当我们由浅入深地认知一样新事物的时候，往往需要遵循 Why > What > How 这样一个认知过程。它们是相辅相成、缺一不可的。而了解了具体的 What 和 How 之后，往往能够更加具象地回答理论层面的 Why，因此，在进入 Why 的探索之前，我们先整体感知一下 What 和 How 两个过程。
What
打开 React 官网，第一眼便能看到官方给出的回答。
React 是用于构建用户界面的 JavaScript 库。
不知道你有没有想过，构建用户界面的方式有千百种，为什么 React 会突出？同样，我们可以从 React 哲学里得到回应。
我们认为， React 是用 JavaScript 构建快速响应的大型 Web 应用程序的首选方式。它在 Facebook 和 Instagram 上表现优秀。
可见，关键是实现了 快速响应 ，那么制约 快速响应 的因素有哪些呢？React 是如何解决的呢？
How
让我们带着上面的两个问题，在遵循真实的React代码架构的前提下，实现一个包含时间切片、fiber、Hooks的简易 React，并舍弃部分优化代码和非必要的功能，将其命名为 HuaMu。
注意：为了和源码有点区分，函数名首字母大写，源码是小写。
CreateElement 函数
在开始之前，我们先简单的了解一下JSX，如果你感兴趣，可以关注下一篇《JSX背后的故事》。
JSX会被工具链Babel编译为React.createElement(),接着React.createElement()返回一个叫作React.Element的JS对象。
这么说有些抽象，通过下面demo看下转换前后的代码：
// JSX 转换前
const el = <h1 title="el_title">HuaMu<h1>;
// 转换后的 JS 对象
const el = {
type:"h1",
props:{
title:"el_title",
children:"HuaMu",
}
}
可见，元素是具有 type 和 props 属性的对象，而 CreateElement 函数的主要任务就是创建该对象。
/**
* @param {string} type HTML标签类型
* @param {object} props 具有JSX属性中的所有键和值
* @param {string | array} children 元素树
*/
function CreateElement(type, props, ...children) {
return {
type,
props:{
...props,
children,
}
}
}
说明：我们将剩余参数赋予children，扩展运算符用于构造字面量对象props，对象表达式将按照 key-value 的方式展开，从而保证 props.children 始终是一个数组。接下来，我们一起看下 demo：
CreateElement("h1", {title:"el_title"}, 'hello', 'HuaMu')
// 返回的 JS 对象
{
"type": "h1",
"props": {
"title": "el_title" // key-value
"children": ["hello", "HuaMu"] // 数组类型
}
}
注意：当 ...children 为空或为原始值时，React 不会创建 props.children，但为了简化代码，暂不考虑性能，我们为原始值创建特殊的类型TEXT_EL。
function CreateElement(type, props, ...children) {
return {
type,
props:{
...props,
children: children.map(child => typeof child === "object" ? child : CreateTextElement(child))
}
}
}
function CreateTextElement(text) {
return {
type: "TEXT_EL",
props: {
nodeValue: text,
children: []
}
}
}
Render 函数
CreateElement 函数将标签转化为对象输出，接着 React 进行一系列处理，Render 函数将处理好的节点根据标记进行添加、更新或删除内容，最后附加到容器中。下面简单的实现 Render 函数是如何实现添加内容的：
-
首先创建对应的DOM节点，然后将新节点附加到容器中，并递归每个孩子节点做同样的操作。
-
将元素的 props 属性分配给节点。
function Render(el,container) {
// 创建节点
const dom = el.type === 'TEXT_EL'? document.createTextNode("") : document.createElement(el.type);
el.props.children.forEach(child => Render(child, dom))
// 为节点分配 props 属性
const isProperty = key => key !== 'children';
const setProperty = name => dom[name] = el.props[name];
Object.keys(el.props).filter(isProperty).forEach(setProperty)
container.appendChild(dom);
}
注意：文本节点使用textNode而不是innerText，是为了保证以相同的方式对待所有的元素 。
到目前为止，我们已经实现了一个简易的用于构建用户界面的 JavaScript 库。现在，让 Babel 使用自定义的 HuaMu 代替 React，将 /** @jsx HuaMu.CreateElement */ 添加到代码中，打开 codesandbox看看效果吧。
并发模式
在继续向下探索之前，我们先思考一下上面的代码中，有哪些代码制约 快速响应 了呢？
是的，在Render函数中递归每个孩子节点，即这句代码el.props.children.forEach(child => Render(child, dom))存在问题。一旦开始渲染，便不会停止，直到渲染了整棵元素树，我们知道，GUI渲染线程与JS线程是互斥的，JS脚本执行和浏览器布局、绘制不能同时执行。如果元素树很大，JS脚本执行时间过长，可能会阻塞主线程，导致页面掉帧，造成卡顿，且妨碍浏览器执行高优作业。
那如何解决呢？
通过时间切片的方式，即将任务分解为多个工作单元，每完成一个工作单元，判断是否有高优作业，若有，则让浏览器中断渲染。下面通过requestIdleCallback模拟实现：
简单说明一下：
-
window.requestIdleCallback(cb[, options]) ：浏览器将在主线程空闲时运行回调。函数会接收到一个IdleDeadline的参数，这个参数可以获取当前空闲时间（timeRemaining）以及回调是否在超时前已经执行的状态（didTimeout）。
-
React 已不再使用requestIdleCallback，目前使用 scheduler package。但在概念上是相同的。
依据上面的分析，代码结构如下：
// 当浏览器准备就绪时，它将调用 WorkLoop
requestIdleCallback(WorkLoop)
let nextUnitOfWork = null;
function PerformUnitOfWork(nextUnitOfWork) {
// TODO
}
function WorkLoop(deadline) {
// 当前线程的闲置时间是否可以在结束前执行更多的任务
let shouldYield = false;
while(nextUnitOfWork && !shouldYield) {
nextUnitOfWork = PerformUnitOfWork(nextUnitOfWork) // 赋值下一个工作单元
shouldYield = deadline.timeRemaining() < 1; // 如果 idle period 已经结束，则它的值是 0
}
requestIdleCallback(WorkLoop)
}
我们在 PerformUnitOfWork 函数里实现当前工作的执行并返回下一个执行的工作单元，可下一个工作单元如何快速查找呢？让我们初步了解 Fibers 吧。
Fibers
为了组织工作单元，即方便查找下一个工作单元，需引入fiber tree的数据结构。即每个元素都有一个fiber，链接到其第一个子节点，下一个兄弟姐妹节点和父节点，且每个fiber都将成为一个工作单元。
// 假设我们要渲染的元素树如下
const el = (
<div>
<h1>
<p />
<a />
</h1>
<h2 />
</div>
)
其对应的 fiber tree 如下：
![Fibers]()
若将上图转化到我们的代码里，我们第一件事得找到root fiber，即在Render中，设置nextUnitOfWork初始值为root fiber，并将创建节点部分独立出来。
function Render(el,container) {
// 设置 nextUnitOfWork 初始值为 root fiber
nextUnitOfWork = {
dom: container,
props:{
children:[el],
}
}
}
// 将创建节点部分独立出来
function CreateDom(fiber) {
const dom = fiber.type === 'TEXT_EL'? document.createTextNode("") : document.createElement(fiber.type);
// 为节点分配props属性
const isProperty = key => key !== 'children';
const setProperty = name => dom[name] = fiber.props[name];
Object.keys(fiber.props).filter(isProperty).forEach(setProperty)
return dom
}
剩余的 fiber 将在 performUnitOfWork 函数上执行以下三件事：
-
为元素创建节点并添加到 dom
-
为元素的子代创建 fiber
-
选择下一个执行工作单元
function PerformUnitOfWork(fiber) {
// 为元素创建节点并添加到 dom
if(!fiber.dom) {
fiber.dom = CreateDom(fiber)
}
// 若元素存在父节点，则挂载
if(fiber.parent) {
fiber.parent.dom.appendChild(fiber.dom)
}
// 为元素的子代创建 fiber
const els = fiber.props.children;
let index = 0;
// 作为一个容器，存储兄弟节点
let prevSibling = null;
while(index < els.length) {
const el = els[index];
const newFiber = {
type: el.type,
props: el.props,
parent: fiber,
dom: null
}
// 子代在fiber树中的位置是child还是sibling，取决于它是否第一个
if(index === 0){
fiber.child = newFiber;
} else {
prevSibling.sibling = newFiber;
}
prevSibling = newFiber;
index++;
}
// 选择下一个执行工作单元，优先级是 child -> sibling -> parent
if(fiber.child){
return fiber.child;
}
let nextFiber = fiber;
while(nextFiber) {
if(nextFiber.sibling) {
return nextFiber.sibling;
}
nextFiber = nextFiber.parent;
}
}
Render 和 Commit 阶段
在上面的代码中，我们加入了时间切片，但它还存在一些问题，下面我们来看看：
-
在performUnitOfWork函数里，每次为元素创建节点之后，都向dom添加一个新节点，即
if(fiber.parent) {
fiber.parent.dom.appendChild(fiber.dom)
}
-
我们都知道，主流浏览器刷新频率为60Hz，即每（1000ms / 60Hz）16.6ms浏览器刷新一次。当JS执行时间过长，超出了16.6ms，这次刷新就没有时间执行样式布局和样式绘制了。也就是在渲染完整棵树之前，浏览器可能会中断，导致用户看不到完整的UI。
那该如何解决呢？
-
首先将创建一个节点就向dom进行添加处理的方式更改为跟踪 fiber root，也被称为progress root 或者 wipRoot
-
一旦完成所有的工作，即没有下一个工作单元时，才将fiber提交给dom
// 跟踪根节点
let wipRoot = null;
function Render(el,container) {
wipRoot = {
dom: container,
props:{
children:[el],
}
}
nextUnitOfWork = wipRoot;
}
// 一旦完成所有的工作，将整个fiber提交给dom
function WorkLoop(deadline) {
...
if(!nextUnitOfWork && wipRoot) {
CommitRoot()
}
requestIdleCallback(WorkLoop)
}
// 将完整的fiber提交给dom
function CommitRoot() {
CommitWork(wipRoot.child)
wipRoot = null
}
// 递归将每个节点添加进去
function CommitWork(fiber) {
if(!fiber) return;
const parentDom = fiber.parent.dom;
parentDom.appendChild(fiber.dom);
CommitWork(fiber.child);
CommitWork(fiber.sibling);
}
Reconciliation
到目前为止，我们优化了上面自定义的HuaMu库，但上面只实现了添加内容，现在，我们把更新和删除内容也加上。而要实现更新、删除功能，需要将render函数中收到的元素与提交给dom的最后的fiber tree进行比较。因此，需要保存最后一次提交给fiber tree 的引用currentRoot。同时，为每个fiber添加alternate属性，记录上一阶段提交的old fiber
let currentRoot = null;
function Render(el,container) {
wipRoot = {
...
alternate: currentRoot
}
...
}
function CommitRoot() {
...
currentRoot = wipRoot;
wipRoot = null
}
-
为元素的子代创建fiber的同时，将old fiber与new fiber进行reconcile
-
通过以下三个维度进行比较
-
如果old fiber与new fiber具有相同的type，保留dom节点并更新其props，并设置标签effectTag为UPDATE
-
type不同，且为new fiber，意味着要创建新的dom节点，设置标签effectTag为PLACEMENT；若为old fiber，则需要删除节点，设置标签effectTag为DELETION
注意：为了更好的Reconciliation，React 还使用了key，比如更快速的检测到子元素何时更改了在元素数组中的位置，这里为了简洁，暂不考虑。
let deletions = null;
function PerformUnitOfWork(fiber) {
...
const els = fiber.props.children;
// 提取 为元素的子代创建fiber 的代码
ReconcileChildren(fiber, els);
}
function ReconcileChildren(wipFiber, els) {
let index = 0;
let oldFiber = wipFiber.alternate && wipFiber.alternate.child;
let prevSibling = null;
// 为元素的子代创建fiber 的同时 遍历旧的fiber的子级
// undefined != null; // false
// undefined !== null; // true
while(index < els.length || oldFiber != null) {
const el = els[index];
const sameType = oldFiber && el && el.type === oldFiber.type;
let newFiber = null;
// 更新节点
if(sameType) {
newFiber = {
type: el.type,
props: el.props,
parent: wipFiber,
dom: oldFiber.dom, // 使用 oldFiber
alternate: oldFiber,
effectTag: "UPDATE",
}
}
// 新增节点
if(!sameType && el){
newFiber = {
type: el.type,
props: el.props,
parent: wipFiber,
dom: null, // dom 设置为null
alternate: null,
effectTag: "PLACEMENT",
}
}
// 删除节点
if(!sameType && oldFiber) {
// 删除节点没有新的fiber，因此将标签设置在旧的fiber上，并加入删除队列 [commit阶段提交时，执行deletions队列，render阶段执行完清空deletions队列]
oldFiber.effectTag = "DELETION";
deletions.push(oldFiber)
}
if(oldFiber) {
oldFiber = oldFiber.sibling;
}
if(index === 0) {
wipFiber.child = newFiber;
} else if(el) {
prevSibling.sibling = newFiber;
}
prevSibling = newFiber;
index++;
}
}
-
在CommitWork函数里，根据effectTags进行节点处理
- PLACEMENT - 跟之前一样，将dom节点添加进父节点
- DELETION - 删除节点
- UPDATE - 更新dom节点的props
function CommitWork(fiber) {
if (!fiber) return;
const parentDom = fiber.parent.dom;
if (fiber.effectTags === 'PLACEMENT' && fiber.dom !== null){
parentDom.appendChild(fiber.dom);
} else if (fiber.effectTags === 'DELETION') {
parentDom.removeChild(fiber.dom)
} else if(fiber.effectTags === 'UPDATE' && fiber.dom !== null) {
UpdateDom(
fiber.dom,
fiber.alternate.props,
fiber.props
)
}
CommitWork(fiber.child);
CommitWork(fiber.sibling);
}
重点分析一下UpdateDom函数：
-
普通属性
- 删除旧的属性
- 设置新的或更改的属性
-
特殊处理以 on为前缀的事件属性
- 删除旧的或更改的事件属性
- 添加新的事件属性
const isEvent = key => key.startsWith("on");
const isProperty = key => key !== 'children' && !isEvent(key);
const isNew = (prev, next) => key => prev[key] !== next[key];
const isGone = (prev, next) => key => !(key in next);
/**
* 更新dom节点的props
* @param {object} dom
* @param {object} prevProps 之前的属性
* @param {object} nextProps 当前的属性
*/
function UpdateDom(dom, prevProps, nextProps) {
// 删除旧的属性
Object.keys(prevProps)
.filter(isProperty)
.filter(isGone(prevProps, nextProps))
.forEach(name => {
dom[name] = ""
})
// 设置新的或更改的属性
Object.keys(nextProps)
.filter(isProperty)
.filter(isNew(prevProps, nextProps))
.forEach(name => {
dom[name] = nextProps[name]
})
// 删除旧的或更改的事件属性
Object.keys(prevProps)
.filter(isEvent)
.filter(key => (!(key in nextProps) || isNew(prevProps, nextProps)(key)))
.forEach(name => {
const eventType = name.toLowerCase().substring(2)
dom.removeEventListener(
eventType,
prevProps[name]
)
})
// 添加新的事件属性
Object.keys(nextProps)
.filter(isEvent)
.filter(isNew(prevProps, nextProps))
.forEach(name => {
const eventType = name.toLowerCase().substring(2)
dom.addEventListener(
eventType,
nextProps[name]
)
})
}
现在，我们已经实现了一个包含时间切片、fiber的简易 React。打开 codesandbox看看效果吧。
Function Components
组件化对于前端的同学应该不陌生，而实现组件化的基础就是函数组件，相对与上面的标签类型，函数组件有哪些不一样呢？让我们来啾啾
function App(props) {
return <h1>Hi {props.name}</h1>
}
const element = <App name="foo" />
若由上面实现的Huamu库进行转换，应该等价于：
function App(props) {
return Huamu.CreateElement("h1",null,"Hi ",props.name)
}
const element = Huamu.CreateElement(App, {name:"foo"})
由此，可见Function Components的fiber是没有dom节点的，而且其children是来自于函数的运行而不是props。基于这两个不同点，我们将其划分为UpdateFunctionComponent 和 UpdateHostComponent 进行处理
function PerformUnitOfWork(fiber) {
const isFunctionComponent = fiber.type instanceof Function;
if(isFunctionComponent) {
UpdateFunctionComponent(fiber)
} else {
UpdateHostComponent(fiber)
}
// 选择下一个执行工作单元，优先级是 child -> sibling -> parent
...
}
function UpdateFunctionComponent(fiber) {
// TODO
}
function UpdateHostComponent(fiber) {
if (!fiber.dom) = fiber.dom = CreateDom(fiber);
const els = fiber.props.children;
ReconcileChildren(fiber, els);
}
-
children来自于函数的运行而不是props，即运行函数获取children
function UpdateFunctionComponent(fiber) {
const children = [fiber.type(fiber.props)];
ReconcileChildren(fiber,children);
}
-
没有dom节点的fiber
- 在添加节点时，得沿着
fiber树向上移动，直到找到带有dom节点的父级fiber
- 在删除节点时，得继续向下移动，直到找到带有
dom节点的子级fiber
function CommitWork(fiber) {
if (!fiber) return;
// 优化：const domParent = fiber.parent.dom;
let domParentFiber = fiber.parent;
while(!domParentFiber.dom) {
domParentFiber = domParentFiber.parent;
}
const domParent = domParentFiber.dom;
if (fiber.effectTags === 'PLACEMENT' && fiber.dom!=null){
domParent.appendChild(fiber.dom);
} else if (fiber.effectTags === 'DELETION') {
// 优化： domParent.removeChild(fiber.dom)
CommitDeletion(fiber, domParent)
} else if(fiber.effectTags === 'UPDATE' && fiber.dom!=null) {
UpdateDom(
fiber.dom,
fiber.alternate.props,
fiber.props
)
}
CommitWork(fiber.child);
CommitWork(fiber.sibling);
}
function CommitDeletion(fiber,domParent){
if(fiber.dom){
domParent.removeChild(fiber.dom)
} else {
CommitDeletion(fiber.child, domParent)
}
}
最后，我们为Function Components添加状态。
Hooks
向fiber添加一个hooks数组，以支持useState在同一组件中多次调用，且跟踪当前的hooks索引。
let wipFiber = null
let hookIndex = null
function UpdateFunctionComponent(fiber) {
wipFiber = fiber;
hookIndex = 0
wipFiber.hooks = []
const children = [fiber.type(fiber.props)]
ReconcileChildren(fiber, children)
}
-
当Function Components组件调用UseState时，通过alternate属性检测fiber是否有old hook。
-
若有old hook，将状态从old hook复制到new hook，否则，初始化状态。
-
将new hook添加fiber，hook index递增，返回状态。
function UseState(initial) {
const oldHook =
wipFiber.alternate &&
wipFiber.alternate.hooks &&
wipFiber.alternate.hooks[hookIndex]
const hook = {
state: oldHook ? oldHook.state : initial,
}
wipFiber.hooks.push(hook)
hookIndex++
return [hook.state]
}
-
UseState还需返回一个可更新状态的函数，因此，需要定义一个接收action的setState函数。
-
将action添加到队列中，再将队列添加到fiber。
-
在下一次渲染时，获取old hook的action队列，并代入new state逐一执行，以保证返回的状态是已更新的。
-
在setState函数中，执行跟Render函数类似的操作，将currentRoot设置为下一个工作单元，以便开始新的渲染。
function UseState(initial) {
...
const hook = {
state: oldHook ? oldHook.state : initial,
queue: [],
}
const actions = oldHook ? oldHook.queue : []
actions.forEach(action => {
hook.state = action(hook.state)
})
const setState = action => {
hook.queue.push(action)
wipRoot = {
dom: currentRoot.dom,
props: currentRoot.props,
alternate: currentRoot,
}
nextUnitOfWork = wipRoot
deletions = []
}
wipFiber.hooks.push(hook)
hookIndex++
return [hook.state, setState]
}
现在，我们已经实现一个包含时间切片、fiber、Hooks 的简易 React。打开codesandbox看看效果吧。
结语
到目前为止，我们从 What > How 梳理了大概的 React 知识链路，后面的章节我们对文中所提及的知识点进行 Why 的探索，相信会反哺到 What 的理解和 How 的实践。
本文原创发布于涂鸦智能技术博客
https://tech.tuya.com/react-zheng-ti-gan-zhi/
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