【动图+大白话🍓解析React源码】Render阶段中Fiber树的初始化与对比更新~

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一、前言

为什么有这篇文章?当时有人问我下面这个点击button,网页应该变成什么样? 注意他们的key是相同的

import React, { useState } from "react";

function Demo2() {
  const [count, setCount] = useState(0);

  return (
    <div>
      <button onClick={() => setCount((i) => i + 1)}>点击Count+1</button>
      <h3 key={count}>大{count}</h3>
      <h2 key={count}>舌{count}</h2>
      <h1 key={count}>头{count}</h1>
    </div>
  );
}

export default Demo2;

key.gif 我去看了7km老师的博客 收集到了答案

答案和你想象的一样吗??不一样就继续往下看看呗!!!结尾有答案

二、前置概念

react框架可以用来表示,输入状态 —> 吐出ui。

const ui = fn(state)

react架构是什么?

可以分为如下三层:

  1. scheduler(调度器):用来分发优先级更高的任务。

  2. render阶段(协调器):找出哪些节点发生了变化,并且给相应的fiber打上标签。

  3. commit阶段(渲染器):将打好标签的节点渲染到视图上。遍历effectList执行对应的dom操作或部分生命周期

流程图 (36).jpg

  1. 输入: 将每一次更新(如: 新增, 删除, 修改节点之后)视为一次更新需求(目的是要更新DOM节点).

  2. 注册调度任务: react-reconciler收到更新需求之后, 并不会立即构造fiber树, 而是去调度中心scheduler注册一个新任务task, 即把更新需求转换成一个task.

  3. 执行调度任务(输出): 调度中心scheduler通过任务调度循环来执行task

    1. fiber构造循环是task的实现环节之一, 循环完成之后会构造出最新的 fiber 树.
    2. commitRoot是task的实现环节之二, 把最新的 fiber 树最终渲染到页面上, task完成.

主干逻辑就是输入到输出这一条链路, 为了更好的性能(如批量更新, 可中断渲染等功能), react在输入到输出的链路上做了很多优化策略, 任务调度循环和fiber构造循环相互配合就可以实现可中断渲染.

流程图 (39).jpg

ReactElement, Fiber, DOM 三者的关系

上面我们大概提及了一下react的架构和更新的粗略流程,考虑到本文的重点是Render阶段发生了啥,接下来上重量级嘉宾JSX,ReactElement, Fiber, DOM。以下面这个jsx代码为例,讲解三者的关系

function Test() {
  const [showName, setShowName] = useState(true);
  return (
    <div>
      <div>今天肯德基疯狂星期八,和我一起玩彩虹六?</div>
      <ul>
        <li>抱枕一号</li>
        {showName && <li>抱枕二号</li>}
      </ul>
      <div
        onClick={() => {
          setShowName(false);
        }}
      >
        点击让高启强少一个小弟
      </div>
    </div>
  );
}

createElement源码

所有采用JSX语法书写的节点, 都会被编译器转换, 最终会以React.createElement(...)的方式, 创建出来一个与之对应的ReactElement对象.

这也是为什么在每个使用JSX的JS文件中,你必须显式的声明 import React from 'react';(17版本后不需要)否则在运行时该模块内就会报未定义变量 React的错误。

ReactElement数据结构和内存结构(结合上面jsx示例代码)

数据结构
export type ReactElement = {
  // 用于辨别ReactElement对象形式
  $$typeof: any,

  // 内部属性
  type: any, // 表明其种类
  key: any,
  ref: any,
  props: any,

  // ReactFiber 记录创建本对象的Fiber节点, 还未与Fiber树关联之前, 该属性为null
  _owner: any,

  // __DEV__ dev环境下的一些额外信息, 如文件路径, 文件名, 行列信息等
  _store: {validated: boolean, ...},
  _self: React$Element<any>,
  _shadowChildren: any,
  _source: Source,
};
内存结构

流程图 (21).jpg

Fiber 对象数据结构

数据结构
export type Fiber = {|
  tag: WorkTag,
  key: null | string, // 和ReactElement组件的 key 一致.
  elementType: any,//一般来讲和ReactElement组件的 type 一致 比如div ul
  type: any, // 一般来讲和fiber.elementType一致. 一些特殊情形下, 比如在开发环境下为了兼容热更新
  stateNode: any, // 真实DOM是谁
  return: Fiber | null, //爹是谁
  child: Fiber | null, //孩子是谁
  sibling: Fiber | null, //兄弟是谁
  index: number, 
  ref:
    | null
    | (((handle: mixed) => void) & { _stringRef: ?string, ... })
    | RefObject, //指向在ReactElement组件上设置的 ref
  pendingProps: any, // 从`ReactElement`对象传入的 props. 用于和`fiber.memoizedProps`比较可以得出属性是否变动
  memoizedProps: any, // 上一次生成子节点时用到的属性, 生成子节点之后保持在内存中
  updateQueue: mixed, // 存储state更新的队列, 当前节点的state改动之后, 都会创建一个update对象添加到这个队列中.
  memoizedState: any, // 用于输出的state, 最终渲染所使用的state
  dependencies: Dependencies | null, // 该fiber节点所依赖的(contexts, events)等
  mode: TypeOfMode, // 二进制位Bitfield,继承至父节点,影响本fiber节点及其子树中所有节点. 与react应用的运行模式有关(有ConcurrentMode, BlockingMode, NoMode等选项).

  // 优先级相关
  lanes: Lanes, // 本fiber节点的优先级
  childLanes: Lanes, // 子节点的优先级
  alternate: Fiber | null, // 双fiber缓存 指向内存中的另一个fiber, 每个被更新过fiber节点在内存中都是成对出现(current和workInProgress)
|};
内存结构

流程图 (22).jpg

ReactElement, Fiber, DOM 三者的关系

流程图 (23).jpg

React的启动过程发生了啥

接下来介绍的都是当前稳定版legacy 模式

ReactDOM.render(<App />, document.getElementById('root'), dom => {});

在没有进入render阶段(react-reconciler包)之前,reactElement(<App/>)和 DOM 对象div#root之间没有关联。

流程图 (33).jpg

在react初始化的时候,会创建三个全局对象,在三个对象创建完毕的时候,react初始化完毕。

  1. ReactDOMRoot对象

    1.   属于react-dom包,该对象暴露有render,unmount方法, 通过调用该实例的ReactDOM.render方法, 可以引导 react 应用的启动.
  2. fiberRoot对象

    1.   属于react-reconciler包,在运行过程中的全局上下文, 保存 fiber 构建过程中所依赖的全局状态,
    2.   其大部分实例变量用来存储fiber构造循环过程的各种状态,react 应用内部, 可以根据这些实例变量的值, 控制执行逻辑。
  3. HostRootFiber对象

    1. 属于react-reconciler包,这是 react 应用中的第一个 Fiber 对象, 是 Fiber 树的根节点, 节点的类型是HostRoot.

这 3 个对象是 react 体系得以运行的基本保障, 除非卸载整个应用,否则不会再销毁

流程图 (34).jpg

此刻内存中各个对象的引用情况表示出来,此时reactElement(<App/>)还是独立在外的, 还没有和目前创建的 3 个全局对象关联起来

流程图 (35).jpg

到此为止, react内部经过一系列运转, 完成了初始化。

三、render阶段发生了啥

以下所有示例按照下面的代码 请注意

class App extends React.Component {
state = {
  list: ['A', 'B', 'C'],
};
onChange = () => {
   this.setState({ list: ['C', 'A', 'X'] });
};
componentDidMount() {
  console.log(`App Mount`);
}
render() {
  return (
    <>
      <Header key='d' />
      <button key='e'>change</button>
      <div className="content" key='f'>
      {this.state.list.map(item => (
         <p key={item}>{item}</p>
       ))}
      </div>
    </>
  );
 }
}

class Header extends React.PureComponent {
render() {
   return (
   <>
    <h1>title</h1>
    <h2>title2</h2>
   </>
  );
 }
}

双缓冲fiber技术

在上文我们梳理了ReactElement, Fiber, DOM三者的关系, fiber树的构造过程, 就是把ReactElement转换成fiber树的过程. 但是在这个过程中, 内存里会同时存在 2 棵fiber树:

  • 其一: 代表当前界面的fiber树(已经被展示出来, 挂载到fiberRoot.current上). 如果是初次构造(初始化渲染), 页面还没有渲染, 此时界面对应的 fiber 树为空(fiberRoot.current = null).

  • 其二: 正在构造的fiber树(即将展示出来, 挂载到HostRootFiber.alternate上, 正在构造的节点称为workInProgress). 当构造完成之后, 重新渲染页面, 最后切换fiberRoot.current = workInProgress, 使得fiberRoot.current重新指向代表当前界面的fiber树.

React入口初始化内存情况

在进入react-reconciler包之前,也就是还没render时, 内存状态图如下,和上面启动过程的图对应:

流程图 (24).jpg

fiber 树构造方式

  1. 初次创建: 在React应用首次启动时, 界面还没有渲染, 此时并不会进入对比过程, 相当于直接构造一棵全新的树.

  2. 对比更新: React应用启动后, 界面已经渲染. 如果再次发生更新, 创建新fiber之前需要和旧fiber进行对比. 最后构造的 fiber 树有可能是全新的, 也可能是部分更新的.

在深度优先遍历中, 每个fiber节点都会经历 2 个阶段:

  1. 探寻阶段 beginWork

  2. 回溯阶段 completeWork

beginWork探寻阶段发生了什么源码地址

  1. 创建节点:根据 ReactElement对象创建所有的fiber节点, 最终构造出fiber树形结构(设置returnsibling指针)

  2. 给节点打标签:设置fiber.flags(二进制形式变量, 用来标记 fiber节点 的增,删,改状态, 等待completeWork阶段处理)

  3. 设置真实DOM的局部状态:设置fiber.stateNode局部状态(如Class类型节点: fiber.stateNode=new Class())

completeWork回溯阶段发生了什么源码地址

  1. 调用completeWork

    1. fiber节点(tag=HostComponent, HostText)创建 DOM 实例, 设置fiber.stateNode局部状态(如tag=HostComponent, HostText节点: fiber.stateNode 指向这个 DOM 实例).
    2. 为 DOM 节点设置属性, 绑定事件(合成事件原理).
    3. 设置fiber.flags标记
  2. 把当前 fiber 对象的副作用队列(firstEffectlastEffect)添加到父节点的副作用队列之后, 更新父节点的firstEffectlastEffect指针.

  3. 识别beginWork阶段设置的fiber.flags, 判断当前 fiber 是否有副作用(增,删,改), 如果有, 需要将当前 fiber 加入到父节点的effects队列, 等待commit阶段处理.

初次创建

这有一个动画 具体如果想看流程图可以点击

初始化fiber.gif

下面标注了生成时期的 beginWorkcompleteWork 执行过程

  // 将最新的fiber树挂载到root.finishedWork节点上 下面绿色粗线表示指针
  const finishedWork: Fiber = (root.current.alternate: any);
  root.finishedWork = finishedWork;
  root.finishedLanes = lanes;
  // 进入commit阶段
  commitRoot(root);

动画演示了初次创建fiber树的全部过程, 跟踪了创建过程中内存引用的变化情况. fiber树构造循环负责构造新的fiber树, 构造过程中同时标记fiber.flags, 最终把所有被标记的fiber节点收集到一个副作用队列中, 这个副作用队列被挂载到根节点上(HostRootFiber.alternate.firstEffect). 此时的fiber树和与之对应的DOM节点都还在内存当中, 等待commitRoot阶段进行渲染

流程图 (32).jpg

对比更新的时候发生了什么

1.优化原则
  1. 只对同级节点进行对比,如果DOM节点跨层级移动,则react不会复用

    • 我们可以从同级的节点数量将Diff分为两类:

      • 当newChild类型为JSX对象、number、string,代表同级只有一个节点
      • 当newChild类型为Array,同级有多个节点
  2. 不同类型的元素会产出不同的结构,会销毁老的结构,创建新的结构

  3. 可以通过key标示移动的元素

  4. 类型一致的节点才有继续diff的必要性

  • 单节点对应演示,可以去浏览器的Elements->Properties查看

单节点.jpg

  • 多节点对应演示

image.png

diff算法介绍

1.单节点

  1. 如果是新增节点, 直接新建 fiber, 没有多余的逻辑

  2. 如果是对比更新

    • 如果keytype都相同,则复用
    • 否则新建

单节点的逻辑比较简明, 源码

2.多节点

  1. 多节点一般会存在两轮遍历,第一轮寻找公共序列,第二轮遍历剩余非公共序列
  2. 第一次循环 源码
    1. let i = 0,遍历newChildren,将newChildren[i]oldFiber比较,判断DOM节点是否可复用。

    2. 如果可复用,i++,继续比较newChildren[i]oldFiber.sibling,可以复用则继续遍历。

    3. 如果不可复用,分两种情况:

    • key不同导致不可复用,立即跳出整个遍历,第一轮遍历结束。

    • key相同type不同导致不可复用,会将oldFiber标记为DELETION,并继续遍历

    1. 如果newChildren遍历完(即i === newChildren.length - 1)或者oldFiber遍历完(即oldFiber.sibling === null),跳出遍历,第一轮遍历结束。

image.png

image.png

  1. 第二次循环: 遍历剩余非公共序列, 优先复用 oldFiber 序列中的节点。
    • 如果newChildrenoldFiber同时遍历完,diff结束

    • 如果 newChildren没遍历完,oldFiber遍历完,意味着没有可以复用的节点了,遍历剩下的newChildren为生成的workInProgress fiber依次标记Placement

    • 如果newChildren遍历完,oldFiber没遍历完,意味着有节点被删除了,需要遍历剩下的oldFiber,依次标记Deletion

    • 如果newChildrenoldFiber都没遍历完 (重点)源码

      • 先去声明map数据结构,遍历一遍老节点,把老fiber的key做映射 {元素的key:老的fiber节点},
      • 继续遍历新jsx,如果mapkey,会把keymap中删除,说明可以复用,把当前节点标记为更新。新地位高的不动,新地位低的动(中间插入链表比链表屁股插入费劲)所以地位低的动动。
      • lastPlaceIndex指针,指向最后一个不需要动的老节点的key。每次新jsx复用到节点,lastPlaceIndex会指向老节点的最后一个成功复用的老fiber节点。如果新复用的节点key小于lastPlaceIndex,说明老fiber节点的顺序在新jsx之前,需要挪动位置接到新jsx节点后面。
      • 如果jsx没有复用的老fiber,直接插入新的
      • map中只剩还没被复用的节点,等着新的jsx数组遍历完,map里面的fiber节点全部设置为删除

image.png

image.png

下面动画展示了fiber的对比更新过程 每一张流程图链接

fiber对比更新.gif

流程图 (28).jpg

四、检验学习成果

为什么网页会变成那个样子?

import React, { useState } from "react";

function Demo2() {
  const [count, setCount] = useState(0);

  return (
    <div>
      <button onClick={() => setCount((i) => i + 1)}>点击Count+1</button>
      <h3 key={count}>大{count}</h3>
      <h2 key={count}>舌{count}</h2>
      <h1 key={count}>头{count}</h1>
    </div>
  );
}

export default Demo2;

流程图 (29).jpg

流程图 (30).jpg

流程图 (38).jpg

image.png

五、参考

7km:7kms.github.io/react-illus…

冴羽:juejin.cn/post/716098…

卡颂:react.iamkasong.com/preparation…

xiaochen1024.com/article_ite…

如果有错误的话欢迎大家帮忙指正嗷!!!强烈推荐7km的图解react! 谢谢大家~~~~