React 18 源码解析：从入门到精通

逐浪前端
0 阅读12分钟

嘿，各位前端老铁们好啊！我是逐浪前端，今天要带大家一起硬核踩坑React 源码。说实话，第一次看 React 源码的时候，我整个人都是懵的，那复杂的调度系统简直让人头秃！但别担心，几经沉淀后，我决定用最接地气的方式，帮大家彻底搞懂这个前端框架的内部奥秘。

是不是有这种感觉：React 用了好几年，日常业务开发得心应手，但面试官一问底层原理就瞬间人已麻？如果你也有这种困扰，那这篇文章就是为你准备的！

今天我们就来一次性梳理 React 核心原理，包括架构演进、Fiber 机制、调度系统、Hooks 实现等内容。重点是：不说大词，不玩概念，全程用大白话讲解。文章有点长，建议先收藏，细细品读！

一、React 原理核心技术点预备

在深入源码之前，我们先了解几个关键概念，就像玩游戏前先熟悉下地图和角色能力一样！

从 Stack 到 Fiber 的架构革命

React 经历了一次重大技术革新，这可不是心血来潮瞎折腾：

  • React15：不可中断的递归更新方式 —— Stack Reconciler（老架构）
  • React16：可中断的遍历更新方式 —— Fiber Reconciler（新架构）

这次变革的核心目标是：通过异步渲染和更细粒度的任务调度来优化性能。说白了，就是让 React 在处理复杂任务时不至于把整个页面卡死！

优先级模型的进化

优先级处理模型也在不断进化：

  • React16：使用 expirationTime 模型（一个时间长度描述任务优先级）
  • React17：采用 Lane 模型（二进制数表示任务优先级）

Lane 模型相比 expirationTime 就像是从"大刀砍"变成了"精确制导"，对优先级的处理更细腻，能处理更多边界情况。

Concurrent Mode 闪亮登场

React17 带来了革命性的并发模式（Concurrent Mode），这是一种能提供更流畅用户体验的渲染模式。它让 React 能在处理大型复杂应用时，更灵活地安排各种任务的优先级。

不同版本启用方式：

// React16及以前：同步模式
ReactDOM.render(<App />, rootNode);

// React17：并发模式
ReactDOM.createRoot(document.getElementById('root')).render(<App />);

// React18：默认启动，但需配合startTransition才能发挥全部实力

Concurrent Mode 核心实现

Concurrent Mode 不是噱头，它的实现涉及四大核心机制：

  1. 异步渲染：

    • 把大任务分割成一堆小任务
    • 用调度器优先处理用户交互（毕竟没人喜欢点按钮没反应）
    • 递增更新应用，给用户快速反馈

  2. 调度器（Scheduler）：

    • 全新的优先级调度算法
    • 根据任务轻重缓急动态排序

  3. 任务优先级：

    • 不同任务不同优先级（用户交互 > 动画 > 数据加载）
    • 紧急任务优先响应

  4. 时间切片（Time Slicing）：

    • 把渲染工作切成小时间片
    • 控制每个时间片长度，不让主线程被霸占
    • 让浏览器能及时响应用户输入

来看个使用 Concurrent Mode 特性的例子：

import { useState, useEffect, useTransition, Suspense } from 'react';

// 模拟获取数据的异步函数
const fetchData = (resource) => {
  return new Promise((resolve) =>
    setTimeout(() => resolve(`数据已获取: ${resource}`), 2000)
  );
};

const DataComponent = ({ resource }) => {
  const [data, setData] = useState(null);

  useEffect(() => {
    fetchData(resource).then((fetchedData) => {
      setData(fetchedData);
    });
  }, [resource]);

  if (!data) {
    throw new Error('数据加载中...');
  }

  return <div>{data}</div>;
};

const MyComponent = () => {
  const [resource, setResource] = useState('初始资源');
  const [startTransition, isPending] = useTransition();

  const handleClick = (nextResource) => {
    startTransition(() => {
      setResource(nextResource);
    });
  };

  return (
    <div>
      <button onClick={() => handleClick('新资源')} disabled={isPending}>
        加载新资源
      </button>
      <Suspense fallback={<h1>加载中...</h1>}>
        <DataComponent resource={resource} />
      </Suspense>
    </div>
  );
};

简单理解：Fiber 是 React 内部的一种架构（发动机），而Concurrent Mode 是一种运行模式（驾驶模式）。Fiber 提供能力，Concurrent Mode 利用这种能力提供更好的用户体验。

二、从 0 实现 React16 源码

1. 简化核心逻辑

要理解 React 源码，我们需要把逻辑简化为几个核心步骤：

  1. createElement - JSX 解析
  2. render 方法
  3. Concurrent Mode（Fiber）
  4. Fibers Node
  5. Render and Commit 阶段
  6. Reconciliation
  7. Function Components
  8. Hooks
  9. 类组件

总结流程：JSX -> FiberNode -> Concurrent Mode -> Fiber 核心调度器 -> Scheduler -> 打断 Reconciliation -> Render(执行 Hooks) -> Commit Phases

2. JSX 转换的演进

在 React 17 中，Facebook 推出了一个新的 JSX 转换器：@babel/plugin-transform-react-jsx。它引入了_jsx和_jsxs两个新函数，替代了React.createElement。

这些新函数相比旧方式做了哪些优化呢？

  1. 静态子元素优化：对于静态子元素，使用_jsxs调用，避免每次渲染创建新数组
  2. key 属性优化：编译时就分辨出静态和动态的 key 属性
  3. 开发调试增强：通过__source参数提供更多调试信息
  4. 减少运行时依赖：不再依赖 React 库的运行时版本，缩小了包体积
  5. 对象字面量优化：在编译时标识对象字面量，避免重复创建对象

3. React 整体调度逻辑

React 的整体调度逻辑分为以下几个阶段：

初始化阶段

  • 创建根 Fiber 节点（整个 React 应用的根）
  • 调用根组件的 render 方法，创建初始虚拟 DOM 树

调度阶段（Scheduler）

  • 调度器安排更新任务的执行时机
  • 检查是否有高优先级任务（如用户交互）
  • 根据优先级分配任务到不同队列（lane）

协调阶段（Reconciliation）

  • 从任务队列取出下一个任务
  • 对比新旧两棵树的差异
  • 用 DOM diff 算法计算最小变更操作

生命周期阶段

  • 在协调和提交阶段调用相应的生命周期钩子
  • 包括 componentDidMount、componentDidUpdate 等

渲染阶段（Render）

  • 根据状态变化重新执行组件函数体或 render 方法
  • 执行组件中的 Hooks

提交阶段（Commit）

  • 将变更应用到真实 DOM
  • 执行副作用（如生命周期方法）

4. 初始化渲染解析

首次渲染的流程：

  1. 初始化阶段：

    • 创建根 Fiber 节点和初始 Fiber 节点
    • 调用根组件的 render 方法生成虚拟 DOM 树

  2. 渲染阶段：

    • 遍历虚拟 DOM 树，创建组件的 Fiber 节点
    • 构建 Fiber 树，建立组件间父子关系

  3. 提交阶段：

    • 将 Fiber 树转换为真实 DOM 节点并插入页面
    • 触发生命周期方法（如 componentDidMount）

后续更新时，内存中会同时存在两棵树：一棵是虚拟的 Fiber Tree，一棵是真实的 DOM 树。这就是所谓的"双缓存"机制，类似于游戏引擎的双缓冲技术。

5. Fiber 节点渲染流程

Fiber 节点的渲染过程是一个深度优先的遍历过程：

  1. 完成 root 的 fiber 工作后，如果有子节点，child 就是下一个工作单元
  2. 处理完 child 后，如果有兄弟节点 sibling，就处理 sibling
  3. 如果既没有子节点也没有兄弟节点，就返回到父节点
  4. 重复这个过程，直到完成所有节点的渲染

三、React18 源码深度解析

如何高效学习源码？

学习源码不是一蹴而就的，需要循序渐进：

  1. 先掌握 React 的 API 用法
  2. 根据具体 API 通过 debugger 跟踪源码
  3. 看不明白时学会抓大放小（先理解主流程，细节后补）
  4. 先明白函数功能，再研究具体实现
  5. 参考相关 issue 和开发者文章
  6. 做简单 demo 实际运行验证

React16 之前的架构

React16 之前的架构主要包含三部分：

  • Reconciler：找出需要更新的组件
  • Renderer：将变更渲染到页面
  • Scheduler：调度器，决定更新的优先级

React 内部实现了批处理优化：

// 批处理优化示例
componentDidMount() {
  this.setState({ "count": 1 });
  this.setState({ "name": "React" });
}
// 只会触发一次更新，而不是两次

React15 架构的致命缺陷

React15 架构的最大问题是：采用不可中断的递归更新方式，形成一个长任务，容易导致主线程阻塞，用户交互卡顿。用户点击按钮却迟迟得不到响应，这体验也太差了！

React16 Fiber 架构的解决之道

Fiber 架构采用了异步可中断的更新方式：

  1. 异步调度：更新任务在宏任务中执行，不阻塞用户交互
  2. 任务优先级：为所有更新绑定优先级，可中断低优先级更新，先执行高优先级任务

React 的优先级体系：

  • 生命周期方法：同步执行
  • 受控的用户输入：同步执行（如输入框）
  • 交互事件：高优先级（如动画）
  • 数据请求等：低优先级

React18 中的 Lane 模型

React18 使用"车道"（Lane）来精确控制任务的优先级：

  • 每个任务分配一个或多个"车道"
  • 不同"车道"有不同优先级
  • 同一"车道"中的任务遵循先进先出原则
  • 同步更新分配到SyncLane
  • 异步更新分配到DefaultLane

Lane 模型用二进制位表示不同优先级，例如：

export const NoLanes = 0b0000000000000000000000000000000;
export const SyncLane = 0b0000000000000000000000000000010;
export const InputContinuousLane = 0b0000000000000000000000000001000;
export const DefaultLane = 0b0000000000000000000000000100000;

Scheduler 调度器详解

调度器控制任务优先级，决定哪些任务先进入 Reconciler：

大致调度逻辑：

  1. 根据优先级区分同步和异步任务
  2. 计算过期时间 expirationTime = currentTime + timeout（优先级越高，timeout 越小）
  3. 区分及时任务和延时任务
  4. 及时任务进入 taskQueue 立即调度
  5. 延时任务进入 timerQueue 等待时机
  6. 使用 MessageChannel 而非 setTimeout 执行调度（更精确）

Reconciler 协调器解析

Reconciler 负责构建 Fiber 树，找出变化的组件，并打上更新标记：

  1. 双缓存机制：

    • 同时存在两棵 Fiber 树
    • current 树对应当前页面显示内容
    • workInProgress 树是正在构建的新树
    • 构建完成后，workInProgress 变为 current

  2. Diff 算法策略：

    • 只对同级节点比较
    • 不同类型节点直接替换
    • 通过 key 标识移动的节点

  3. 打上 Effect 标记：

    • Placement：插入
    • Update：更新
    • Deletion：删除

Hooks 源码剖析

Hooks 是 React 函数组件的核心特性，下面简析其实现原理：

  1. useState 实现：
    • 初次渲染时：创建 Hook 对象，存储初始 state
    • 更新时：按顺序找到对应 Hook，计算最新 state
  2. useEffect 实现：
    • 初次渲染：创建 effect，打上标记，提交阶段执行
    • 更新时：比较依赖项，决定是否重新执行

关键源码片段（简化版）：

// useState简化实现
function useState(initialState) {
  // 当前正在处理的Hook
  const hook = mountWorkInProgressHook();

  // 初始化state
  hook.memoizedState = initialState;

  // 创建更新函数
  const dispatch = dispatchAction.bind(null, currentlyRenderingFiber, hook);

  return [hook.memoizedState, dispatch];
}

// useEffect简化实现
function useEffect(create, deps) {
  const hook = mountWorkInProgressHook();
  const nextDeps = deps === undefined ? null : deps;

  hook.memoizedState = {
    tag: 'effect',
    create,
    destroy: undefined,
    deps: nextDeps,
    next: null,
  };
}

四、React 面试题解析

1. React 的生命周期

React 16.3 后，生命周期方法有所调整：

  • 废弃的生命周期：

    • componentWillMount（不安全）
    • componentWillReceiveProps（不安全）
    • componentWillUpdate（不安全）

  • 新增的生命周期：

    • getDerivedStateFromProps（替代componentWillReceiveProps）
    • getSnapshotBeforeUpdate（获取更新前的 DOM 状态）
    • componentDidCatch（错误边界）

  • 稳定的生命周期：

    • componentDidMount
    • componentDidUpdate
    • componentWillUnmount

2. React 的虚拟 DOM

虚拟 DOM 是 React 性能优化的核心：

  1. 为什么需要虚拟 DOM？

    • DOM 操作很慢
    • 虚拟 DOM 可以批量更新
    • 可以在内存中先计算出最小差异

  2. 虚拟 DOM 的工作原理

    • 创建虚拟 DOM 树
    • 通过 Diff 算法计算差异
    • 生成最小更新指令
    • 批量更新真实 DOM

  3. key 的作用

    • 帮助 React 识别哪些元素改变了
    • 避免不必要的 DOM 操作
    • 提高 Diff 算法效率

3. React 的事件处理

React 的事件处理机制：

  1. 事件池：

    • 事件对象会被复用
    • 防止内存泄漏
    • 事件处理函数只能在事件处理函数中访问事件对象

  2. 合成事件：

    • 统一了浏览器的事件行为
    • 提供了更好的跨浏览器兼容性
    • 事件对象是 React 创建的，不是浏览器原生的

  3. 事件委托：

    • React 使用事件委托机制
    • 所有事件都委托到最外层容器
    • 减少了事件处理器的数量

4. React 的性能优化

常见的性能优化手段：

  1. 组件优化：

    • 使用React.memo避免不必要的重渲染
    • 使用PureComponent或useMemo优化子组件
    • 合理使用shouldComponentUpdate

  2. 虚拟 DOM 优化：

    • 合理使用key属性
    • 避免在列表中使用index作为 key
    • 使用React.Fragment减少 DOM 层级

  3. 事件优化：

    • 使用事件委托
    • 合理使用事件池
    • 避免频繁创建事件处理器

  4. 数据流优化：

    • 使用useMemo和useCallback缓存计算结果
    • 使用useReducer管理复杂状态
    • 合理使用useEffect的依赖数组

5. React 的错误处理

错误处理机制：

  1. 错误边界：

    • 使用componentDidCatch捕获错误
    • 可以在错误发生时展示降级 UI
    • 可以记录错误日志

  2. 错误处理策略：

    • 在组件内部处理错误
    • 使用错误边界捕获错误
    • 使用全局错误处理
    • 使用 try-catch 处理异步错误

  3. 错误恢复：

    • 使用setState更新状态
    • 使用forceUpdate强制更新
    • 使用window.location.reload重新加载页面

6. React 的代码分割

代码分割策略：

  1. 动态导入：

    • 使用import()动态加载模块
    • 只在需要时加载代码
    • 减少初始加载时间

  2. 懒加载组件：

    • 使用React.lazy和Suspense实现懒加载
    • 只在组件渲染时加载
    • 提供加载状态

  3. 路由级代码分割：

    • 按路由分割代码
    • 按功能模块分割代码
    • 按业务场景分割代码

7. React 的内存管理

内存管理注意事项：

  1. 避免内存泄漏：

    • 清理事件监听器
    • 清理定时器
    • 清理订阅
    • 清理副作用

  2. 合理使用 Hooks：

    • 使用useEffect的清理函数
    • 使用useMemo缓存计算结果
    • 使用useCallback缓存函数

  3. 优化组件生命周期：

    • 合理使用componentDidMount
    • 合理使用componentWillUnmount
    • 合理使用shouldComponentUpdate

8. React 的性能监控

性能监控手段：

  1. React DevTools：

    • 监控组件渲染
    • 监控状态更新
    • 监控性能指标

  2. 性能分析工具：

    • 使用 Chrome DevTools
    • 使用 React Profiler
    • 使用 Performance 面板

  3. 性能优化策略：

    • 优化渲染性能
    • 优化内存使用
    • 优化网络请求
    • 优化代码加载
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