React源码系列之三：hooks之useState，useReducer

前言

本次React源码参考版本为17.0.3。这是React源码系列第二篇，建议初看源码的同学从第一篇开始看起，这样更有连贯性，下面有源码系列链接。

标题写着useState, useReducer，但本文只讲useState，因为在源码中，useState使用的是和useReducer一样的代码，就不在额外赘述了。

热身准备

在正式讲useState，我们先热热身，了解下必备知识。

为什么会有hooks

大家都知道hooks是在函数组件的产物。之前class组件为什么没有出现hooks这种东西呢？

答案很简单，不需要。

因为在class组件中，在运行时，只会生成一个实例，而在这个实例中会保存组件的state等信息。在后续的更新操作中，也只是调用其中的render方法，实例中的信息不会丢失。而在函数组件中，每次渲染，更新都会去执行这个函数组件，所以在函数组件中是没办法保存state等信息的。为了保存state等信息，于是有了hooks，用来记录函数组件的状态，执行副作用。

hooks执行时机

上面提到，在函数组件中，每次渲染，更新都会去执行这个函数组件。所以我们在函数组件内部声明的hooks也会在每次执行函数组件时执行。

在这个时候，可能有的同学听了我上面的说法（hooks用来记录函数组件的状态，执行副作用），又有疑惑了，既然每次函数组件执行都会执行hooks方法，那hooks是怎么记录函数组件的状态的呢？

答案是，记录在函数组件对应的fiber节点中。

两套hooks

在我们刚开始学习使用hooks时，可能会有疑惑，为什么hooks要在函数组件的顶部声明，而不能在条件语句或内部函数中声明？

答案是，React维护了两套hooks，一套用来在项目初始化mount时，初始化hooks。而在后续的更新操作中会基于初始化的hooks执行更新操作。如果我们在条件语句或函数中声明hooks，有可能在项目初始化时不会声明，这样就会导致在后面的更新操作中出问题。

hooks存储

提前讲一下hooks存储方式，避免看晕了~~~

每个初始化的hook都会创建一个hook结构，多个hook是通过声明顺序用链表的结构相关联，最终这个链表会存放在fiber.memoizedState中：

var hook = {
    memoizedState: null,   // 存储hook操作，不要和fiber.memoizedState搞混了
    baseState: null,
    baseQueue: null,
    queue: null,    // 存储该hook本次更新阶段的所有更新操作
    next: null      // 链接下一个hook
};

而在每个hook.queue中存放的么个update也是一个链表结构存储的，千万不要和hook的链表搞混了。

接下来，让我们带着下面几个问题看文章：

为什么setState后不能马上拿到最新的state的值？
多个setState是如何合并的？
setState到底是同步还是异步的？
为什么setState的值相同时，函数组件不更新？

假如我们有下面这样一段代码：

function App(){
  const [count, setCount] = useState(0)
  
  const handleClick = () => {
    setCount(count => count + 1)
  }
  
  return (
    <div>
        勇敢牛牛,
        <span>不怕困难</span>
        <span onClick={handleClick}>{count}</span>
    </div>
  )
}

初始化 mount

useState

我们先来看下useState()函数：

function useState(initialState) {
  var dispatcher = resolveDispatcher();
  return dispatcher.useState(initialState);
}

上面的dispatcher就会涉及到开始提到的两套hooks的变换使用，initialState是我们传入useState的参数，可以是基础数据类型，也可以是函数，我们主要看dispatcher.useState(initialState)方法，因为我们这里是初始化，它会调用mountState方法：

function mountState(initialState) {
  var hook = mountWorkInProgressHook();   // workInProgressHook

  if (typeof initialState === 'function') {
    // 在这里，如果我们传入的参数是函数，会执行拿到return作为initialState
    initialState = initialState();
  }

  hook.memoizedState = hook.baseState = initialState;
  var queue = hook.queue = {
    pending: null,
    dispatch: null,
    lastRenderedReducer: basicStateReducer,
    lastRenderedState: initialState
  };
  var dispatch = queue.dispatch = dispatchAction.bind(null, currentlyRenderingFiber$1, queue);
  return [hook.memoizedState, dispatch];
}

上面的代码还是比较简单，主要就是根据useState()的入参生成一个queue并保存在hook中，然后将入参和绑定了两个参数的dispatchAction作为返回值暴露到函数组件中去使用。

这两个返回值，第一个hook.memoizedState比较好理解，就是初始值，第二个dispatch，也就是dispatchAction.bind(null, currentlyRenderingFiber$1, queue)这是个什么东西呢？我们知道使用useState()方法会返回两个值state, setState，这个setState就对应上面的dispatchAction，这个函数是怎么做到帮我们设置state的值的呢？

我们先保留这个疑问，往下看，在后面会慢慢揭晓答案。

接下来我们主要看看mountWorkInProgressHook都做了些什么。

mountWorkInProgressHook

function mountWorkInProgressHook() {
  var hook = {
    memoizedState: null,
    baseState: null,
    baseQueue: null,
    queue: null,
    next: null
  };
  // 这里的if/else主要用来区分是否是第一个hook
  if (workInProgressHook === null) {
    currentlyRenderingFiber$1.memoizedState = workInProgressHook = hook;
  } else {
  //  把hook加到hooks链表的最后一条， 并且指针指向这条hook
    workInProgressHook = workInProgressHook.next = hook;  
  }

  return workInProgressHook;
}

从上面的currentlyRenderingFiber$1.memoizedState = workInProgressHook = hook;这一行代码，我们可以发现，hook是存放在对应fiber.memoizedState上的。

workInProgressHook = workInProgressHook.next = hook; ，从这一行代码，我们能知道，如果是有多个hook，他们是以链表的形式进行的存放。

不仅仅是useState()这个hook会在初始化时走mountWorkInProgressHook方法，其他的hook，例如：useEffect, useRef, useCallback等在初始化时都是调用的这个方法。

到这里我们能搞明白两件事：

hooks的状态数据是存放在对应的函数组件的fiber.memoizedState；
一个函数组件上如果有多个hook，他们会通过声明的顺序以链表的结构存储；

到这里，我们的useState()已经完成了它初始化时的所有工作了，简单概括下，useState()在初始化时会将我们传入的初始值以hook的结构存放到对应的fiber.memoizedState，以数组形式返回[state, dispatchAction]。

更新 update

当我们以某种形式触发setState()时，React也会根据setState()的值来决定如何更新视图。

在上面讲到，useState在初始化时会返回[state, dispatchAction]，那我们调用setState()方法，实际上就是调用dispatchAction，而且这个函数在初始化时还通过bind绑定了两个参数，一个是useState初始化时函数组件对应的fiber，另一个是hook结构的queue。

来看下我精简后的dispatchAction（去除了和setState无关的代码）

function dispatchAction(fiber, queue, action) {
  // 创建一个update，用于后续的更新，这里的action就是我们setState的入参
  var update = {
    lane: lane,
    action: action,
    eagerReducer: null,
    eagerState: null,
    next: null
  };
  // 这段闭环链表插入update的操作有没有很熟悉？
  var pending = queue.pending;

  if (pending === null) {
    update.next = update;
  } else {
    update.next = pending.next;
    pending.next = update;
  }

  queue.pending = update;
  var alternate = fiber.alternate;
    // 判断当前是否是渲染阶段
    if (fiber.lanes === NoLanes && (alternate === null || alternate.lanes === NoLanes)) {
      var lastRenderedReducer = queue.lastRenderedReducer;
       // 这个if语句里的一大段就是用来判断我们这次更新是否和上次一样，如果一样就不会在进行调度更新
      if (lastRenderedReducer !== null) {
        var prevDispatcher;

        {
          prevDispatcher = ReactCurrentDispatcher$1.current;
          ReactCurrentDispatcher$1.current = InvalidNestedHooksDispatcherOnUpdateInDEV;
        }

        try {
          var currentState = queue.lastRenderedState;
          var eagerState = lastRenderedReducer(currentState, action);

          update.eagerReducer = lastRenderedReducer;
          update.eagerState = eagerState;

          if (objectIs(eagerState, currentState)) {
            return;
          }
        } finally {
          {
            ReactCurrentDispatcher$1.current = prevDispatcher;
          }
        }
      }
    }
    // 将携带有update的fiber进行调度更新
    scheduleUpdateOnFiber(fiber, lane, eventTime);
  }
}

上面的代码已经是我尽力精简的结果了。。。代码上有注释，各位看官凑合看下。

不愿细看的我来总结下dispatchAction做的事情：

创建一个update并加入到fiber.hook.queue链表中，并且链表指针指向这个update；
判断当前是否是渲染阶段决定要不要马上调度更新；
判断这次的操作和上次的操作是否相同，如果相同则不进行调度更新；
满足上述条件则将带有update的fiber进行调度更新；

到这里我们又搞明白了一个问题：

为什么setState的值相同时，函数组件不更新？

updateState

我们这里不详细讲解调度更新的过程，后面文章安排，这里我们只需要知道，在接下来更新过程中，会再次执行我们的函数组件，这时又会调用useState方法了。前面讲过，React维护了两套hooks，一套用于初始化，一套用于更新。这个在调度更新时就已经完成了切换。所以我们这次调用useState方法会和之前初始化有所不同。

这次我们进入useState，会看到其实是调用的updateState方法

function updateState(initialState) {
  return updateReducer(basicStateReducer);
}

看到这几行代码，看官们应该就明白为什么网上有人说useState和useReducer相似。原来在useState的更新中调用的就是updateReducer啊。

updateReducer

本来很长，想让各位看官忍一忍。于心不忍，忍痛减了很多

function updateReducer(reducer, initialArg, init) {
  // 创建一个新的hook，带有dispatchAction创建的update
  var hook = updateWorkInProgressHook();
  var queue = hook.queue;

  queue.lastRenderedReducer = reducer;
  var current = currentHook;

  var baseQueue = current.baseQueue; 
  var pendingQueue = queue.pending;

  current.baseQueue = baseQueue = pendingQueue;
  
  if (baseQueue !== null) {
    // 从这里能看到之前讲的创建闭环链表插入update的好处了吧？直接next就能找到第一个update
    var first = baseQueue.next;
    var newState = current.baseState;

    var update = first;
    // 开始遍历update链表执行所有setState
    do {
      var updateLane = update.lane;
      // 假如我们这个update上有多个setState，在循环过程中，最终都会做合并操作
      var action = update.action;
      // 这里的reducer会判断action类型，下面讲
      newState = reducer(newState, action);

      update = update.next;
    } while (update !== null && update !== first);

    hook.memoizedState = newState;
    hook.baseState = newBaseState;
    hook.baseQueue = newBaseQueueLast;
    queue.lastRenderedState = newState;
  }

  var dispatch = queue.dispatch;
  return [hook.memoizedState, dispatch];
}

上面的更新中，会循环遍历update进行一个合并操作，只取最后一个setState的值，这时候可能有人会问那直接取最后一个setState的值不是更方便吗？

这样做是不行的，因为setState入参可以是基础类型也可以是函数，如果传入的是函数，它会依赖上一个setState的值来完成更新操作，下面的代码就是上面的循环中的reducer

function basicStateReducer(state, action) {
  return typeof action === 'function' ? action(state) : action;
}

到这里我们搞明白了一个问题，多个setState是如何合并的？

updateWorkInProgressHook

下面是伪代码，我把很多的逻辑判断给删除了，免了太长又让各位看官难受，原来的代码里会判断当前的hook是不是第一个调度更新的hook，我这里为了简单就按第一个来解析

function updateWorkInProgressHook() {
  var nextCurrentHook;

  nextCurrentHook = current.memoizedState;

  var newHook = {
      memoizedState: currentHook.memoizedState,
      baseState: currentHook.baseState,
      baseQueue: currentHook.baseQueue,
      queue: currentHook.queue,
      next: null
      }
      
  currentlyRenderingFiber$1.memoizedState = workInProgressHook = newHook;

  return workInProgressHook;
}

从上面代码能看出来，updateWorkInProgressHook抛去那些判断，其实做的事情也很简单，就是基于fiber.memoizedState创建一个新的hook结构覆盖之前的hook。前面dispatchAction讲到会把update加入到hook.queue中，在这里的newHook.queue上就有这个update。

总结

总结下useState初始化和setState更新：

useState会在第一次执行函数组件时进行初始化，返回[state, dispatchAction]。
当我们通过setState也就是dispatchAction进行调度更新时，会创建一个update加入到hook.queue中。
当更新过程中再次执行函数组件，也会调用useState方法，此时的useState内部会使用更新时的hooks。
通过updateWorkInProgressHook获取到dispatchAction创建的update。
在updateReducer通过遍历update链表完成setState合并。
返回update后的[newState, dispatchAction].

还有两个问题

为什么setState后不能马上拿到最新的state的值？ React其实可以这么做，为什么没有这么做，因为每个setState都会触发更新，React出于性能考虑，会做一个合并操作。所以setState只是触发了dispatchAction生成了一个update的动作，新的state会存储在update中，等到下一次render，触发这个useState所在的函数组件执行，才会赋值新的state。
setState到底是同步还是异步的？同步的,假如我们有这样一段代码：

const handleClick = () => {
  setCount(2)
  setCount(count => count + 1)
  console.log('after setCount')
}

你会惊奇的发现页面还没有更新count，但是控制台已经打印了after setCount。

之所以表现上像是异步，是因为内部使用了try{...}finally{...}。当调用setState触发调度更新时，更新操作会放在finally中，返回去继续执行handlelick的逻辑。于是会出现上面的情况。

看完这篇文章，我们可以弄明白下面这几个问题：

为什么setState后不能马上拿到最新的state的值？
多个setState是如何合并的？
setState到底是同步还是异步的？
为什么setState的值相同时，函数组件不更新？
setState是怎么完成更新的？
useState是什么时候初始化又是什么时候开始更新的？

系列文章安排：

React源码系列之一：Fiber；
React源码系列之二：React的渲染机制；
React源码系列之三：hooks之useState，useReducer；
React源码系列之四：hooks之useEffect；
React源码系列之五：hooks之useCallback，useMemo；
React源码系列之六：hooks之useContext；
React源码系列之七：React的合成事件；
React源码系列之八：React的diff算法；
React源码系列之九：React的更新机制；
React源码系列之十：Concurrent Mode；

参考：

React官方文档；

github；