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：

• 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」；

• 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;
      };
    }
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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
    );
  }
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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];
 }
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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;
  }
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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,
    });
  }
}
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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,
    };
}

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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;
  },
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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);
  },
});
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<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>
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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。