React 18：并发渲染了解React架构的演变过程，以及React 18并发渲染的机制和新特性，包括useTrans

前言

随着Web应用的复杂性和用户对响应速度、流畅体验的要求日益增长，前端框架也在不断演进以应对这些挑战。作为最流行的JavaScript库之一，React自其诞生以来就致力于通过组件化开发和虚拟DOM等创新理念简化用户界面的构建过程。面对现代Web应用中复杂的异步操作、频繁的状态更新以及对高性能的追求，传统的React架构逐渐显现出其局限性。为了解决这些问题并进一步提升用户体验，React 18引入了并发渲染这一革命性的特性。

并发渲染不仅代表了React架构的一次重大升级，更是解锁了一系列新的能力和优化机会。它基于React的Fiber架构进行了扩展，通过引入时间切片和优先级调度等机制，使得React能够更加智能地管理任务的执行顺序和时机，从而确保高优先级的任务（如用户交互）能够得到及时处理，而低优先级的任务（如数据加载）则可以在后台安静地完成。这不仅提高了应用的整体性能，也为开发者提供了更多控制异步行为的手段，进而实现更为流畅和响应迅速的用户体验。

下面来看看并发渲染如何改变Web开发的游戏规则，并学习如何运用这些新技术来构建更高效、更具吸引力的应用程序。

React 架构的演变

React经历了多次重要的架构变革。每一次更新不仅提升了性能、开发体验以及应用的可维护性，还逐步引入了一些渐进式的改进和实验特性，确保开发者能够平稳过渡并充分利用新功能。以下是React架构的主要发展阶段及其关键演变要点。

初始阶段（React 0.x - 15.x）

在最初的版本中，React主要关注于通过虚拟DOM提升渲染效率，并引入了组件化开发的理念。

这一时期的React让开发者可以通过定义组件来描述应用的不同部分，然后由React负责将这些组件高效地渲染到屏幕上，并根据状态的变化自动更新UI。

渲染调度的核心机制是基于一种称为 Stack Reconciler 的协调算法。该算法采用递归的方式自上而下地遍历虚拟 DOM 树，并与真实 DOM 进行比对和更新。这种实现方式简单直接，在早期的 Web 应用中表现良好。

然而，随着应用复杂度的提升，Stack Reconciler 的一些根本性局限逐渐暴露出来：

同步执行、不可中断：Stack Reconciler 是一个完全同步的过程。一旦开始渲染或更新组件树，就必须完整执行完毕，无法中途暂停或恢复。这会导致主线程长时间被占用，从而影响页面响应速度，特别是在处理大型组件树或频繁状态更新时尤为明显。
缺乏任务优先级区分：所有更新都被视为同等优先级，无法根据用户交互、动画等高优先级任务进行调度优化。例如，用户点击按钮触发的更新与后台数据加载的更新会被一视同仁，可能导致界面卡顿或响应延迟。
难以支持异步操作：现代 Web 应用中经常需要处理大量异步任务（如网络请求、动态加载等），而 Stack Reconciler 并没有为这些场景提供良好的架构支持，使得开发者在实现复杂的异步逻辑时常常感到力不从心。

这些限制使得 React 在面对高性能需求和复杂交互场景时显得捉襟见肘，也为后续架构的重大重构埋下了伏笔。正是为了突破这些瓶颈，React 团队在 16 版本中引入了全新的 Fiber 架构，开启了协调机制的一次革命性升级。

Fiber架构（React 16.x）与过渡（React 17）

为了解决 Stack Reconciler 的局限性，React 团队在 React 16 中引入了 Fiber 作为新的协调引擎。这一改变不仅标志着 React 在架构上的重大飞跃，也为后续功能的增强奠定了基础。

Fiber 最重要的特性之一是将渲染工作分割成更小的工作单元（即“Fiber 节点”），这使得 React 可以更加精细地控制渲染过程，甚至可以在必要时暂停当前的渲染任务，转而处理其他更高优先级的任务，然后再继续之前的任务。

通过这种方式，React 实现了 时间切片（Time Slicing）技术，允许高优先级的任务（如用户交互）打断低优先级的任务（如数据加载），从而确保应用始终对用户输入保持高度响应。它使得React可以更好地分配CPU资源，避免长时间阻塞主线程，进而提高应用的整体响应速度。

而React 17 被官方称为一个“过渡版本”，主要集中在对底层进行优化，比如事件系统的改进，以便于更顺利地迁移到未来的版本。

并发渲染（React 18）

React 18 引入了并发渲染（Concurrent Rendering），这是一个基于 Fiber 架构的重大升级，标志着React架构的一次重要演进，旨在让 React 能够更加智能地管理任务调度，从而优化用户体验。

并发渲染允许 React 在后台准备更新，并根据优先级决定何时应用这些更新。这使得 React 能够更高效地响应用户交互，同时保持其他较低优先级的任务（如数据加载或复杂计算）在后台处理。

并发渲染的关键概念包括：

时间切片（Time Slicing） ：将大的渲染任务拆分为多个小的任务片段，使得 React 可以在必要时暂停当前渲染任务，转而处理其他更高优先级的任务，然后再继续之前的任务。
优先级调度：不同的更新可以有不同的优先级。例如，用户输入或点击事件通常比后台数据加载具有更高的优先级，React 会优先处理这些高优先级的任务。
自动批处理（Automatic Batching） ：React 18 扩展了批量更新的概念，不仅限于事件处理器内，还包括 Promise 和 Timeout 回调等场景中，减少不必要的重新渲染次数。

Fiber架构从根本上解决了Stack Reconcile可能造成的主线程阻塞问题，并且在React 18中进一步提升了性能优化措施，比如更智能的状态更新管理和减少不必要的重新渲染次数。

特性/版本	Stack Reconcile (React早期)	Fiber Reconcile (React 16~17)	Fiber Reconcile with Concurrent Features (React 18)
基本概念	使用递归方式遍历虚拟DOM树进行比较和更新。	引入Fiber节点，将渲染工作分解为可中断的工作单元。	在Fiber基础上进一步增强了并发处理能力，支持优先级调度等。
任务调度	单线程同步执行，无法中断或暂停渲染任务。	支持增量渲染，可以中断和恢复渲染任务，实现时间切片。	增加了基于优先级的任务调度，允许动态调整任务执行顺序。
异步支持	不支持异步操作的中断和恢复。	支持通过Fiber架构的基础实现简单的异步操作管理。	强化了对异步操作的支持，例如`useTransition`和`Suspense`。
性能优化	渲染过程一旦开始就必须完成，可能导致主线程阻塞。	可以分割工作量，避免长时间占用主线程，提高响应速度。	更高效的资源分配，减少不必要的重新渲染，提升整体性能。

并发渲染下的新特性

并发渲染解锁了一系列新功能，显著提升了开发者体验和应用程序的性能表现：

`useTransition` Hook

useTransition 允许你标记某些状态更新为“非紧急”，这意味着 React 可以在后台准备这些更新，而不会立即影响当前 UI。这有助于提升用户体验，尤其是在处理大量数据或复杂状态更新时。例如：

import { useState, useTransition } from 'react';

function SearchComponent() {
  const [isPending, startTransition] = useTransition();
  const [query, setQuery] = useState('');

  function handleChange(e) {
    startTransition(() => {
      setQuery(e.target.value);
    });
  }

  return (
    <>
      <input value={query} onChange={handleChange} />
      {isPending ? "正在加载..." : <Results query={query} />}
    </>
  );
}

在这个例子中，当用户输入文本时，startTransition 被用来包裹对 setQuery 的调用。这表示这是一个低优先级的更新，允许 React 在必要时延迟此更新以优先处理其他更重要的任务。

用户体验优化：在实时搜索场景中，用户可能会快速输入多个字符。如果没有 useTransition，每次输入都会触发一次重新渲染，可能导致界面卡顿。使用 useTransition 后，React 可以延迟这些低优先级的更新，确保用户的输入体验流畅不卡顿。
优先级调度：如果有其他更高优先级的任务需要处理（比如用户点击按钮），React 会优先处理这些任务，暂时搁置 setQuery 引发的低优先级更新，直到主线程空闲下来。

从技术角度看，useTransition 的工作依赖于 React 的 Fiber 架构及其任务调度系统。Fiber 架构允许 React 将渲染工作分割成多个小的工作单元，并根据优先级动态调整它们的执行顺序。当使用 useTransition 时，React 会为这些低优先级的任务分配较低的优先级标签，确保它们不会干扰到高优先级的任务执行。

`useDeferredValue` Hook

useDeferredValue 通过利用 React 的调度器、时间切片技术和并发模式的支持，实现了对某些 UI 更新的延迟处理。它的工作方式如下：

内部状态追踪：当调用 useDeferredValue 时，React 内部会创建一个新的状态变量来存储这个“延迟”的值。初始时，这个延迟值与原值相同。
任务排队与执行：
- 当组件重新渲染且传给 useDeferredValue 的新值不同于上次渲染时的值时，React 并不会立即更新内部存储的延迟值。
- 相反，React 将此更新作为一个低优先级任务添加到任务队列中，并等待合适的时机（即没有更高优先级的任务需要处理时）来执行这个任务。
- 在执行期间，React 会检查是否有新的更低优先级的任务插入进来；如果有，则可能会再次推迟当前任务的完成。
避免不必要的重渲染：由于 useDeferredValue 返回的是一个可能在未来发生变化的值，React 需要确保只有在实际值发生变化时才会导致组件重新渲染。因此，在内部实现中会有相应的逻辑来比较当前值和延迟值的变化情况，并据此决定是否触发重新渲染。

使用示例

比如在实时搜索框中，用户每输入一个字符，都会触发一次搜索，并更新下方的搜索结果列表。为了提升用户体验，你不希望每次输入都立即更新整个列表（特别是当列表渲染成本很高时），而是希望：

输入响应要快（保持 UI 流畅）
搜索结果的更新可以稍微“延迟”一下，让 React 优先处理更重要的任务（比如用户的输入反馈）

在这种场景下，可以使用 useDeferredValue 来延迟非紧急的搜索结果更新，确保用户输入始终保持流畅。

import React, { useState, useDeferredValue } from 'react';

function SearchComponent() {
  const [query, setQuery] = useState('');
  const deferredQuery = useDeferredValue(query); // 延迟版本的 query

  // 模拟一个大型数据集的搜索逻辑
  function search(data, keyword) {
    return data.filter(item => item.includes(keyword));
  }

  // 假设这是从 API 获取的数据
  const allItems = ['apple', 'banana', 'orange', 'grape', 'kiwi', 'pear', 'peach', 'mango'];
  const results = search(allItems, deferredQuery.toLowerCase());

  return (
    <div>
      <h2>实时搜索</h2>
      <input
        value={query}
        onChange={(e) => setQuery(e.target.value)}
        placeholder="输入关键词搜索..."
      />

      <ul>
        {results.length > 0 ? (
          results.map((item, index) => <li key={index}>{item}</li>)
        ) : (
          <li>无匹配结果</li>
        )}
      </ul>

      {/* 显示当前处理的是哪个 query */}
      <p style={{ fontSize: '14px', color: 'gray' }}>
        正在显示: "{deferredQuery}"
      </p>
    </div>
  );
}

export default SearchComponent;

在这个例子中：

useState 管理输入值：用户输入会立即更新 query，保证输入框的响应性
useDeferredValue(query)：返回一个稍后更新的 deferredQuery，React 会根据当前任务优先级决定何时更新它
结果列表渲染基于 deferredQuery：结果列表不会随着每个字符立即变化，而是等到 React 认为合适的时候才更新
用户体验优化：输入框始终流畅响应，即使搜索结果的计算很重，也不会卡顿

使用useDeferredValue 使得搜索结果列表可以根据用户的最新输入进行更新，但不会立即反映到屏幕上，而是等到 React 确定有足够的时间来处理它为止。这样做的好处是即使用户快速输入多个字符，界面仍然能够迅速响应，而不必等待所有结果都准备好。

`Suspense` for Data Fetching

Suspense是一个 React 组件，允许你指定一个“fallback”UI，在其包裹的组件还未准备好时显示。最初设计用于懒加载（Lazy Loading）组件，现在扩展到了数据获取等领域，支持在数据获取期间显示一个 fallback UI，直到所需的数据准备就绪。

Suspense 的工作方式：

Suspense 实际上定义了一个“异步边界”。这意味着它会监视其子树中的任何异步操作，并在这些操作未完成时显示 fallback UI。
Suspense 通过 Promise 来跟踪异步操作的状态。当一个组件尝试访问尚未加载的数据时，相关的库（例如 React Query 或 SWR）会抛出一个 Promise。这个 Promise 表示“这个异步操作还未完成”，Suspense 就会捕获这个 Promise 并显示 fallback UI 直到该 Promise 解析完成。

通过 Suspense，你可以轻松地为任何需要异步数据的组件设置一个统一的加载状态，而不需要在每个组件内部单独处理加载逻辑。

例如，如果你有一个需要从多个 API 获取数据的页面，你可以将这些数据获取操作封装在一个自定义 Hook 中，并用 Suspense 包裹起来，这样整个页面只需一个加载指示器即可。

function useUserData(userId) {
  const [data, setData] = useState(null);
  
  useEffect(() => {
    fetchDataFromServer(userId).then(setData);
  }, [userId]);
  
  if (!data) throw new Promise(resolve => setTimeout(resolve, 1000)); // 模拟异步操作
  return data;
}

function UserProfile({ userId }) {
  const user = useUserData(userId);
  return <div>{user.name}</div>;
}

function App() {
  return (
    <Suspense fallback={<div>Loading profile...</div>}>
      <UserProfile userId="123" />
    </Suspense>
  );
}

在这个例子中，useUserData hook 模拟了一个异步数据获取过程。如果数据尚未准备好，则抛出一个 promise 来触发 Suspense 的 fallback UI。

在实际场景中，还可以使用已经集成 Suspense 支持的数据请求库，例如：

React Query（需开启 suspense: true）
SWR（支持 Suspense 模式）
Relay Modern（Facebook 自研 GraphQL 框架，原生支持 Suspense）

它们可以帮助你以更优雅、稳定的方式处理异步数据加载，并与 React 的并发模式无缝集成。

状态管理和副作用

尽管 React 18 的并发渲染带来了许多性能和用户体验上的改进，但在实际应用中使用这些新特性时，开发者仍需注意一些关键点以确保最佳实践。其中，状态管理和副作用处理是两个非常关键的方面。

状态管理

并发渲染允许 React 更灵活地调度任务和更新状态，这意味着多个状态更新可能被分配不同的优先级或在不同时间点执行。这可能导致一些预期之外的行为，特别是在全局状态管理中（如使用 Redux 或 Context API）。

建议：

细粒度的状态管理：尽量保持状态管理的细粒度，减少全局状态的使用。对于那些只需要局部使用的状态，直接在组件内部管理更为合适。
合理使用 useDeferredValue 或 startTransition：根据状态更新的性质，选择合适的工具来控制其优先级。例如，对于非紧急的状态更新（如搜索结果的加载），可以使用 startTransition 来延迟这些更新。
使用 useSyncExternalStore 订阅外部存储：它提供了一种机制，使得外部状态的变化能够被 React 正确地检测到，并且无论是在何种调度策略下（包括并发渲染），都能保证状态的一致性。具体来说，它在每次渲染前都会调用 getSnapshot 来获取最新的状态快照，因此可以确保即使在并发渲染的情况下，组件也能始终基于最新的状态进行渲染，避免了状态撕裂的问题。

副作用处理

并发渲染可能会改变某些副作用（如数据获取、DOM 操作）的执行时机。特别是在使用 useEffect 进行副作用处理时，如果没有正确管理副作用的依赖关系或清理逻辑，可能会导致意外的行为或内存泄漏。

建议：

明确副作用依赖：确保 useEffect 钩子中的依赖数组准确反映了触发副作用所需的所有变量。这样可以避免不必要的副作用执行，并确保副作用能够及时响应相关状态的变化。
副作用的取消与恢复：对于那些可能被中断的异步操作（如 API 请求），应该提供取消机制，以防止旧的操作在新的操作开始后继续执行。React Query 和 SWR 等库提供了内置的支持来简化这一过程。对于自定义的异步逻辑，可以通过设置标志位或使用 AbortController 来手动管理副作用的取消。
使用 StrictMode 检测：在React 18中，还可以使用增强的StrictMode来进行副作用管理的检测，它通过在开发环境中模拟组件卸载和重新挂载的行为，以便发现存在未清理的副作用，可能会导致内存泄漏或其他意外行为。

总结

从 Stack Reconciler 到 Fiber 架构的演进，再到 React 18 中并发渲染的全面落地，React 的每一次架构升级都在不断突破性能和体验的边界。

React 18 的并发渲染在Fiber 架构的基础上进一步释放了开发者的控制力，通过 useTransition、useDeferredValue 和增强版 Suspense 等新特性，让开发者可以精细地管理状态更新的优先级，构建出真正响应迅速、流畅自然的用户界面。

对于开发者而言，理解和掌握这些新机制，是迈向高性能、高质量前端工程实践的重要一步。

React 18：并发渲染

前言

React 架构的演变

初始阶段（React 0.x - 15.x）

Fiber架构（React 16.x）与过渡（React 17）

并发渲染（React 18）

并发渲染下的新特性

useTransition Hook

useDeferredValue Hook

Suspense for Data Fetching