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深入分析 Vue 3 编译器中 `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？

各位观众老爷们，大家好！我是今天的主讲人，咱们今天就来聊聊 Vue 3 编译器里那个神奇的“块树”（Block Tree）。这玩意儿听起来有点高深莫测，但实际上，它可是 Vue 3 性能起飞的关键之一。 咱们的目标是：让大家不仅知道“块树”是啥，还要明白它怎么工作，以及为什么它能让 Vue 3 渲染器变得如此高效。

一、前戏：Vue 2 的痛点

在深入“块树”之前，我们先简单回顾一下 Vue 2 的一些痛点。Vue 2 采用了 Virtual DOM（虚拟 DOM） diff 算法，每次数据更新，都会生成一个新的 Virtual DOM 树，然后和旧的 Virtual DOM 树进行比较（diff），找出需要更新的部分，最后应用到实际 DOM 上。

这个过程虽然很强大，但有个问题：不管你的组件有多大，内容有多复杂，只要有一点点数据变化，整个组件的 Virtual DOM 树都要重新 diff 一遍。这就好比，你家房子里只有一盏灯泡坏了，你却要把整个房子都重新装修一遍，效率可想而知。

二、“块”的诞生：化整为零

为了解决 Vue 2 的性能问题，Vue 3 引入了“块”的概念。想象一下，你把一个大房子划分成一个个独立的房间（块），每个房间负责不同的功能。这样，当某个房间需要装修的时候，你只需要关注这个房间，而不需要管其他房间。

在 Vue 3 中，“块”就是 Virtual DOM 树的一部分。编译器会将模板编译成一系列的“块”，每个块代表模板中的一个相对独立的部分。

三、Block Tree：块与块之间的关系

光有“块”还不够，我们需要把这些“块”组织起来，形成一个树状结构，这就是“块树”（Block Tree）。块树描述了块与块之间的父子关系，也描述了整个组件的结构。

举个例子，假设我们有以下模板：

<template>
  <div class="container">
    <h1>{{ title }}</h1>
    <ul>
      <li v-for="item in items" :key="item.id">{{ item.name }}</li>
    </ul>
    <button @click="handleClick">Click me</button>
  </div>
</template>

这个模板会被编译成一个块树，大概长这样（简化版）：

- Root Block (div.container)
  - Text Block (h1: {{ title }})
  - List Block (ul)
    - For Block (li)
      - Text Block ({{ item.name }})
  - Event Block (button)

可以看到，根块是 div.container，它包含了其他几个子块。ul 块是一个列表块，li 块是一个 v-for 循环产生的块，button 块是一个事件绑定块。

四、静态提升：能省则省

在构建块树的过程中，Vue 3 编译器还会进行“静态提升”（Static Hoisting）优化。如果模板中的某个部分是静态的，也就是说，它的内容不会随着数据的变化而改变，那么编译器就会把这部分提升到组件的外部，避免每次渲染都重新创建。

比如，在上面的例子中，div.container 和 ul 标签可能被认为是静态的（如果它们的属性不依赖于动态数据），会被提升到组件外部，只创建一次。

五、Diff 算法的优化：精准打击

有了块树，Vue 3 的 Diff 算法就能更加精准地进行更新。当数据发生变化时，Vue 3 不需要重新 diff 整个 Virtual DOM 树，而是只需要 diff 那些包含了动态数据的块。

具体来说，Vue 3 会采用以下策略：

  1. 跳过静态块： 如果某个块是静态的，那么它肯定不需要更新，直接跳过。

  2. 只 diff 动态块： 如果某个块包含了动态数据，那么就只 diff 这个块，而不需要管它的子树。

  3. 使用 patchBlockChildren 函数： Vue 3 提供了一个 patchBlockChildren 函数，专门用于 diff 块的子节点。这个函数会根据子节点的类型，采用不同的 diff 策略，进一步提高效率。

六、关键 API 和代码示例

为了更好地理解“块树”的工作原理，我们来看一些关键的 API 和代码示例。

1. createBlock 函数:

createBlock 函数用于创建一个块。它接受一个组件的渲染函数作为参数，并返回一个 VNode 对象，这个 VNode 对象就代表一个块。

// 假设我们有一个组件的渲染函数
function render() {
  return h('div', { class: 'container' }, [
    h('h1', this.title),
    h('ul', this.items.map(item => h('li', item.name))),
    h('button', { onClick: this.handleClick }, 'Click me')
  ]);
}

// 使用 createBlock 创建一个块
const block = createBlock(render);

2. openBlock 和 closeBlock 函数:

openBlock 和 closeBlock 函数用于标记一个块的开始和结束。它们通常与 createBlock 函数一起使用。

import { openBlock, createBlock, toDisplayString, createElementBlock, Fragment, renderList } from 'vue';

const _hoisted_1 = { class: "container" };
const _hoisted_2 = /*#__PURE__*/createElementBlock("button", null, "Click me");

export function render(_ctx, _cache, $props, $setup, $data, $options) {
  return (openBlock(), createElementBlock("div", _hoisted_1, [
    createElementBlock("h1", null, toDisplayString(_ctx.title), 1 /* TEXT */),
    createElementBlock("ul", null, [
      (openBlock(true), createElementBlock(Fragment, null, renderList(_ctx.items, (item) => {
        return (openBlock(), createElementBlock("li", { key: item.id }, toDisplayString(item.name), 1 /* TEXT */))
      }), 128 /* KEYED_FRAGMENT */))
    ]),
    _hoisted_2
  ]))
}

// 这段代码大致等同于以下模板：
// <div class="container">
//   <h1>{{ title }}</h1>
//   <ul>
//     <li v-for="item in items" :key="item.id">{{ item.name }}</li>
//   </ul>
//   <button>Click me</button>
// </div>

在这个例子中，openBlock() 和 closeBlock()（隐含在 createElementBlock 和 renderList 中） 标记了整个 div.container 作为一个块。renderList 渲染 v-for 指令的时候，也会自动创建块。

3. patchBlockChildren 函数:

patchBlockChildren 函数用于 diff 块的子节点。它会比较新旧 VNode 树中对应块的子节点，找出需要更新的部分，并应用到实际 DOM 上。

虽然我们通常不会直接调用 patchBlockChildren 函数，但了解它的工作原理有助于我们理解 Vue 3 的 Diff 算法。

七、块树的优势：快、准、狠

总而言之，“块树”给 Vue 3 带来了以下优势：

  • 更快的 Diff 速度： 只 diff 动态块，跳过静态块，大大减少了 Diff 的范围。
  • 更精准的更新： 精准地找出需要更新的部分，避免不必要的 DOM 操作。
  • 更低的内存占用： 静态提升减少了 VNode 的数量，降低了内存占用。

可以用一个表格来总结一下：

特性 Vue 2 Vue 3 (Block Tree)
Diff 范围 整个 Virtual DOM 树 只 Diff 动态块
更新精度 粗放式更新 精准更新
内存占用 较高 较低
性能提升 相对较低 显著提升
静态内容处理 每次都重新创建 Virtual DOM 静态提升，只创建一次

八、一些额外的思考

  • 编译器的作用： “块树”的构建主要依赖于 Vue 3 编译器。编译器会分析模板，找出静态部分和动态部分，并生成相应的块和块树。因此，一个好的编译器对于 Vue 3 的性能至关重要。

  • 代码风格的影响： 编写 Vue 组件时，尽量将静态内容和动态内容分离，有助于编译器更好地进行优化。比如，尽量避免在 v-for 循环中包含大量的静态内容。

  • 与 React 的比较： React 也采用了类似的优化策略，比如 Fiber 架构，将更新任务分解成小块，避免长时间阻塞主线程。

九、总结

“块树”是 Vue 3 编译器的一项重要优化，它通过将模板分解成独立的块，并构建块树来描述块与块之间的关系，从而实现了更快的 Diff 速度、更精准的更新和更低的内存占用。理解“块树”的概念和工作原理，有助于我们更好地理解 Vue 3 的性能优势，并编写出更高效的 Vue 组件。

好了，今天的讲座就到这里。希望大家对 Vue 3 的“块树”有了一个更清晰的认识。 如果大家觉得讲得还不错，不妨点个赞，鼓励一下！ 谢谢大家！

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