分析 Vue 3 Compiler 中 `block tree` (块树) 的概念和作用，它如何帮助渲染器跳过不必要的比较？ - 智猿学院-前后端，数据库，人工智能，云计算等领域前沿技术讲座

各位靓仔靓女，早上好！今天咱们来聊聊 Vue 3 编译器里的“黑科技”—— Block Tree，也就是块树。

先声明一下，这可不是你家后院种的那种树，虽然它们都挺能长（指代码量），但此“树”非彼“树”。Block Tree 是 Vue 3 编译器在优化渲染性能时祭出的秘密武器，能帮助渲染器跳过大量无谓的比较，让你的页面飞起来。

1. 啥是 Block Tree？别跟我说数据结构！

要理解 Block Tree，咱们得先搞清楚 Vue 2 的渲染机制。在 Vue 2 中，每次数据更新，整个 Virtual DOM 树都会被重新渲染和比较（Diffing）。这就像你每次要找一本书，都要把整个图书馆的书架都翻一遍，效率可想而知。

而 Block Tree 的核心思想是：把模板分成一个个独立的“块”(Block)，每个 Block 内部是静态的，或者说变化范围很小。这样，当数据更新时，我们只需要重新渲染那些发生变化的 Block，而跳过那些静态的 Block。这就好比图书馆把书按类别分好，你找书的时候只需要在对应的类别里找，不用翻遍整个图书馆。

所以，简单来说，Block Tree 就是一个经过优化的 Virtual DOM 树，它把模板分割成多个静态或动态的块，目的是为了尽可能地减少不必要的 Diff 操作。

2. Block 怎么划分？Vue 3 的分块逻辑

Vue 3 编译器会根据模板中的动态节点（比如 v-if、v-for、动态绑定的属性等）来划分 Block。一个 Block 可以包含多个静态节点，也可以包含其他 Block（形成嵌套结构）。

举个例子，假设我们有以下模板：

<template>
  <div>
    <h1>{{ title }}</h1>
    <p>这是一段静态文字。</p>
    <div v-if="show">
      <p>{{ message }}</p>
    </div>
    <ul>
      <li v-for="item in items" :key="item.id">{{ item.name }}</li>
    </ul>
  </div>
</template>

Vue 3 编译器会将其划分成以下 Block：

Root Block (根 Block): 包含整个模板。
Dynamic Block (动态 Block 1): 包含 <h1>{{ title }}</h1>，因为 title 是动态的。
Static Block (静态 Block): 包含 <p>这是一段静态文字。</p>，因为它是静态的。
Dynamic Block (动态 Block 2): 包含 <div v-if="show"> ... </div>，因为 v-if 的条件是动态的。
Dynamic Block (动态 Block 3): 包含 <ul> ... </ul>，因为 v-for 会生成动态的列表。

我们可以用树状结构来表示这个 Block Tree：

Root Block
├── Dynamic Block 1 (title)
├── Static Block
├── Dynamic Block 2 (v-if)
└── Dynamic Block 3 (v-for)

3. Block Tree 如何优化渲染？重点来了！

Block Tree 的威力在于它能让渲染器跳过不必要的比较。具体来说，它通过以下几个方面来实现优化：

静态提升 (Static Hoisting): 静态节点和静态属性会被提升到渲染函数之外，只创建一次，然后被多个 Block 共享。这避免了每次渲染都重新创建静态节点的开销。
PatchFlag: 每个动态节点都会被打上一个 PatchFlag，用来标记它需要更新的部分。渲染器会根据 PatchFlag 来决定如何更新节点，避免了全量更新。
Block Tree 结构复用: 如果一个 Block 的内容没有发生变化，那么它的整个 Virtual DOM 子树都可以被复用，而不需要重新创建和比较。

让我们结合上面的例子来分析一下：

假设 title 发生变化，而 show 和 items 没有变化。那么渲染器只需要更新 Dynamic Block 1，而跳过 Static Block、Dynamic Block 2 和 Dynamic Block 3。这大大减少了 Diff 操作的范围。

再假设 show 变为 false。那么渲染器会直接移除 Dynamic Block 2，而不需要比较它的内容。

最后，假设 items 发生了变化。那么渲染器会只更新 Dynamic Block 3 中的列表项，而不会影响其他 Block。

4. PatchFlag：动态节点的“身份证”

PatchFlag 是 Vue 3 中一个非常重要的概念，它用来标记动态节点需要更新的部分。Vue 3 定义了一系列 PatchFlag，每个 PatchFlag 都代表一种特定的更新类型。

下面是一些常见的 PatchFlag：

PatchFlag	含义	示例
`TEXT`	文本节点的内容需要更新。	`<h1>{{ title }}</h1>`，如果 `title` 发生变化。
`CLASS`	节点的 class 属性需要更新。	`<div :class="className"></div>`，如果 `className` 发生变化。
`STYLE`	节点的 style 属性需要更新。	`<div :style="styleObject"></div>`，如果 `styleObject` 发生变化。
`PROPS`	节点的其他属性需要更新。	`<input :value="inputValue">`，如果 `inputValue` 发生变化。
`FULL_PROPS`	节点的属性需要完整地更新。通常用于动态绑定的属性较多时，直接重新设置所有属性。	`<div :id="id" :class="className" :style="styleObject"></div>`
`HYDRATE_EVENTS`	节点需要进行事件 hydration（用于服务端渲染）。	`<button @click="handleClick"></button>`
`STABLE_FRAGMENT`	Fragment 的子节点是稳定的，顺序不会发生变化。通常用于 `v-for` 循环中的静态节点。	`<ul><li v-for="item in items" :key="item.id">{{ item.name }}</li></ul>`
`KEYED_FRAGMENT`	Fragment 的子节点是通过 key 来进行比较的。通常用于 `v-for` 循环中，并且需要保持节点的顺序。	`<ul><li v-for="item in items" :key="item.id">{{ item.name }}</li></ul>`
`UNKEYED_FRAGMENT`	Fragment 的子节点没有 key，需要按照顺序进行比较。通常用于 `v-for` 循环中，并且不需要保持节点的顺序。	`<ul><li v-for="item in items">{{ item.name }}</li></ul>`
`NEED_PATCH`	节点需要进行 Diff 操作。通常用于动态组件或插槽。	`<component :is="currentComponent"></component>`
`DYNAMIC_SLOTS`	插槽的内容是动态的。	`<slot :data="data"></slot>`
`HOISTED`	节点是被提升的静态节点。
`BAIL`	节点放弃优化。通常用于一些特殊情况下，比如使用了 `v-html`。	`<div v-html="htmlContent"></div>`

有了 PatchFlag，渲染器就可以精确地知道哪些部分需要更新，避免了不必要的 Diff 操作。

5. Vue 3 编译器的代码示例：Block Tree 的生成

虽然我们无法直接看到 Vue 3 编译器的内部实现，但我们可以通过一些简单的代码示例来模拟 Block Tree 的生成过程。

下面是一个简化的示例，展示了如何将一个模板解析成 Block Tree：

// 模拟 Vue 3 编译器
function compileTemplate(template) {
  // 1. 解析模板，生成 AST (抽象语法树)
  const ast = parseTemplate(template);

  // 2. 遍历 AST，生成 Block Tree
  const blockTree = createBlockTree(ast);

  return blockTree;
}

// 模拟模板解析器
function parseTemplate(template) {
  // 这里省略模板解析的细节，直接返回一个模拟的 AST
  return {
    type: 'Root',
    children: [
      { type: 'Element', tag: 'h1', children: [{ type: 'Text', content: '{{ title }}', isDynamic: true }] },
      { type: 'Element', tag: 'p', children: [{ type: 'Text', content: '这是一段静态文字。', isDynamic: false }] },
      {
        type: 'Element',
        tag: 'div',
        directives: [{ name: 'if', value: 'show' }],
        children: [{ type: 'Element', tag: 'p', children: [{ type: 'Text', content: '{{ message }}', isDynamic: true }] }],
        isDynamic: true,
      },
      {
        type: 'Element',
        tag: 'ul',
        directives: [{ name: 'for', value: 'item in items' }],
        children: [{ type: 'Element', tag: 'li', children: [{ type: 'Text', content: '{{ item.name }}', isDynamic: true }] }],
        isDynamic: true,
      },
    ],
  };
}

// 创建 Block Tree
function createBlockTree(ast) {
  const rootBlock = { type: 'Block', blockType: 'Root', children: [] };

  for (const node of ast.children) {
    if (node.type === 'Element') {
      if (node.isDynamic) {
        const dynamicBlock = { type: 'Block', blockType: 'Dynamic', node };
        rootBlock.children.push(dynamicBlock);
      } else {
        const staticBlock = { type: 'Block', blockType: 'Static', node };
        rootBlock.children.push(staticBlock);
      }
    }
  }

  return rootBlock;
}

// 示例模板
const template = `
  <div>
    <h1>{{ title }}</h1>
    <p>这是一段静态文字。</p>
    <div v-if="show">
      <p>{{ message }}</p>
    </div>
    <ul>
      <li v-for="item in items" :key="item.id">{{ item.name }}</li>
    </ul>
  </div>
`;

// 编译模板
const blockTree = compileTemplate(template);

// 打印 Block Tree
console.log(JSON.stringify(blockTree, null, 2));

这段代码只是一个简化的模拟，但它可以帮助你理解 Block Tree 的生成过程。实际上，Vue 3 编译器的实现要复杂得多，它会考虑更多的因素，比如静态提升、PatchFlag 等。

6. Block Tree 的优势与局限

优势：

性能提升： 通过减少不必要的 Diff 操作，显著提升渲染性能。尤其是在大型应用中，Block Tree 的优势更加明显。
更精细的更新： PatchFlag 可以让渲染器更精确地更新节点，避免全量更新。
更好的代码组织： Block Tree 将模板分割成多个独立的块，使代码更易于维护和理解.

局限：

编译时开销： 生成 Block Tree 需要一定的编译时开销。但通常情况下，这个开销是可以忽略不计的。
复杂度增加： 理解 Block Tree 的概念需要一定的学习成本。但只要掌握了基本原理，就可以更好地利用 Vue 3 的性能优化特性。
某些特殊场景可能无法完全优化： 比如使用了 v-html，或者动态组件的切换非常频繁，Block Tree 的优化效果可能会受到影响。

7. 如何更好地利用 Block Tree？

尽量使用静态内容： 减少模板中的动态节点，尽可能地使用静态内容。
合理使用 v-if 和 v-for： 避免在 v-if 和 v-for 中包含过多的动态节点。
使用 key 属性： 在 v-for 循环中，务必使用 key 属性，以便 Vue 3 能够正确地追踪节点的变化。
了解 PatchFlag： 了解 PatchFlag 的含义，可以帮助你更好地优化模板，避免不必要的更新。
使用 v-memo 指令： Vue 3.2 引入了 v-memo 指令，可以手动地将一部分模板标记为静态，从而跳过 Diff 操作。

8. 总结

Block Tree 是 Vue 3 编译器的一项重要优化技术，它通过将模板分割成多个静态或动态的块，并使用 PatchFlag 来标记动态节点，从而减少不必要的 Diff 操作，提升渲染性能。

虽然 Block Tree 的概念可能有些复杂，但只要掌握了基本原理，就可以更好地利用 Vue 3 的性能优化特性，让你的应用飞起来。

今天的讲座就到这里，希望大家有所收获！下次再见！