【ITニュース解説】The Hidden World of the DOM & Virtual DOM Explained Simply

Webページは、私たちがインターネットを閲覧する上で欠かせない存在だ。普段何気なく見ているWebページが、どのように構成され、JavaScriptによって動きをつけているのか、その裏側には「DOM」と「Virtual DOM」という重要な仕組みが存在する。システムエンジニアを目指す上で、この二つの概念を理解することは、Web開発の基礎を築く上で非常に役立つだろう。

まず、「DOM」とは一体何だろうか。DOMは「Document Object Model」の略で、ブラウザがWebページを理解し、操作するための「設計図」のようなものだと考えると良い。WebページはHTMLという言語で書かれているが、ブラウザはHTMLのテキストデータをそのままでは操作できない。そこで、ブラウザはこのHTMLを解析し、プログラムから扱いやすい「ツリー構造」に変換する。このツリー構造がDOMである。ツリーの各部分（ノード）は、HTMLのタグ（例: <div>、<p>）や、そのタグの中にあるテキストなど、Webページを構成するそれぞれの要素を表している。

ブラウザがDOMを構築する流れは次のようになる。まず、ブラウザはWebサーバーからHTMLの「テキストデータ」を受け取る。このテキストデータの中にJavaScriptのコードを含む<script>タグがあれば、ブラウザはまずそのJavaScriptを実行する。その後、HTMLパーサーという特別なプログラムがHTMLのテキストデータを解析し、HTMLタグを「要素ノード」に、テキストを「テキストノード」といった形で、一つ一つの部品（ノード）に変換していく。そして、これらのノードが親と子の関係を持つ「ツリー構造」として組み上げられ、最終的にDOMツリーが完成する。このDOMツリーが完成すると、ブラウザはそれをもとに画面にWebページを描画できるようになるのだ。

DOMはJavaScriptの一部だと誤解されがちだが、そうではない。DOMは、ブラウザが提供する「Web API（Web Application Programming Interface）」の一つである。Web APIとは、プログラムが他のプログラムやサービスと連携するための窓口のようなものだ。つまり、DOMはブラウザが提供する機能であり、JavaScriptは、このDOMというWeb APIを通じてWebページの構造を読み取ったり、内容を書き換えたり、新しい要素を追加したり、削除したりすることができる。これにより、クリックに応答して表示が変わったり、フォームに入力されたデータが動的に処理されたりといった、Webページの「動的な」振る舞いが実現されるのである。例えば、ボタンがクリックされたら特定の要素の色を変える、テキストを変更するといった操作は、JavaScriptがDOMを操作することによって行われる。

しかし、このDOMを直接操作する方法には、大規模なWebアプリケーションにおいてパフォーマンス上の課題が生じることがある。Webページの一部分が頻繁に更新されるような場合、そのたびにDOM全体を直接操作し、ブラウザに再描画させるのは、多くの処理コストがかかり、ページの表示が遅くなったり、動作がカクついたりする原因となる。このような課題を解決するために登場したのが、「Virtual DOM（仮想DOM）」という概念だ。

Virtual DOMは、ReactのようなJavaScriptフレームワークで主に利用される技術である。その名の通り、「仮想」のDOMであり、実際のDOMの軽量な「コピー」または「表現」をメモリ上に持っている。具体的には、JavaScriptのオブジェクトとしてWebページのUI（ユーザーインターフェース）構造を表現したものだ。

Virtual DOMがどのようにパフォーマンスを向上させるかというと、次のようになる。まず、Webページ上でユーザーのアクション（ボタンクリックなど）やデータの変更といった「イベント」が発生すると、Reactは現在のUIの状態に基づいて、新しくVirtual DOMをメモリ上に構築する。この新しいVirtual DOMは、以前の状態のVirtual DOM（これもメモリ上にある）と比較される。この比較処理は「差分検出（diffing）」と呼ばれ、二つのVirtual DOMの間にどのような「違い」があるのかを効率的に見つけ出す。

差分検出によって、どの部分が変更されたのかが特定されると、Reactは「調整（reconciliation）」と呼ばれるアルゴリズムを使って、実際のDOMに「必要な変更」だけを適用する。つまり、Webページ全体を再描画するのではなく、変更があったごくわずかな部分だけを効率的に更新するのだ。このプロセス全体が非常に高速であるため、ユーザーはスムーズなWebページの動作を体験できる。Virtual DOMは、あたかも実際のDOMを直接操作しているかのように見えるが、その裏側では賢く変更をまとめて、最小限のDOM操作でWebページを更新しているのである。

結論として、DOMはブラウザがWebページを構築し、JavaScriptがWebページにインタラクティブな機能を与えるための基本的な仕組みだ。これはWeb開発の土台であり、すべてのWebデベロッパーが理解しておくべき概念である。一方で、Virtual DOMは、特に複雑で頻繁に更新されるWebアプリケーションにおいて、実際のDOM操作の遅さや非効率性を克服し、パフォーマンスを大幅に向上させるための革新的なアプローチである。Reactのような現代のフレームワークが、いかに効率的にUIを更新しているかを知る上で、Virtual DOMの理解は不可欠だ。これらの概念を深く理解することは、Webアプリケーションがどのように動作しているのか、そしてどのようにして高速で快適なユーザー体験が実現されているのかを把握するために、非常に重要な知識となるだろう。