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背景
小程序在很多场景下面会遇到长列表的交互，当一个页面渲染过多的wxml节点的时候，会造成小程序页面的卡顿和白屏。原因主要有以下几点：
1.列表数据量大，初始化setData和初始化渲染列表wxml耗时都比较长；
2.渲染的wxml节点比较多，每次setData更新视图都需要创建新的虚拟树，和旧树的diff操作耗时比较高；
3.渲染的wxml节点比较多，page能够容纳的wxml是有限的，占用的内存高。
微信小程序本身的scroll-view没有针对长列表做优化，官方组件recycle-view就是一个类似virtual-list的长列表组件。现在我们要剖析虚拟列表的原理，从零实现一个小程序的virtual-list。
实现原理
首先我们要了解什么是virtual-list，这是一种初始化只加载「可视区域」及其附近dom元素，并且在滚动过程中通过复用dom元素只渲染「可视区域」及其附近dom元素的滚动列表前端优化技术。相比传统的列表方式可以到达极高的初次渲染性能，并且在滚动过程中只维持超轻量的dom结构。
虚拟列表最重要的几个概念：
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可滚动区域：比如列表容器的高度是600，内部元素的高度之和超过了容器高度，这一块区域就可以滚动，就是「可滚动区域」；
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可视区域：比如列表容器的高度是600，右侧有纵向滚动条可以滚动，视觉可见的内部区域就是「可视区域」。
实现虚拟列表的核心就是监听scroll事件，通过滚动距离offset和滚动的元素的尺寸之和totalSize动态调整「可视区域」数据渲染的顶部距离和前后截取索引值，实现步骤如下：
1.监听scroll事件的scrollTop/scrollLeft，计算「可视区域」起始项的索引值startIndex和结束项索引值endIndex；
2.通过startIndex和endIndex截取长列表的「可视区域」的数据项，更新到列表中；
3.计算可滚动区域的高度和item的偏移量，并应用在可滚动区域和item上。
1.列表项的宽/高和滚动偏移量
在虚拟列表中，依赖每一个列表项的宽/高来计算「可滚动区域」，而且可能是需要自定义的，定义itemSizeGetter函数来计算列表项宽/高。
itemSizeGetter(itemSize) { return (index: number) => { if (isFunction(itemSize)) { return itemSize(index); } return isArray(itemSize) ? itemSize[index] : itemSize; }; }复制代码
滚动过程中，不会计算没有出现过的列表项的itemSize，这个时候会使用一个预估的列表项estimatedItemSize，目的就是在计算「可滚动区域」高度的时候，没有测量过的itemSize用estimatedItemSize代替。
getSizeAndPositionOfLastMeasuredItem() { return this.lastMeasuredIndex >= 0 ? this.itemSizeAndPositionData[this.lastMeasuredIndex] : { offset: 0, size: 0 }; } getTotalSize(): number { const lastMeasuredSizeAndPosition = this.getSizeAndPositionOfLastMeasuredItem(); return ( lastMeasuredSizeAndPosition.offset + lastMeasuredSizeAndPosition.size + (this.itemCount - this.lastMeasuredIndex - 1) * this.estimatedItemSize ); }复制代码
这里看到了是直接通过缓存命中最近一个计算过的列表项的itemSize和offset，这是因为在获取每一个列表项的两个参数时候，都对其做了缓存。
getSizeAndPositionForIndex(index: number) { if (index > this.lastMeasuredIndex) { const lastMeasuredSizeAndPosition = this.getSizeAndPositionOfLastMeasuredItem(); let offset = lastMeasuredSizeAndPosition.offset + lastMeasuredSizeAndPosition.size; for (let i = this.lastMeasuredIndex + 1; i <= index; i++) { const size = this.itemSizeGetter(i); this.itemSizeAndPositionData[i] = { offset, size, }; offset += size; } this.lastMeasuredIndex = index; } return this.itemSizeAndPositionData[index]; }复制代码
2.根据偏移量搜索索引值
在滚动过程中，需要通过滚动偏移量offset计算出展示在「可视区域」首项数据的索引值，一般情况下可以从0开始计算每一列表项的itemSize，累加到一旦超过offset，就可以得到这个索引值。但是在数据量太大和频繁触发的滚动事件中，会有较大的性能损耗。好在列表项的滚动距离是完全升序排列的，所以可以对已经缓存的数据做二分查找，把时间复杂度降低到 O(lgN) 。
js代码如下：
findNearestItem(offset: number) { offset = Math.max(0, offset); const lastMeasuredSizeAndPosition = this.getSizeAndPositionOfLastMeasuredItem(); const lastMeasuredIndex = Math.max(0, this.lastMeasuredIndex); if (lastMeasuredSizeAndPosition.offset >= offset) { return this.binarySearch({ high: lastMeasuredIndex, low: 0, offset, }); } else { return this.exponentialSearch({ index: lastMeasuredIndex, offset, }); } } private binarySearch({ low, high, offset, }: { low: number; high: number; offset: number; }) { let middle = 0; let currentOffset = 0; while (low <= high) { middle = low + Math.floor((high - low) / 2); currentOffset = this.getSizeAndPositionForIndex(middle).offset; if (currentOffset === offset) { return middle; } else if (currentOffset < offset) { low = middle + 1; } else if (currentOffset > offset) { high = middle - 1; } } if (low > 0) { return low - 1; } return 0; }复制代码
对于搜索没有缓存计算结果的查找，先使用指数查找缩小查找范围，再使用二分查找。
private exponentialSearch({ index, offset, }: { index: number; offset: number; }) { let interval = 1; while ( index < this.itemCount && this.getSizeAndPositionForIndex(index).offset < offset ) { index += interval; interval *= 2; } return this.binarySearch({ high: Math.min(index, this.itemCount - 1), low: Math.floor(index / 2), offset, }); } }复制代码
3.计算startIndex、endIndex
我们知道了「可视区域」尺寸containerSize，滚动偏移量offset，在加上预渲染的条数overscanCount进行调整，就可以计算出「可视区域」起始项的索引值startIndex和结束项索引值endIndex，实现步骤如下：
1.找到距离offset最近的索引值，这个值就是起始项的索引值startIndex；
2.通过startIndex获取此项的offset和size，再对offset进行调整；
3.offset加上containerSize得到结束项的maxOffset，从startIndex开始累加，直到越过maxOffset，得到结束项索引值endIndex。
js代码如下：
getVisibleRange({ containerSize, offset, overscanCount, }: { containerSize: number; offset: number; overscanCount: number; }): { start?: number; stop?: number } { const maxOffset = offset + containerSize; let start = this.findNearestItem(offset); const datum = this.getSizeAndPositionForIndex(start); offset = datum.offset + datum.size; let stop = start; while (offset < maxOffset && stop < this.itemCount - 1) { stop++; offset += this.getSizeAndPositionForIndex(stop).size; } if (overscanCount) { start = Math.max(0, start - overscanCount); stop = Math.min(stop + overscanCount, this.itemCount - 1); } return { start, stop, }; }复制代码
3.监听scroll事件，实现虚拟列表滚动
现在可以通过监听scroll事件，动态更新startIndex、endIndex、totalSize、offset，就可以实现虚拟列表滚动。
js代码如下：
getItemStyle(index) { const style = this.styleCache[index]; if (style) { return style; } const { scrollDirection } = this.data; const { size, offset, } = this.sizeAndPositionManager.getSizeAndPositionForIndex(index); const cumputedStyle = styleToCssString({ position: 'absolute', top: 0, left: 0, width: '100%', [positionProp[scrollDirection]]: offset, [sizeProp[scrollDirection]]: size, }); this.styleCache[index] = cumputedStyle; return cumputedStyle; }, observeScroll(offset: number) { const { scrollDirection, overscanCount, visibleRange } = this.data; const { start, stop } = this.sizeAndPositionManager.getVisibleRange({ containerSize: this.data[sizeProp[scrollDirection]] || 0, offset, overscanCount, }); const totalSize = this.sizeAndPositionManager.getTotalSize(); if (totalSize !== this.data.totalSize) { this.setData({ totalSize }); } if (visibleRange.start !== start || visibleRange.stop !== stop) { const styleItems: string[] = []; if (isNumber(start) && isNumber(stop)) { let index = start - 1; while (++index <= stop) { styleItems.push(this.getItemStyle(index)); } } this.triggerEvent('render', { startIndex: start, stopIndex: stop, styleItems, }); } this.data.offset = offset; this.data.visibleRange.start = start; this.data.visibleRange.stop = stop; },复制代码
在调用的时候，通过render事件回调出来的startIndex, stopIndex，styleItems，截取长列表「可视区域」的数据，在把列表项目的itemSize和offset通过绝对定位的方式应用在列表上
代码如下：
let list = Array.from({ length: 10000 }).map((_, index) => index); Page({ data: { itemSize: index => 50 * ((index % 3) + 1), styleItems: null, itemCount: list.length, list: [], }, onReady() { this.virtualListRef = this.virtualListRef || this.selectComponent('#virtual-list'); }, slice(e) { const { startIndex, stopIndex, styleItems } = e.detail; this.setData({ list: list.slice(startIndex, stopIndex + 1), styleItems, }); }, loadMore() { setTimeout(() => { const appendList = Array.from({ length: 10 }).map( (_, index) => list.length + index, ); list = list.concat(appendList); this.setData({ itemCount: list.length, list: this.data.list.concat(appendList), }); }, 500); }, });复制代码
<view class="container"> <virtual-list scrollToIndex="{{ 16 }}" lowerThreshold="{{50}}" height="{{ 600 }}" overscanCount="{{10}}" item-count="{{ itemCount }}" itemSize="{{ itemSize }}" estimatedItemSize="{{100}}" bind:render="slice" bind:scrolltolower="loadMore"> <view wx:if="{{styleItems}}"> <view wx:for="{{ list }}" wx:key="index" style="{{ styleItems[index] }};line-height:50px;border-bottom:1rpx solid #ccc;padding-left:30rpx">{{ item + 1 }}</view> </view> </virtual-list> {{itemCount}}</view>复制代码
参考资料
在写这个微信小程序的virtual-list组件过程中，主要参考了一些优秀的开源虚拟列表实现方案：
- react-tiny-virtual-list
- react-virtualized
- react-window
总结
通过上述解释已经初步实现了在微信小程序环境中实现了虚拟列表，并且对虚拟列表的原理有了更加深入的了解。但是对于瀑布流布局，列表项尺寸不可预测等场景依然无法适用。在快速滚动过程中，依然会出现来不及渲染而白屏，这个问题可以通过增加「可视区域」外预渲染的item条数overscanCount来得到一定的缓解。
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