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分析 Vue 3 源码中 `Block Tree` (块树) 的概念，以及它如何帮助渲染器在更新时跳过不必要的 VNode 比较。

Vue 3 Block Tree：高效渲染背后的秘密武器

大家好，欢迎来到今天的“Vue 3 黑科技”讲座！今天咱们要聊的是 Vue 3 渲染性能提升的关键功臣之一：Block Tree（块树）。

如果你觉得 Vue 2 的 Virtual DOM 已经够快了，那 Vue 3 的 Block Tree 简直是开挂！它就像给 Virtual DOM 加上了“分区加速”Buff，让 Vue 在更新时更加精准、高效，避免不必要的性能损耗。

什么是 Block Tree？

简单来说，Block Tree 就是 Vue 3 对 Virtual DOM 进行的一种优化策略，它将模板中的静态内容和动态内容分离，形成一颗由一个个“块”（Block）组成的树状结构。每个 Block 代表模板中的一个相对稳定的区域，Vue 在更新时只需要关注那些包含动态内容的 Block，而完全跳过那些静态的 Block。

这就像你整理房间，Block Tree 帮你把房间里的东西分成了“需要经常整理的区域”（动态 Block）和“基本不用动的区域”（静态 Block）。每次整理，你只需要关注那些需要经常整理的区域，而不用把整个房间都翻一遍。

Block Tree 的由来：从 Virtual DOM 说起

要理解 Block Tree 的作用，我们先简单回顾一下 Virtual DOM。在 Vue 2 中，每次数据更新都会触发 Virtual DOM 的重新渲染，然后通过 Diff 算法找出需要更新的部分，最后应用到真实 DOM 上。

这种方式虽然比直接操作 DOM 效率高，但仍然存在一些问题：

  • 全量 Diff： 即使只有一个小小的数据变化，Vue 2 也会对整个 Virtual DOM 树进行 Diff，这无疑会浪费大量的计算资源。

  • 静态节点重复 Diff： 模板中包含大量静态节点时，每次更新都会对这些静态节点进行重复的 Diff，这是完全没有必要的。

为了解决这些问题，Vue 3 引入了 Block Tree 的概念，通过将 Virtual DOM 划分为多个 Block，并对不同类型的 Block 进行不同的处理，从而大幅提升了渲染性能。

Block 的类型：静态与动态

在 Block Tree 中，Block 主要分为两种类型：

  • 静态 Block（Static Block）： 包含的全部是静态内容，在整个生命周期内都不会发生变化。

  • 动态 Block（Dynamic Block）： 包含动态内容，需要根据数据的变化进行更新。

Vue 在编译模板时，会将静态内容提取出来，形成静态 Block，并将其缓存起来。这样，在后续的更新过程中，Vue 只需要关注那些包含动态内容的 Block，而完全跳过静态 Block 的 Diff 过程。

Block Tree 的构建过程：编译器的功劳

Block Tree 的构建主要依赖于 Vue 3 的编译器。编译器在解析模板时，会识别出静态内容和动态内容，并将它们分别放入不同的 Block 中。

为了更直观地理解这个过程，我们来看一个简单的例子：

<template>
  <div>
    <h1>{{ title }}</h1>
    <p>这是一个静态段落。</p>
    <ul>
      <li v-for="item in list" :key="item.id">{{ item.name }}</li>
    </ul>
  </div>
</template>

<script>
import { ref } from 'vue';

export default {
  setup() {
    const title = ref('Hello, Vue 3!');
    const list = ref([
      { id: 1, name: 'Item 1' },
      { id: 2, name: 'Item 2' },
    ]);

    return {
      title,
      list,
    };
  },
};
</script>

在这个例子中，<h1> 标签和 <ul> 标签包含动态内容，需要根据 title 和 list 的变化进行更新。而 <p> 标签则包含静态内容，在整个生命周期内都不会发生变化。

经过 Vue 3 编译器的处理，这个模板会被转换成如下的 Block Tree 结构：

Root Block
  └── Dynamic Block (<h1>)
  └── Static Block (<p>)
  └── Dynamic Block (<ul>)
      └── Dynamic Block (<li>)

可以看到，<p> 标签被单独提取出来，形成了一个静态 Block。而 <h1> 标签和 <ul> 标签则分别形成了动态 Block。<ul> 标签下的 <li> 标签也形成了一个动态 Block，因为它需要根据 list 的长度进行动态渲染。

Block Tree 的更新过程：精准打击

有了 Block Tree，Vue 3 在更新时就可以更加精准地进行 Diff 和更新。当数据发生变化时，Vue 只需要遍历 Block Tree，找到那些包含动态内容的 Block，并对其进行 Diff 和更新。而那些静态 Block 则会被直接跳过，从而大幅提升了渲染性能。

假设我们修改了上面例子中的 title：

title.value = 'Hello, World!';

这时，Vue 3 只需要更新 <h1> 标签对应的动态 Block，而不需要对 <p> 标签和 <ul> 标签对应的 Block 进行任何操作。

这种精准打击的方式，避免了不必要的 Diff 和更新，从而大幅提升了渲染性能。

Block Tree 的代码实现：深入源码

为了更深入地理解 Block Tree 的原理，我们来看一下 Vue 3 源码中与 Block Tree 相关的一些关键代码片段。

首先，我们来看一下 createBlock 函数，它用于创建一个 Block：

// packages/runtime-core/src/vnode.ts

export function createBlock(
  type: any,
  props?: any,
  children?: any,
  patchFlag?: number,
  dynamicProps?: string[]
): VNode {
  const vnode: VNode = createVNode(
    type,
    props,
    children,
    patchFlag,
    dynamicProps
  )
  // resolve block info
  vnode.dynamicChildren =
    isBlockTreeEnabled && vnode.patchFlag > 0
      ? []
      : null
  return vnode
}

可以看到，createBlock 函数实际上是 createVNode 函数的一个包装，它在创建 VNode 的同时，还会根据 patchFlag 属性来判断是否需要创建一个动态子节点数组 dynamicChildren。dynamicChildren 用于存储当前 Block 中包含的动态子节点。

patchFlag 是一个数字，用于标识 VNode 的类型和需要进行更新的属性。不同的 patchFlag 值代表不同的 VNode 类型，例如：

patchFlag 值 含义
0 没有动态属性，静态节点
1 文本节点
2 动态 class 绑定
4 动态 style 绑定
8 动态属性绑定，除了 class 和 style
16 带有 key 的列表
32 没有 key 的列表
64 需要进行完整 Diff 的组件实例
128 静态节点，需要提升（hoist）
256 事件监听器
512 需要检查 children 的 Slots
1024 动态 textContent
2048 动态 HTML
-1 需要进行完整 Diff 的节点（例如，根节点）

如果 patchFlag 大于 0，则表示当前 VNode 包含动态内容，需要创建一个 dynamicChildren 数组来存储动态子节点。

接下来，我们来看一下 patchBlockChildren 函数，它用于更新 Block 的子节点：

// packages/runtime-core/src/renderer.ts

const patchBlockChildren = (
  oldChildren: VNode[],
  newChildren: VNode[],
  container: RendererElement,
  parentAnchor: RendererNode | null,
  parentComponent: ComponentInternalInstance | null,
  parentSuspense: SuspenseBoundary | null,
  scope: EffectScope | null,
  optimized: boolean
) => {
  let i = 0
  const l2 = newChildren.length

  // 1. fast path: 新旧 children 都是静态的，直接跳过
  if (oldChildren.length === 0 && l2 === 0) {
    return
  }

  // 2. 快速更新： 新旧 children 都有 dynamicChildren，只需要更新 dynamicChildren
  if (optimized) {
    for (; i < l2; i++) {
      const oldVNode = oldChildren[i]
      const newVNode = newChildren[i]
      patch(
        oldVNode,
        newVNode,
        container,
        parentAnchor,
        parentComponent,
        parentSuspense,
        scope,
        optimized
      )
    }
  } else {
    // 3. 慢速更新： 新旧 children 中至少有一个没有 dynamicChildren，需要进行完整的 Diff
    // ...
  }
}

可以看到，patchBlockChildren 函数首先会判断新旧 children 是否都是静态的，如果是，则直接跳过更新。否则，会根据 optimized 参数来判断是否需要进行快速更新。

如果 optimized 为 true，则表示新旧 children 都有 dynamicChildren，只需要更新 dynamicChildren 中的节点即可。否则，需要进行完整的 Diff。

通过以上代码片段，我们可以看到 Block Tree 的核心思想：将 Virtual DOM 划分为多个 Block，并对不同类型的 Block 进行不同的处理，从而大幅提升了渲染性能。

Block Tree 的优势与局限

Block Tree 的优势：

  • 减少 Diff 范围： 只对包含动态内容的 Block 进行 Diff，避免了对静态节点的重复 Diff。

  • 提升渲染性能： 通过精准打击的方式，大幅提升了渲染性能，尤其是在大型应用中效果更加明显。

  • 优化内存占用： 静态 Block 可以被缓存起来，减少了内存占用。

Block Tree 的局限：

  • 编译时开销： 构建 Block Tree 需要在编译时进行额外的处理，增加了一些编译时开销。

  • 模板编写要求： 为了充分发挥 Block Tree 的优势，需要尽量将静态内容和动态内容分离，这对模板编写提出了一些要求。

如何更好地利用 Block Tree

为了更好地利用 Block Tree，我们可以遵循以下几个原则：

  • 尽量将静态内容和动态内容分离： 避免在同一个标签中混杂静态内容和动态内容，尽量将静态内容提取出来，形成静态 Block。

  • 使用 v-once 指令： 对于那些只需要渲染一次的静态内容，可以使用 v-once 指令将其标记为静态 Block，从而避免后续的更新。

  • 合理使用 key 属性： 在使用 v-for 指令时，一定要为每个节点添加 key 属性，这有助于 Vue 更好地进行 Diff 和更新。

总结

Block Tree 是 Vue 3 渲染性能提升的关键功臣之一。它通过将 Virtual DOM 划分为多个 Block，并对不同类型的 Block 进行不同的处理，从而大幅提升了渲染性能。

理解 Block Tree 的原理，可以帮助我们更好地编写 Vue 应用，充分发挥 Vue 3 的性能优势。

希望今天的讲座对你有所帮助！下次再见！

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