Vue3 的编译优化之 Block 和 Block Tree

题目描述
Block 和 Block Tree 是 Vue3 编译阶段的核心优化策略之一，它们共同解决了传统虚拟 DOM Diff 算法在动态节点更新时效率不高的问题。请你详细解释 Block 的概念，Block Tree 的构建过程，以及它们是如何协同工作来提升运行时更新性能的。

知识讲解

1. 问题背景：传统虚拟 DOM Diff 的瓶颈

在 Vue 2 或 React 中，当组件状态发生变化时，会生成一个新的虚拟 DOM 树，然后将其与旧的虚拟 DOM 树进行递归比较（Diff）。这个 Diff 过程需要遍历整棵树，即使某些节点是静态的（永远不会改变）或者其父级结构是稳定的。例如，在一个包含 v-if 和 v-for 指令的模板中：

<div>
  <span>静态标题</span> <!-- 静态节点 -->
  <p v-if="isShow">动态段落 {{ dynamicText }}</p> <!-- 动态节点 -->
  <ul>
    <li v-for="item in list" :key="item.id">{{ item.name }}</li> <!-- 动态节点数组 -->
  </ul>
</div>

当 isShow 或 list 发生变化时，传统的 Diff 算法仍然需要检查整个 <div> 下的所有子节点（包括静态的 <span>），这造成了不必要的性能开销。

2. Block 的概念：动态节点的“收集器”

Vue 3 的编译器在编译模板的过程中，会识别出哪些节点是带有动态结构的。一个 Block 本质上是一个特殊的虚拟节点，它负责追踪其所有动态后代节点。这些动态后代节点指的是那些其属性、内容或结构（比如子节点列表）可能会变化的节点。

• Block 的标识：通常，一个模板中带有结构性指令（如 v-if, v-for）的节点本身就会被编译为一个 Block。
• 动态节点收集：在编译时，编译器会分析 Block 内部的节点，并将所有动态子节点（通过 PatchFlag 标记）的引用收集到一个数组中。这个数组被称为 dynamicChildren。

示例与过程拆解：

让我们看一个简单的模板：

<div>
  <div>静态节点</div>
  <p>{{ dynamicText }}</p>
  <span v-if="isShow">条件渲染</span>
</div>

步骤 1: 识别并创建 Block

• 最外层的 <div> 因为它包含了动态后代（<p> 和 <span>），所以它会被编译成一个 Block（具体来说是 Block (Root Block)）。

步骤 2: 收集动态子节点

• 编译器会遍历这个 Block 内的所有子节点：
  • <div>静态节点</div>：这是一个静态节点，没有 PatchFlag，不会被收集到 dynamicChildren 中。
  • <p>{{ dynamicText }}</p>：这是一个动态节点，它有 PatchFlag（例如 TEXT），会被收集。
  • <span v-if="isShow">条件渲染</span>：这是一个带有 v-if 指令的节点，它本身就是一个嵌套的 Block（我们称之为 Block (v-if)）。这个嵌套的 Block 也会被收集到根 Block 的 dynamicChildren 中。

步骤 3: 生成的 Block 对象
最终，编译生成的根 Block 的虚拟节点结构大致如下：

const rootBlock = {
  type: 'div',
  // ... 其他标准 VNode 属性
  // 特殊的 Block 属性：
  dynamicChildren: [
    // 这就是收集到的所有动态后代节点的引用
    { type: 'p', children: dynamicText, patchFlag: 1 /* TEXT */ },
    { type: Block, /* 指向那个 v-if 块 */ }
  ]
}

3. Block Tree 的构建：嵌套 Block 的层级关系

一个复杂的模板往往会包含多个嵌套的结构性指令（例如 v-for 里面套 v-if）。每个结构性指令都会创建一个自己的 Block。这些 Block 根据模板的嵌套关系，形成了一棵 Block Tree。

示例与过程拆解：

<div> <!-- 根 Block -->
  <section v-for="item in list"> <!-- 嵌套 Block (v-for) -->
    <p>静态内容</p>
    <span v-if="item.isActive">{{ item.name }}</span> <!-- 深层嵌套 Block (v-if) -->
  </section>
</div>

步骤 1: 自顶向下识别 Block 节点

• 根 Block：最外层的 <div> 因为包含动态结构（v-for），成为根 Block。
• 嵌套 Block：<section v-for="item in list"> 因为是一个 v-for 指令，它自身被编译成一个嵌套的 Block。
• 深层嵌套 Block：<span v-if="item.isActive"> 因为是一个 v-if 指令，在 v-for Block 内部又形成了一个更深层的 Block。

步骤 2: 构建 Block Tree
这样就形成了一棵树形结构：

• Root Block
  • dynamicChildren 中包含了 v-for Block 的引用。
• v-for Block
  • 它自身也有一个 dynamicChildren 数组，里面包含了其内部的动态节点，即 v-if Block 的引用。
• v-if Block
  • 它有自己的 dynamicChildren，管理着 {{ item.name }} 这个动态文本节点。

这棵树的构建是在编译时完成的，它清晰地描述了模板中所有动态节点的层级和所属关系。

4. 运行时协同：靶向更新 (Targeted Updates)

Block 和 Block Tree 的真正威力体现在运行时（更新阶段）。

传统 Diff (无 Block)：

1. 状态变化，生成新 VNode 树。
2. patch 函数从根节点开始，递归地对比新旧两棵完整的 VNode 树。

Vue 3 的靶向更新 (有 Block)：

1. 状态变化，生成新的 VNode 树。重要的是，新的树也遵循同样的 Block 结构。
2. patch 函数执行时，当它遇到一个 Block 节点，它不会去递归地 patch 这个 Block 的所有子节点。
3. 关键步骤：它会直接取出新 Block 的 dynamicChildren 数组和旧 Block 的 dynamicChildren 数组。
4. 它只对这两个扁平化的动态节点数组进行高效的对比和更新（patchBlockChildren）。静态节点被完全跳过。

性能提升的核心：

• 扁平化对比：对比 dynamicChildren 数组是一个线性的、扁平化的操作，比递归遍历一棵树要快得多。
• 跳过静态内容：所有静态节点在更新过程中完全不被处理，节省了大量计算。
• 结构稳定性：Block Tree 保证了动态节点的结构是稳定的。例如，一个 v-for Block 在更新时，我们只需要对比其 dynamicChildren 中的项（如 v-if Block），而不用关心其内部可能存在的静态 <p> 标签。这使得对不稳定结构（如 v-if, v-for）的更新也更加高效。

总结

Block 是一个在编译时创建的、用于收集动态后代节点的特殊虚拟节点。多个 Block 根据模板的嵌套关系形成了 Block Tree。在运行时，Vue 3 的更新算法利用这棵预先构建好的树，直接对比新旧 Block 的扁平化动态子节点数组，实现了名为“靶向更新”的优化。这种机制极大地避免了传统虚拟 DOM Diff 中对静态子树和不稳定结构的无效比较，从而显著提升了更新性能。