React 架构的演变 - 更新机制
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2020-11-06 10:22
前面的文章分析了 Concurrent 模式下异步更新的逻辑，以及 Fiber 架构是如何进行时间分片的，更新过程中的很多内容都省略了，评论区也收到了一些同学对更新过程的疑惑，今天的文章就来讲解下 React Fiber 架构的更新机制。
Fiber 数据结构
我们先回顾一下 Fiber 节点的数据结构（之前文章省略了一部分属性，所以和之前文章略有不同）：
function FiberNode (tag, key) {
// 节点 key，主要用于了优化列表 diff
this.key = key
// 节点类型；FunctionComponent: 0, ClassComponent: 1, HostRoot: 3 ...
this.tag = tag
// 子节点
this.child = null
// 父节点
this.return = null
// 兄弟节点
this.sibling = null
// 更新队列，用于暂存 setState 的值
this.updateQueue = null
// 新传入的 props
this.pendingProps = pendingProps;
// 之前的 props
this.memoizedProps = null;
// 之前的 state
this.memoizedState = null;
// 节点更新过期时间，用于时间分片
// react 17 改为：lanes、childLanes
this.expirationTime = NoLanes
this.childExpirationTime = NoLanes
// 对应到页面的真实 DOM 节点
this.stateNode = null
// Fiber 节点的副本，可以理解为备胎，主要用于提升更新的性能
this.alternate = null
// 副作用相关，用于标记节点是否需要更新
// 以及更新的类型：替换成新节点、更新属性、更新文本、删除……
this.effectTag = NoEffect
// 指向下一个需要更新的节点
this.nextEffect = null
this.firstEffect = null
this.lastEffect = null
}
缓存机制
可以注意到 Fiber 节点有个 alternate 属性，该属性在节点初始化的时候默认为空（this.alternate = null）。这个节点的作用就是用来缓存之前的 Fiber 节点，更新的时候会判断 fiber.alternate 是否为空来确定当前是首次渲染还是更新。下面我们上代码：
import React from 'react';
import ReactDOM from 'react-dom';
class App extends React.Component {
state = { val: 0 }
render() {
return <div>val: { this.state.val }div>
}
}
ReactDOM.unstable_createRoot(
document.getElementById('root')
).render(<App />)
在调用 createRoot 的时候，会先生成一个FiberRootNode，在 FiberRootNode 下会有个 current 属性，current 指向 RootFiber 可以理解为一个空 Fiber。后续调用的 render 方法，就是将传入的组件挂载到 FiberRootNode.current（即 RootFiber） 的空 Fiber 节点上。
// 实验版本对外暴露的 createRoot 需要加上 `unstable_` 前缀
exports.unstable_createRoot = createRoot
function createRoot(container) {
return new ReactDOMRoot(container)
}
function ReactDOMRoot(container) {
var root = new FiberRootNode()
// createRootFiber => createFiber => return new FiberNode(tag);
root.current = createRootFiber() // 挂载一个空的 fiber 节点
this._internalRoot = root
}
ReactDOMRoot.prototype.render = function render(children) {
var root = this._internalRoot
var update = createUpdate()
update.payload = { element: children }
const rootFiber = root.current
// update对象放到 rootFiber 的 updateQueue 中
enqueueUpdate(rootFiber, update)
// 开始更新流程
scheduleUpdateOnFiber(rootFiber)
}
render 最后调用 scheduleUpdateOnFiber 进入更新任务，该方法之前有说明，最后会通过 scheduleCallback 走 MessageChannel 消息进入下个任务队列，最后调用 performConcurrentWorkOnRoot 方法。
// scheduleUpdateOnFiber
// => ensureRootIsScheduled
// => scheduleCallback(performConcurrentWorkOnRoot)
function performConcurrentWorkOnRoot(root) {
renderRootConcurrent(root)
}
function renderRootConcurrent(root) {
// workInProgressRoot 为空，则创建 workInProgress
if (workInProgressRoot !== root) {
createWorkInProgress()
}
}
function createWorkInProgress() {
workInProgressRoot = root
var current = root.current
var workInProgress = current.alternate;
if (workInProgress === null) {
// 第一次构建，需要创建副本
workInProgress = createFiber(current.tag)
workInProgress.alternate = current
current.alternate = workInProgress
} else {
// 更新过程可以复用
workInProgress.nextEffect = null
workInProgress.firstEffect = null
workInProgress.lastEffect = null
}
}
开始更新时，如果 workInProgress 为空会指向一个新的空 Fiber 节点，表示正在进行工作的 Fiber 节点。
workInProgress.alternate = current
current.alternate = workInProgress
fiber tree构造好 workInProgress 之后，就会开始在新的 RootFiber 下生成新的子 Fiber 节点了。
function renderRootConcurrent(root) {
// 构造 workInProgress...
// workInProgress.alternate = current
// current.alternate = workInProgress
// 进入遍历 fiber 树的流程
workLoopConcurrent()
}
function workLoopConcurrent() {
while (workInProgress !== null && !shouldYield()) {
performUnitOfWork()
}
}
function performUnitOfWork() {
var current = workInProgress.alternate
// 返回当前 Fiber 的 child
const next = beginWork(current, workInProgress)
// 省略后续代码...
}
按照我们前面的案例， workLoopConcurrent 调用完成后，最后得到的 fiber 树如下：
class App extends React.Component {
state = { val: 0 }
render() {
return <div>val: { this.state.val }div>
}
}
fiber tree最后进入 Commit 阶段的时候，会切换 FiberRootNode 的 current 属性：
function performConcurrentWorkOnRoot() {
renderRootConcurrent() // 结束遍历流程，fiber tree 已经构造完毕
var finishedWork = root.current.alternate
root.finishedWork = finishedWork
commitRoot(root)
}
function commitRoot() {
var finishedWork = root.finishedWork
root.finishedWork = null
root.current = finishedWork // 切换到新的 fiber 树
}
fiber tree上面的流程为第一次渲染，通过 setState({ val: 1 }) 更新时，workInProgress 会切换到 root.current.alternate。
function createWorkInProgress() {
workInProgressRoot = root
var current = root.current
var workInProgress = current.alternate;
if (workInProgress === null) {
// 第一次构建，需要创建副本
workInProgress = createFiber(current.tag)
workInProgress.alternate = current
current.alternate = workInProgress
} else {
// 更新过程可以复用
workInProgress.nextEffect = null
workInProgress.firstEffect = null
workInProgress.lastEffect = null
}
}
fiber tree在后续的遍历过程中（workLoopConcurrent()），会在旧的 RootFiber 下构建一个新的 fiber tree，并且每个 fiber 节点的 alternate 都会指向 current fiber tree 下的节点。
fiber tree这样 FiberRootNode 的 current 属性就会轮流在两棵 fiber tree 不停的切换，即达到了缓存的目的，也不会过分的占用内存。
更新队列
在 React 15 里，多次 setState 会被放到一个队列中，等待一次更新。
// setState 方法挂载到原型链上
ReactComponent.prototype.setState = function (partialState, callback) {
// 调用 setState 后，会调用内部的 updater.enqueueSetState
this.updater.enqueueSetState(this, partialState)
};
var ReactUpdateQueue = {
enqueueSetState(component, partialState) {
// 在组件的 _pendingStateQueue 上暂存新的 state
if (!component._pendingStateQueue) {
component._pendingStateQueue = []
}
// 将 setState 的值放入队列中
var queue = component._pendingStateQueue
queue.push(partialState)
enqueueUpdate(component)
}
}
同样在 Fiber 架构中，也会有一个队列用来存放 setState 的值。每个 Fiber 节点都有一个 updateQueue 属性，这个属性就是用来缓存 setState 值的，只是结构从 React 15 的数组变成了链表结构。
无论是首次 Render 的 Mount 阶段，还是 setState 的 Update 阶段，内部都会调用 enqueueUpdate 方法。
// --- Render 阶段 ---
function initializeUpdateQueue(fiber) {
var queue = {
baseState: fiber.memoizedState,
firstBaseUpdate: null,
lastBaseUpdate: null,
shared: {
pending: null
},
effects: null
}
fiber.updateQueue = queue
}
ReactDOMRoot.prototype.render = function render(children) {
var root = this._internalRoot
var update = createUpdate()
update.payload = { element: children }
const rootFiber = root.current
// 初始化 rootFiber 的 updateQueue
initializeUpdateQueue(rootFiber)
// update 对象放到 rootFiber 的 updateQueue 中
enqueueUpdate(rootFiber, update)
// 开始更新流程
scheduleUpdateOnFiber(rootFiber)
}
// --- Update 阶段 ---
Component.prototype.setState = function (partialState, callback) {
this.updater.enqueueSetState(this, partialState)
}
var classComponentUpdater = {
enqueueSetState: function (inst, payload) {
// 获取实例对应的fiber
var fiber = get(inst)
var update = createUpdate()
update.payload = payload
// update 对象放到 rootFiber 的 updateQueue 中
enqueueUpdate(fiber, update)
scheduleUpdateOnFiber(fiber)
}
}
enqueueUpdate 方法的主要作用就是将 setState 的值挂载到 Fiber 节点上。
function enqueueUpdate(fiber, update) {
var updateQueue = fiber.updateQueue;
if (updateQueue === null) {
// updateQueue 为空则跳过
return;
}
var sharedQueue = updateQueue.shared;
var pending = sharedQueue.pending;
if (pending === null) {
update.next = update;
} else {
update.next = pending.next;
pending.next = update;
}
sharedQueue.pending = update;
}
多次 setState 会在 sharedQueue.pending 上形成一个单向循环链表，具体例子更形象的展示下这个链表结构。
class App extends React.Component {
state = { val: 0 }
click () {
for (let i = 0; i < 3; i++) {
this.setState({ val: this.state.val + 1 })
}
}
render() {
return <div onClick={() => {
this.click()
}}>val: { this.state.val }div>
}
}
点击 div 之后，会连续进行三次 setState，每次 setState 都会更新 updateQueue。
第一次 setState
第二次 setState
第三次 setState更新过程中，我们遍历下 updateQueue 链表，可以看到结果与预期的一致。
let $pending = sharedQueue.pending
// 遍历链表，在控制台输出 payload
while($pending) {
console.log('update.payload', $pending.payload)
$pending = $pending.next
}
链表数据递归 Fiber 节点
Fiber 架构下每个节点都会经历递（beginWork）和归（completeWork）两个过程：
- beginWork：生成新的 state，调用 render 创建子节点，连接当前节点与子节点；
- completeWork：依据 EffectTag 收集 Effect，构造 Effect List；
先回顾下这个流程：
function workLoopConcurrent() {
while (workInProgress !== null && !shouldYield()) {
performUnitOfWork()
}
}
function performUnitOfWork() {
var current = workInProgress.alternate
// 返回当前 Fiber 的 child
const next = beginWork(current, workInProgress)
if (next === null) { // child 不存在
completeUnitOfWork()
} else { // child 存在
// 重置 workInProgress 为 child
workInProgress = next
}
}
function completeUnitOfWork() {
// 向上回溯节点
let completedWork = workInProgress
while (completedWork !== null) {
// 收集副作用，主要是用于标记节点是否需要操作 DOM
var current = completedWork.alternate
completeWork(current, completedWork)
// 省略构造 Effect List 过程
// 获取 Fiber.sibling
let siblingFiber = workInProgress.sibling
if (siblingFiber) {
// sibling 存在，则跳出 complete 流程，继续 beginWork
workInProgress = siblingFiber
return
}
completedWork = completedWork.return
workInProgress = completedWork
}
}
递（beginWork）
先看看 beginWork 进行了哪些操作：
function beginWork(current, workInProgress) {
if (current !== null) { // current 不为空，表示需要进行 update
var oldProps = current.memoizedProps // 原先传入的 props
var newProps = workInProgress.pendingProps // 更新过程中新的 props
// 组件的 props 发生变化，或者 type 发生变化
if (oldProps !== newProps || workInProgress.type !== current.type) {
// 设置更新标志位为 true
didReceiveUpdate = true
}
} else { // current 为空表示首次加载，需要进行 mount
didReceiveUpdate = false
}
// tag 表示组件类型，不用类型的组件调用不同方法获取 child
switch(workInProgress.tag) {
// 函数组件
case FunctionComponent:
return updateFunctionComponent(current, workInProgress, newProps)
// Class组件
case ClassComponent:
return updateClassComponent(current, workInProgress, newProps)
// DOM 原生组件（div、span、button……）
case HostComponent:
return updateHostComponent(current, workInProgress)
// DOM 文本组件
case HostText:
return updateHostText(current, workInProgress)
}
}
首先判断 current（即：workInProgress.alternate） 是否存在，如果存在表示需要更新，不存在就是首次加载，didReceiveUpdate 变量设置为 false，didReceiveUpdate 变量用于标记是否需要调用 render 新建 fiber.child，如果为 false 就会重新构建fiber.child，否则复用之前的 fiber.child。
然后会依据 workInProgress.tag 调用不同的方法构建 fiber.child。关于 workInProgress.tag 的含义可以参考 react/packages/shared/ReactWorkTags.js，主要是用来区分每个节点各自的类型，下面是常用的几个：
var FunctionComponent = 0; // 函数组件
var ClassComponent = 1; // Class组件
var HostComponent = 5; // 原生组件
var HostText = 6; // 文本组件
调用的方法不一一展开讲解，我们只看看 updateClassComponent：
// 更新 class 组件
function updateClassComponent(current, workInProgress, newProps) {
// 更新 state，省略了一万行代码，只保留了核心逻辑，看看就好
var oldState = workInProgress.memoizedState
var newState = oldState
var queue = workInProgress.updateQueue
var pendingQueue = queue.shared.pending
var firstUpdate = pendingQueue
var update = pendingQueue
do {
// 合并 state
var partialState = update.payload
newState = Object.assign({}, newState, partialState)
// 链表遍历完毕
update = update.next
if (update === firstUpdate) {
// 链表遍历完毕
queue.shared.pending = null
break
}
} while (true)
workInProgress.memoizedState = newState // state 更新完毕
// 检测 oldState 和 newState 是否一致，如果一致，跳过更新
// 调用 componentWillUpdate 判断是否需要更新
var instance = workInProgress.stateNode
instance.props = newProps
instance.state = newState
// 调用 Component 实例的 render
var nextChildren = instance.render()
reconcileChildren(current, workInProgress, nextChildren)
return workInProgress.child
}
首先遍历了之前提到的 updateQueue 更新 state，然后就是判断 state 是否更新，以此来推到组件是否需要更新（这部分代码省略了），最后调用的组件 render 方法生成子组件的虚拟 DOM。最后的 reconcileChildren 就是依据 render 的返回值来生成 fiber 节点并挂载到 workInProgress.child 上。
// 构造子节点
function reconcileChildren(current, workInProgress, nextChildren) {
if (current === null) {
workInProgress.child = mountChildFibers(
workInProgress, null, nextChildren
)
} else {
workInProgress.child = reconcileChildFibers(
workInProgress, current.child, nextChildren
)
}
}
// 两个方法本质上一样，只是一个需要生成新的 fiber，一个复用之前的
var reconcileChildFibers = ChildReconciler(true)
var mountChildFibers = ChildReconciler(false)
function ChildReconciler(shouldTrackSideEffects) {
return function (returnFiber, currentChild, nextChildren) {
// 不同类型进行不同的处理
// 返回对象
if (typeof newChild === 'object' && newChild !== null) {
return placeSingleChild(
reconcileSingleElement(
returnFiber, currentChild, newChild
)
)
}
// 返回数组
if (Array.isArray(newChild)) {
// ...
}
// 返回字符串或数字，表明是文本节点
if (
typeof newChild === 'string' ||
typeof newChild === 'number'
) {
// ...
}
// 返回 null，直接删除节点
return deleteRemainingChildren(returnFiber, currentChild)
}
}
篇幅有限，看看 render 返回值为对象的情况（通常情况下，render 方法 return 的如果是 jsx 都会被转化为虚拟 DOM，而虚拟 DOM 必定是对象或数组）：
if (typeof newChild === 'object' && newChild !== null) {
return placeSingleChild(
// 构造 fiber，或者是复用 fiber
reconcileSingleElement(
returnFiber, currentChild, newChild
)
)
}
function placeSingleChild(newFiber) {
// 更新操作，需要设置 effectTag
if (shouldTrackSideEffects && newFiber.alternate === null) {
newFiber.effectTag = Placement
}
return newFiber
}
归（completeWork）
当 fiber.child 为空时，就会进入 completeWork 流程。而 completeWork 主要就是收集 beginWork 阶段设置的 effectTag，如果有设置 effectTag 就表明该节点发生了变更， effectTag 的主要类型如下（默认为 NoEffect ，表示节点无需进行操作，完整的定义可以参考 react/packages/shared/ReactSideEffectTags.js）：
export const NoEffect = /* */ 0b000000000000000;
export const PerformedWork = /* */ 0b000000000000001;
// You can change the rest (and add more).
export const Placement = /* */ 0b000000000000010;
export const Update = /* */ 0b000000000000100;
export const PlacementAndUpdate = /* */ 0b000000000000110;
export const Deletion = /* */ 0b000000000001000;
export const ContentReset = /* */ 0b000000000010000;
export const Callback = /* */ 0b000000000100000;
export const DidCapture = /* */ 0b000000001000000;
我们看看 completeWork 过程中，具体进行了哪些操作：
function completeWork(current, workInProgress) {
switch (workInProgress.tag) {
// 这些组件没有反应到 DOM 的 effect，跳过处理
case Fragment:
case MemoComponent:
case LazyComponent:
case ContextConsumer:
case FunctionComponent:
return null
// class 组件
case ClassComponent: {
// 处理 context
var Component = workInProgress.type
if (isContextProvider(Component)) {
popContext(workInProgress)
}
return null
}
case HostComponent: {
// 这里 Fiber 的 props 对应的就是 DOM 节点的 props
// 例如：id、src、className ……
var newProps = workInProgress.pendingProps // props
if (
current !== null &&
workInProgress.stateNode != null
) { // current 不为空，表示是更新操作
var type = workInProgress.type
updateHostComponent(current, workInProgress, type, newProps)
} else { // current 为空，表示需要渲染 DOM 节点
// 实例化 DOM，挂载到 fiber.stateNode
var instance = createInstance(type, newProps)
appendAllChildren(instance, workInProgress, false, false);
workInProgress.stateNode = instance
}
return null
}
case HostText: {
var newText = workInProgress.pendingProps // props
if (current && workInProgress.stateNode != null) {
var oldText = current.memoizedProps
// 更新文本节点
updateHostText(current, workInProgress, oldText, newText)
} else {
// 实例文本节点
workInProgress.stateNode = createTextInstance(newText)
}
return null
}
}
}
与 beginWork 一样，completeWork 过程中也会依据 workInProgress.tag 来进行不同的处理，其他类型的组件基本可以略过，只用关注下 HostComponent、HostText，这两种类型的节点会反应到真实 DOM 中，所以会有所处理。
updateHostComponent = function (
current, workInProgress, type, newProps
) {
var oldProps = current.memoizedProps
if (oldProps === newProps) {
// 新旧 props 无变化
return
}
var instance = workInProgress.stateNode // DOM 实例
// 对比新旧 props
var updatePayload = diffProperties(instance, type, oldProps, newProps)
// 将发生变化的属性放入 updateQueue
// 注意这里的 updateQueue 不同于 Class 组件对应的 fiber.updateQueue
workInProgress.updateQueue = updatePayload
};
updateHostComponent 方法最后会通过 diffProperties 方法获取一个更新队列，挂载到 fiber.updateQueue 上，这里的 updateQueue 不同于 Class 组件对应的 fiber.updateQueue，不是一个链表结构，而是一个数组结构，用于更新真实 DOM。
下面举一个例子，修改 App 组件的 state 后，下面的 span 标签对应的 data-val、style、children 都会相应的发生修改，同时，在控制台打印出 updatePayload 的结果。
import React from 'react'
class App extends React.Component {
state = { val: 1 }
clickBtn = () => {
this.setState({ val: this.state.val + 1 })
}
render() {
return (<div>
<button onClick={this.clickBtn}>addbutton>
<span
data-val={this.state.val}
style={{ fontSize: this.state.val * 15 }}
>
{ this.state.val }
span>
div>)
}
}
export default App
console副作用链表
在最后的更新阶段，为了不用遍历所有的节点，在 completeWork 过程结束后，会构造一个 effectList 连接所有 effectTag 不为 NoEffect 的节点，在 commit 阶段能够更高效的遍历节点。
function completeUnitOfWork() {
let completedWork = workInProgress
while (completedWork !== null) {
// 调用 completeWork()...
// 构造 Effect List 过程
var returnFiber = completedWork.return
if (returnFiber !== null) {
if (returnFiber.firstEffect === null) {
returnFiber.firstEffect = completedWork.firstEffect;
}
if (completedWork.lastEffect !== null) {
if (returnFiber.lastEffect !== null) {
returnFiber.lastEffect.nextEffect = completedWork.firstEffect;
}
returnFiber.lastEffect = completedWork.lastEffect;
}
if (completedWork.effectTag > PerformedWork) {
if (returnFiber.lastEffect !== null) {
returnFiber.lastEffect.nextEffect = completedWork
} else {
returnFiber.firstEffect = completedWork
}
returnFiber.lastEffect = completedWork
}
}
// 判断 completedWork.sibling 是否存在...
}
}
上面的代码就是构造 effectList 的过程，光看代码还是比较难理解的，我们还是通过实际的代码来解释一下。
import React from 'react'
export default class App extends React.Component {
state = { val: 0 }
click = () => {
this.setState({ val: this.state.val + 1 })
}
render() {
const { val } = this.state
const array = Array(2).fill()
const rows = array.map(
(_, row) => <tr key={row}>
{array.map(
(_, col) => <td key={col}>{val}td>
)}
tr>
)
return <table onClick={() => this.click()}>
{rows}
table>
}
}
App我们构造一个 2 * 2 的 Table，每次点击组件，td 的 children 都会发生修改，下面看看这个过程中的 effectList 是如何变化的。
第一个 td 完成 completeWork 后，EffectList 结果如下：
1第二个 td 完成 completeWork 后，EffectList 结果如下：
2两个 td 结束了 completeWork 流程，会回溯到 tr 进行 completeWork ，tr 结束流程后 ，table 会直接复用 tr 的 firstEffect 和 lastEffect，EffectList 结果如下：
3后面两个 td 结束 completeWork 流程后，EffectList 结果如下：
4回溯到第二个 tr 进行 completeWork ，由于 table 已经存在 firstEffect 和 lastEffect，这里会直接修改 table 的 firstEffect 的 nextEffect，以及重新指定 lastEffect，EffectList 结果如下：
5最后回溯到 App 组件时，就会直接复用 table 的 firstEffect 和 lastEffect，最后 的EffectList 结果如下：
6提交更新
这一阶段的主要作用就是遍历 effectList 里面的节点，将更新反应到真实 DOM 中，当然还涉及一些生命周期钩子的调用，我们这里只展示最简单的逻辑。
function commitRoot(root) {
var finishedWork = root.finishedWork
var firstEffect = finishedWork
var nextEffect = firstEffect
// 遍历effectList
while (nextEffect !== null) {
const effectTag = nextEffect.effectTag
// 根据 effectTag 进行不同的处理
switch (effectTag) {
// 插入 DOM 节点
case Placement: {
commitPlacement(nextEffect)
nextEffect.effectTag &= ~Placement
break
}
// 更新 DOM 节点
case Update: {
const current = nextEffect.alternate
commitWork(current, nextEffect)
break
}
// 删除 DOM 节点
case Deletion: {
commitDeletion(root, nextEffect)
break
}
}
nextEffect = nextEffect.nextEffect
}
}
这里不再展开讲解每个 effect 下具体的操作，在遍历完 effectList 之后，就是将当前的 fiber 树进行切换。
function commitRoot() {
var finishedWork = root.finishedWork
// 遍历 effectList ……
root.finishedWork = null
root.current = finishedWork // 切换到新的 fiber 树
}
总结
到这里整个更新流程就结束了，可以看到 Fiber 架构下，所有数据结构都是链表形式，链表的遍历都是通过循环的方式来实现的，看代码的过程中经常会被突然出现的 return、break 扰乱思路，所以要完全理解这个流程还是很不容易的。
最后，希望大家在阅读文章的过程中能有收获，下一篇文章会开始写 Hooks 相关的内容。
● 简单代码的秘诀
·END·
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