Virtual DOM

Virtual DOM

React는 UI의 상태를 추적하고 변화가 일어난 요소들을 빠르게 업데이트할 수 있도록 Virtual DOM이라는 가상의 DOM 객체를 활용한다.

이는 실제 DOM의 사본 같은 개념으로, React는 실제 DOM 객체에 접근하여 조작하는 대신 이 가상의 DOM 객체에 접근하여 변화 전과 변화 후를 비교하고 바뀐 부분을 적용한다.

가상 DOM은 실제 DOM과 동기화되어, 상태가 변경될 때마다 가상 DOM을 새로 생성하여 이전 상태와 비교한다. 그리고 변경이 필요한 부분만 실제 DOM에 반영하여 업데이트하므로, 전체 UI를 다시 그리지 않아도 된다.

Virtual DOM의 동작 과정

리액트는 상태를 변경하는 작업(e.g. 이벤트)이 일어났을 때, 가상 DOM에 저장된 이전 상태와 변경된 현재 상태를 비교한다.

이 비교 과정에서 React는 Diffing 알고리즘을 사용하여 변경된 부분을 감지한다. 따라서 React에서 상태를 변경하는 경우에는 Diffing 알고리즘에서 이를 감지할 수 있도록 직접 할당이 아닌 setState와 같은 메서드를 활용해 상태를 변경한다.

그리고 가상 DOM과 변경된 새로운 가상 DOM을 비교하여 변경이 필요한 부분만 실제 DOM에 반영하여 업데이트한다. 이것을 Reconciliation, 즉 재조정이라고 한다.

이 과정에서 여러 개의 상태 변화가 있을 경우 이를 일일이 수행하지 않고 일괄적으로 한 번에 업데이트(Batch Update)한다. 이를 통해 성능을 최적화하고 불필요한 리렌더링을 최소화할 수 있다.

React Diffing Algorithm

React가 기존 가상 DOM과 변경된 새로운 가상 DOM을 비교할 때, React 입장에서는 변경된 새로운 가상 DOM 트리에 부합하도록 기존의 UI를 효율적으로 갱신하는 방법을 알아낼 필요가 있었다.

만약 이 알고리즘을 그대로 React에 적용한다면 1000개의 엘리먼트를 실제 화면에 표시하기 위해 10억(1000^3)번의 비교 연산을 해야만 한다. React는 두 가지의 가정을 가지고 시간 복잡도 O(n)의 새로운 휴리스틱 알고리즘(Heuristic Algorithm)을 구현해 낸다.

1. 각기 서로 다른 두 요소는 다른 트리를 구축할 것이다.
2. 개발자가 제공하는 key 프로퍼티를 가지고, 여러 번 렌더링을 거쳐도 변경되지 말아야 하는 자식 요소가 무엇인지 알아낼 수 있을 것이다.

실제 이 두 가정은 거의 모든 실제 사용 사례에 들어맞게 된다. 여기서 React는 비교 알고리즘(Diffing Algorithm)을 사용한다.

React가 DOM 트리를 탐색하는 방법

React는 기존의 가상 DOM 트리와 새롭게 변경된 가상 DOM 트리를 비교할 때, 트리의 레벨 순서대로 순회하는 방식으로 탐색한다. 즉 같은 레벨(위치)끼리 비교한다는 뜻이다. 이는 너비 우선 탐색(BFS)의 일종이라고 볼 수 있다.

자식 엘리먼트의 재귀적 처리

예를 들면 이렇게 자식 엘리먼트가 변경이 된다고 가정해 보자.

<ul>
  <li>first</li>
  <li>second</li>
</ul>
//자식 엘리먼트의 끝에 새로운 자식 엘리먼트를 추가했다.
<ul>
  <li>first</li>
  <li>second</li>
  <li>third</li>
</ul>

React는 기존 <ul>과 새로운 <ul>을 비교할 때 자식 노드를 순차적으로 위에서부터 아래로 비교하면서 바뀐 점을 찾는다. 그렇기 때문에 예상대로 React는 첫 번째 자식 노드들과 두 번째 자식 노드들이 일치하는 걸 확인한 뒤 세 번째 자식 노드를 추가한다.

이렇게 React는 위에서 아래로 순차적으로 비교하기 때문에, 이 동작 방식에 대해 고민하지 않고 리스트의 처음에 엘리먼트를 삽입하게 되면 이전의 코드에 비해 훨씬 나쁜 성능을 내게 된다.

<ul>
  <li>Duke</li>
  <li>Villanova</li>
</ul>
//자식 엘리먼트를 처음에 추가합니다.
<ul>
  <li>Connecticut</li>
  <li>Duke</li>
  <li>Villanova</li>
</ul>

이렇게 구현하게 되면 React는 우리의 기대대로 최소한으로 동작하지 못하게 된다. React는 원래의 동작하던 방식대로 처음의 노드들을 비교하게 된다.

처음의 자식 노드를 비교할 때, <li>Duke</li>와 <li>Connecticut</li>으로 자식 노드가 서로 다르다고 인지하게 된 React는 리스트 전체가 바뀌었다고 받아들인다. 즉 <li>Duke</li>와 <li>Villanova</li>는 그대로이기 때문에 두 자식 노드는 유지시켜도 된다는 것을 깨닫지 못하고 전부 버리고 새롭게 렌더링 해버린다. 이는 굉장히 비효율적인 동작 방식입니다.

그래서 React는 이 문제를 해결하기 위해 key라는 속성을 지원한다.

키(key)

만약 자식 노드들이 이 key를 갖고 있다면, React는 그 key를 이용해 기존 트리의 자식과 새로운 트리의 자식이 일치하는지 아닌지 확인할 수 있다.

<ul>
  <li key="2015">Duke</li>
  <li key="2016">Villanova</li>
</ul>
//key가 2014인 자식 엘리먼트를 처음에 추가합니다.
<ul>
  <li key="2014">Connecticut</li>
  <li key="2015">Duke</li>
  <li key="2016">Villanova</li>
</ul>

React는 key 속성을 통해 ‘2014’라는 자식 엘리먼트가 새롭게 생겼고, ‘2015’, ‘2016’ 키를 가진 엘리먼트는 그저 위치만 이동했다는 걸 알게 된다. 따라서 React는 기존의 동작 방식대로 다른 자식 엘리먼트는 변경하지 않고 추가된 엘리먼트만 변경한다. 이 key 속성에는 보통 데이터 베이스 상의 유니크한 값(ex. Id)을 부여해 주면 된다. 키는 전역적으로 유일할 필요는 없고, 형제 엘리먼트 사이에서만 유일하면 된다.