React는 UI의 상태를 추적하고 변화가 일어난 요소들을 빠르게 업데이트할 수 있도록 Virtual DOM이라는 가상의 DOM객체를 활용한다. 이는 실제 DOM의 사본 같은 개념으로, React는 실제 DOM 객체에 접근하여 조작하는 대신 이 가상의 DOM 객체에 접근하여 변화 전과 후를 비교하고 바뀐 부분을 적용한다.
Virtual DOM은 Real DOM의 가벼운 사본과 같다. Real DOM은 Browser에서 생성되는 Document Object Model을 가리키는 용어이며, Virtual DOM과 구분하기 위해 이 용어를 사용한다.
Real DOM (DOM)
DOM은 Document Object Model의 약자로, 뜻을 그대로 풀어보면 문서 객체 모델을 의미한다. 여기서 문서 객체란 브라우저가 JavaScript와 같은 스크립팅 언어가 <html>, <head>, <body>와 같은 태그들에 접근하고 조작할 수 있도록 문서를 트리 구조로 객체화한 것을 의미한다. 다시 말하자면 DOM은 브라우저가 HTML 문서를 조작할 수 있도록 트리 구조화한 객체 모델이다.
이미지의 왼쪽과 같은 HTML 문서가 있을 때 이를 브라우저에서 읽는다면 이미지의 오른쪽과 같은 DOM이 생성된다. 그리고 querySelector, addEventListener와 같은 DOM API를 통해 문서의 요소들을 조작할 수 있다.
DOM의 조작 속도가 느려지는 이유
자료구조 중에서도 특히 트리는 "데이터 저장"의 의미보다는 "저장된 데이터를 더 효과적으로 탐색"하기 위해 사용되므로, 빠른 자료 탐색 성능이 장점인 자료구조이다. JavaScript와 같은 스크립팅 언어가 접근하고 탐색하는 속도가 빠르기 때문에 변경 및 업데이트 속도 또한 빠르다고 할 수 있다.
그러나 DOM이 변경되고 업데이트가 된다는 것은 결국 브라우저의 렌더링 엔진 또한 리플로우(Reflow)한다는 것을 의미한다.
브라우저는 위의 그림과 같이 렌더링 과정에서 DOM 트리와 CSSOM 트리를 토대로 Render 트리를 생성하고 각 요소가 배치될 공간을 계산(Layout) 한 뒤 이를 화면에 그려낸다.(Paint)
만약 DOM이 변경된다면 업데이트된 요소와 그에 해당하는 자식 요소들에 의해 DOM 트리를 재구축하게 된다. 그 과정에서 이에 대한 레이아웃 재연산을 수행하는 리플로우, 그리고 이를 화면에 다시 그려내는 Repaint 과정을 거치게 된다. 이 때 변화가 필요 없는 부분도 변경되면서 잦은 리플로우 발생으로 인해 성능을 떨어뜨리는 문제를 야기하게 되었다. 따라서 JavaScript를 통한 DOM 조작이 많아질수록 이에 대한 리플로우가 발생하므로 DOM 업데이트 비용이 커질 수 있다.
위 이미지와 같이 6개의 콘텐츠가 있는 화면에서 단 1개의 콘텐츠만 변경되어야 한다고 가정해보자. 나머지 5개의 콘텐츠는 변하지 않고 해당 콘텐츠만 변경되어야 하지만, 실제 DOM을 조작하는 경우 나머지 콘텐츠도 다시 그리게 될 수 있다. 대부분의 모던 웹에서는 많은 양의 DOM 조작이 이루어지기 때문에 리플로우로 인한 비효율적인 업데이트가 빈번하게 발생할 가능성이 있다. 이러한 경우 극단적인 예로 프레임 드롭과 같은 치명적인 UX 문제가 발생할 수 있다.
결국 "바뀐 부분만 비교해서 그 부분만 렌더링할 수는 없을까?"라는 아이디어를 기반으로 React의 Virtual DOM이 등장하게 되었다.
Virtual DOM
Virtual DOM은 JavaScript 객체로 이루어진 가상의 DOM 트리를 사용하여, 실제 DOM 조작을 최소화하고 성능을 최적화하는 기술이다.
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. 다만 가상 DOM 객체는 말 그대로 가상이기 때문에 비교를 위해 사용되며, 실제 DOM 객체처럼 화면에 표시되는 내용을 직접 변경하는 것은 아니다.
Virtual DOM의 형태
가상 DOM은 추상화된 자바스크립트 객체의 형태를 가지고 있다. 아래의 예시를 살펴보자.
이 DOM 트리는 다음과 같이 JavaScript 객체로 표현할 수 있다.
const vDom = {
tagName: "html",
children: [
{ tagName: "head" },
{ tagName: "body",
children: [
tagName: "ul",
attributes: { "class": "list"},
children: [
{
tagName: "li",
attributes: { "class": "list_item" },
textContent: "List item"
}
]
]
}
]
}이것을 가상 DOM이라 생각해보자. 실제 DOM과 마찬가지로 가상 DOM 또한 HTML 문서 객체를 기반으로 한다. 또한 추상화만 되었을 뿐 평범한 자바스크립트 객체이므로 실제 DOM을 건드리지 않고도 필요한 만큼 자유롭게 조작할 수 있다.
가상 DOM은 리액트에서 컴포넌트의 상태나 속성이 변경될 때마다 새로 생성되며, 리액트는 이전 가상 DOM과 새로운 가상 DOM을 비교하여 변경된 부분만 실제 DOM에 반영한다.
Virtual DOM의 동작 과정
다음과 같은 동영상 사이트에서 특정 썸네일 클릭 시, 모달 플레이어가 생성되는 경우를 살펴보자.
리액트는 상태를 변경하는 작업(e.g. 이벤트)이 일어났을 때, 가상 DOM에 저장된 이전 상태와 변경된 현재 상태를 비교한다.
이 비교과정에서 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 재조정(Reconciliation)이라고 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.
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