容的技术方案，而 Angular/Vue 都曾经历过 “断崖式” 的版本升级。
最后，希望你可以思考下：Angular/Vue 在版本升级过程中，为了更彻底地抛弃历史债务而选择了不兼容，这样的做法你们是怎么看待的呢？在我们的业务开发过程中，是否也会存在这样的情况呢？
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