前言
在现代前端开发中，React 已经成为了最流行的 UI 库之一。但你是否曾好奇过 React 内部是如何工作的？今天，我们将一起动手实现一个简易版的 React，通过这个过程，你将深入理解 JSX 的编译原理、虚拟 DOM 的创建与更新，以及高效的 Diff 算法实现。
一、项目结构与核心概念
首先，让我们明确要实现的几个核心功能：
- createElement: 将 JSX 转换为虚拟 DOM 对象
- render: 将虚拟 DOM 渲染为真实 DOM
- reconcile: 虚拟 DOM 的 Diff 算法
- useState: 实现简单的状态管理
让我们从最基础的开始。
二、实现 createElement：JSX 的编译原理
当我们在 React 中编写 JSX 时，Babel 会将其转换为 React.createElement() 调用。让我们自己实现这个函数：
/**
* 创建虚拟 DOM 元素
* @param {string} type 元素类型
* @param {object} props 元素属性
* @param {...any} children 子元素
* @returns {object} 虚拟 DOM 对象
*/
function createElement(type, props, ...children) {
return {
type,
props: {
...props,
// 处理 children，文本节点转换为文本元素
children: children.map(child =>
typeof child === 'object'
? child
: createTextElement(child)
),
},
};
}
/**
* 创建文本虚拟 DOM 元素
* @param {string} text 文本内容
* @returns {object} 文本虚拟 DOM 对象
*/
function createTextElement(text) {
return {
type: 'TEXT_ELEMENT',
props: {
nodeValue: text,
children: [],
},
};
}
为了测试我们的 createElement，我们可以模拟 JSX 的转换过程：
// JSX: <div id="app"><h1>Hello World</h1></div>
const element = createElement(
'div',
{ id: 'app' },
createElement('h1', null, 'Hello World')
);
console.log(JSON.stringify(element, null, 2));
三、实现 render：虚拟 DOM 到真实 DOM 的转换
有了虚拟 DOM，接下来我们需要将其渲染到页面上：
/**
* 将虚拟 DOM 渲染为真实 DOM
* @param {object} element 虚拟 DOM 元素
* @param {HTMLElement} container 容器元素
*/
function render(element, container) {
// 创建 DOM 节点
const dom = element.type === 'TEXT_ELEMENT'
? document.createTextNode('')
: document.createElement(element.type);
// 设置属性
const isProperty = key => key !== 'children';
Object.keys(element.props)
.filter(isProperty)
.forEach(name => {
dom[name] = element.props[name];
});
// 递归渲染子元素
element.props.children.forEach(child =>
render(child, dom)
);
// 添加到容器
container.appendChild(dom);
}
让我们测试一下渲染功能：
const MiniReact = {
createElement,
render,
};
// 模拟 JSX 使用
const App = () => MiniReact.createElement(
'div',
{ id: 'app', className: 'container' },
MiniReact.createElement('h1', null, 'Mini React Demo'),
MiniReact.createElement('p', null, 'This is a paragraph.')
);
// 渲染到页面
const container = document.getElementById('root');
MiniReact.render(App(), container);
四、实现 Concurrent Mode 和 Fiber 架构基础
为了实现更高效的渲染，我们需要引入 Fiber 架构的基本思想：
let nextUnitOfWork = null;
let wipRoot = null; // work in progress root
let currentRoot = null; // 当前渲染的根
/**
* 开始渲染循环
* @param {object} element 虚拟 DOM 元素
* @param {HTMLElement} container 容器元素
*/
function render(element, container) {
wipRoot = {
dom: container,
props: {
children: [element],
},
alternate: currentRoot, // 指向旧的 fiber
};
nextUnitOfWork = wipRoot;
// 启动工作循环
requestIdleCallback(workLoop);
}
/**
* 工作循环，利用空闲时间执行任务
* @param {IdleDeadline} deadline 空闲时间信息
*/
function workLoop(deadline) {
let shouldYield = false;
while (nextUnitOfWork && !shouldYield) {
nextUnitOfWork = performUnitOfWork(nextUnitOfWork);
shouldYield = deadline.timeRemaining() < 1;
}
if (!nextUnitOfWork && wipRoot) {
commitRoot();
}
requestIdleCallback(workLoop);
}
/**
* 执行一个工作单元
* @param {object} fiber 当前 fiber 节点
* @returns {object} 下一个工作单元
*/
function performUnitOfWork(fiber) {
// 1. 创建 DOM 节点
if (!fiber.dom) {
fiber.dom = createDom(fiber);
}
// 2. 为子元素创建 fiber 节点
const elements = fiber.props.children;
reconcileChildren(fiber, elements);
// 3. 返回下一个工作单元
if (fiber.child) {
return fiber.child;
}
let nextFiber = fiber;
while (nextFiber) {
if (nextFiber.sibling) {
return nextFiber.sibling;
}
nextFiber = nextFiber.parent;
}
}
五、实现 Diff 算法：高效的 DOM 更新
Diff 算法是 React 性能优化的核心。让我们实现一个简化版的 Diff 算法：
/**
* 协调子元素，实现 Diff 算法
* @param {object} wipFiber 当前工作的 fiber
* @param {array} elements 新的子元素数组
*/
function reconcileChildren(wipFiber, elements) {
let index = 0;
let oldFiber = wipFiber.alternate && wipFiber.alternate.child;
let prevSibling = null;
while (index < elements.length || oldFiber != null) {
const element = elements[index];
let newFiber = null;
// 比较新旧 fiber
const sameType = oldFiber && element && element.type === oldFiber.type;
if (sameType) {
// 类型相同，更新属性
newFiber = {
type: oldFiber.type,
props: element.props,
dom: oldFiber.dom,
parent: wipFiber,
alternate: oldFiber,
effectTag: 'UPDATE',
};
}
if (element && !sameType) {
// 类型不同，创建新节点
newFiber = {
type: element.type,
props: element.props,
dom: null,
parent: wipFiber,
alternate: null,
effectTag: 'PLACEMENT',
};
}
if (oldFiber && !sameType) {
// 删除旧节点
oldFiber.effectTag = 'DELETION';
deletions.push(oldFiber);
}
if (oldFiber) {
oldFiber = oldFiber.sibling;
}
if (index === 0) {
wipFiber.child = newFiber;
} else if (element) {
prevSibling.sibling = newFiber;
}
prevSibling = newFiber;
index++;
}
}
六、实现 useState：简单的状态管理
最后，让我们实现一个简易版的 useState Hook：
let hookIndex = null;
let wipFiber = null;
/**
* 实现 useState Hook
* @param {any} initial 初始状态
* @returns {[any, Function]} 状态和更新函数
*/
function useState(initial) {
const oldHook =
wipFiber.alternate &&
wipFiber.alternate.hooks &&
wipFiber.alternate.hooks[hookIndex];
const hook = {
state: oldHook ? oldHook.state : initial,
queue: [],
};
// 处理队列中的更新
const actions = oldHook ? oldHook.queue : [];
actions.forEach(action => {
hook.state = typeof action === 'function'
? action(hook.state)
: action;
});
const setState = action => {
hook.queue.push(action);
// 触发重新渲染
wipRoot = {
dom: currentRoot.dom,
props: currentRoot.props,
alternate: currentRoot,
};
nextUnitOfWork = wipRoot;
deletions = [];
};
w
