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关于前端:前端工程师的自我修养React-Fiber-是如何实现更新过程可控的

jiezi

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前言

从 React 16 开始，React 采纳了 Fiber 机制代替了原先基于原生执行栈递归遍历 VDOM 的计划，进步了页面渲染性能和用户体验。乍一听 Fiber 如同挺神秘，在原生执行栈都还没搞懂的状况下，又整出个 Fiber，还能不能欢快的写代码了。别慌，老铁！上面就来唠唠对于 Fiber 那点事儿。

什么是 Fiber

Fiber 的英文含意是“纤维”，它是比线程（Thread）更细的线，比线程（Thread）管制得更精细的执行模型。在狭义计算机科学概念中，Fiber 又是一种合作的（Cooperative）编程模型，帮忙开发者用一种【既模块化又合作化】的形式来编排代码。

简略点说，Fiber 就是 React 16 实现的一套新的更新机制，让 React 的更新过程变得可控，防止了之前一竿子递归到底影响性能的做法。

对于 Fiber 你须要晓得的基础知识

1 浏览器刷新率（帧）

页面的内容都是一帧一帧绘制进去的，浏览器刷新率代表浏览器一秒绘制多少帧。目前浏览器大多是 60Hz（60 帧 /s），每一帧耗时也就是在 16ms 左右。原则上说 1s 内绘制的帧数也多，画面体现就也细腻。那么在这一帧的（16ms）过程中浏览器又干了啥呢？

通过下面这张图能够分明的晓得，浏览器一帧会通过上面这几个过程：

  1. 承受输出事件
  2. 执行事件回调
  3. 开始一帧
  4. 执行 RAF (RequestAnimationFrame)
  5. 页面布局，款式计算
  6. 渲染
  7. 执行 RIC (RequestIdelCallback)

第七步的 RIC 事件不是每一帧完结都会执行，只有在一帧的 16ms 中做完了后面 6 件事儿且还有剩余时间，才会执行。这里提一下，如果一帧执行完结后还有工夫执行 RIC 事件，那么下一帧须要在事件执行完结能力持续渲染，所以 RIC 执行不要超过 30ms，如果长时间不将控制权交还给浏览器，会影响下一帧的渲染，导致页面呈现卡顿和事件响应不及时。

2. JS 原生执行栈

React Fiber 呈现之前，React 通过原生执行栈递归遍历 VDOM。当浏览器引擎第一次遇到 JS 代码时，会产生一个全局执行上下文并将其压入执行栈，接下来每遇到一个函数调用，又会往栈中压入一个新的上下文。比方：

function A(){B();
  C();}
function B(){}
function C(){}
A();

引擎在执行的时候，会造成如下这样的执行栈：

浏览器引擎会从执行栈的顶端开始执行，执行结束就弹出以后执行上下文，开始执行下一个函数，直到执行栈被清空才会进行。而后将执行权交还给浏览器。因为 React 将页面视图视作一个个函数执行的后果。每一个页面往往由多个视图组成，这就意味着多个函数的调用。

如果一个页面足够简单，造成的函数调用栈就会很深。每一次更新，执行栈须要一次性执行实现，中途不能干其余的事儿，只能 ” 全心全意 ”。联合后面提到的浏览器刷新率，JS 始终执行，浏览器得不到控制权，就不能及时开始下一帧的绘制。如果这个工夫超过 16ms，当页面有动画成果需要时，动画因为浏览器不能及时绘制下一帧，这时动画就会呈现卡顿。不仅如此，因为事件响应代码是在每一帧开始的时候执行，如果不能及时绘制下一帧，事件响应也会提早。

3. 工夫分片（Time Slicing）

工夫分片指的是一种将多个粒度小的工作放入一个工夫切片（一帧）中执行的一种计划，在 React Fiber 中就是将多个工作放在了一个工夫片中去执行。

4. 链表

在 React Fiber 中用链表遍历的形式代替了 React 16 之前的栈递归计划。在 React 16 中应用了大量的链表。例如：

  • 应用多向链表的模式代替了原来的树结构

例如上面这个组件：

<div id="id">
  A1
  <div id="B1">
    B1
     <div id="C1"></div>
  </div>
  <div id="B2">
      B2
  </div>
</div>

会应用上面这样的链表示意：

  • 副作用单链表

  • 状态更新单链表

  • …

链表是一种简略高效的数据结构，它在以后节点中保留着指向下一个节点的指针，就如同火车一样一节连着一节

遍历的时候，通过操作指针找到下一个元素。然而操作指针时（调整程序和指向）肯定要小心。

链表相比程序构造数据格式的益处就是：

  1. 操作更高效，比方程序调整、删除，只须要扭转节点的指针指向就好了。
  2. 不仅能够依据以后节点找到下一个节点，在多向链表中，还能够找到他的父节点或者兄弟节点。

但链表也不是完满的，毛病就是：

  1. 比程序构造数据更占用空间，因为每个节点对象还保留有指向下一个对象的指针。
  2. 不能自在读取，必须找到他的上一个节点。

React 用空间换工夫，更高效的操作能够不便依据优先级进行操作。同时能够依据以后节点找到其余节点，在上面提到的挂起和复原过程中起到了关键作用。

React Fiber 是如何实现更新过程可控？

后面讲完基本知识，当初正式开始介绍明天的配角 Fiber，看看 React Fiber 是如何实现对更新过程的管控。

更新过程的可控次要体现在上面几个方面：

  1. 工作拆分
  2. 工作挂起、复原、终止
  3. 工作具备优先级

1. 工作拆分

后面提到，React Fiber 之前是基于原生执行栈，每一次更新操作会始终占用主线程，直到更新实现。这可能会导致事件响应提早，动画卡顿等景象。

在 React Fiber 机制中，它采纳 ” 化整为零 ” 的战术，将和谐阶段（Reconciler）递归遍历 VDOM 这个大工作分成若干小工作，每个工作只负责一个节点的解决。例如：

import React from "react";
import ReactDom from "react-dom"
const jsx = (
    <div id="A1">
    A1
    <div id="B1">
      B1
      <div id="C1">C1</div>
      <div id="C2">C2</div>
    </div>
    <div id="B2">B2</div>
  </div>
)
ReactDom.render(jsx,document.getElementById("root"))

这个组件在渲染的时候会被分成八个小工作，每个工作用来别离解决 A1(div)、A1(text)、B1(div)、B1(text)、C1(div)、C1(text)、C2(div)、C2(text)、B2(div)、B2(text)。再通过工夫分片，在一个工夫片中执行一个或者多个工作。这里提一下，所有的小工作并不是一次性被切分实现，而是解决当前任务的时候生成下一个工作，如果没有下一个工作生成了，就代表本次渲染的 Diff 操作实现。

2. 挂起、复原、终止

再说挂起、复原、终止之前，不得不提两棵 Fiber 树，workInProgress tree 和 currentFiber tree。

workInProgress 代表以后正在执行更新的 Fiber 树。在 render 或者 setState 后，会构建一颗 Fiber 树，也就是 workInProgress tree，这棵树在构建每一个节点的时候会收集以后节点的副作用，整棵树构建实现后，会造成一条残缺的副作用链。

currentFiber 示意上次渲染构建的 Filber 树。在每一次更新实现后 workInProgress 会赋值给 currentFiber。在新一轮更新时 workInProgress tree 再从新构建，新 workInProgress 的节点通过 alternate 属性和 currentFiber 的节点建立联系。

在新 workInProgress tree 的创立过程中，会同 currentFiber 的对应节点进行 Diff 比拟，收集副作用。同时也会复用和 currentFiber 对应的节点对象，缩小新创建对象带来的开销。也就是说无论是创立还是更新，挂起、复原以及终止操作都是产生在 workInProgress tree 创立过程中。workInProgress tree 构建过程其实就是循环的执行工作和创立下一个工作，大抵过程如下：

当没有下一个工作须要执行的时候，workInProgress tree 构建实现，开始进入提交阶段，实现实在 DOM 更新。

在构建 workInProgressFiber tree 过程中能够通过挂起、复原和终止工作，实现对更新过程的管控。上面简化了一下源码，大抵实现如下：

let nextUnitWork = null;// 下一个执行单元
// 开始调度
function shceduler(task){nextUnitWork = task;}
// 循环执行工作
function workLoop(deadline){
  let shouldYield = false;// 是否要让出工夫片交出控制权
  while(nextUnitWork && !shouldYield){nextUnitWork = performUnitWork(nextUnitWork)
    shouldYield = deadline.timeRemaining()<1 // 没有工夫了，检出控制权给浏览器}
  if(!nextUnitWork) {conosle.log("所有工作实现")
    //commitRoot() // 提交更新视图}
  // 如果还有工作，然而交出控制权后, 申请下次调度
  requestIdleCallback(workLoop,{timeout:5000}) 
}
/*
 * 解决一个小工作，其实就是一个 Fiber 节点，如果还有工作就返回下一个须要解决的工作，没有就代表整个
 */
function performUnitWork(currentFiber){
  ....
  return FiberNode
}

挂起

当第一个小工作实现后，先判断这一帧是否还有闲暇工夫，没有就挂起下一个工作的执行，记住以后挂起的节点，让出控制权给浏览器执行更高优先级的工作。

复原

在浏览器渲染完一帧后，判断以后帧是否有剩余时间，如果有就复原执行之前挂起的工作。如果没有工作须要解决，代表和谐阶段实现，能够开始进入渲染阶段。这样完满的解决了和谐过程始终占用主线程的问题。

那么问题来了他是如何判断一帧是否有闲暇工夫的呢？答案就是咱们后面提到的 RIC (RequestIdleCallback) 浏览器原生 API，React 源码中为了兼容低版本的浏览器，对该办法进行了 Polyfill。

当复原执行的时候又是如何晓得下一个工作是什么呢？答案在后面提到的链表。在 React Fiber 中每个工作其实就是在解决一个 FiberNode 对象，而后又生成下一个工作须要解决的 FiberNode。顺便提一嘴，这里提到的 FiberNode 是一种数据格式，上面是它没有开美颜的样子：

class FiberNode {constructor(tag, pendingProps, key, mode) {
    // 实例属性
    this.tag = tag; // 标记不同组件类型，如函数组件、类组件、文本、原生组件...
    this.key = key; // react 元素上的 key 就是 jsx 上写的那个 key，也就是最终 ReactElement 上的
    this.elementType = null; // createElement 的第一个参数，ReactElement 上的 type
    this.type = null; // 示意 fiber 的实在类型，elementType 根本一样，在应用了懒加载之类的性能时可能会不一样
    this.stateNode = null; // 实例对象，比方 class 组件 new 完后就挂载在这个属性下面，如果是 RootFiber，那么它下面挂的是 FiberRoot, 如果是原生节点就是 dom 对象
    // fiber
    this.return = null; // 父节点，指向上一个 fiber
    this.child = null; // 子节点，指向本身上面的第一个 fiber
    this.sibling = null; // 兄弟组件, 指向一个兄弟节点
    this.index = 0; //  个别如果没有兄弟节点的话是 0 当某个父节点下的子节点是数组类型的时候会给每个子节点一个 index，index 和 key 要一起做 diff
    this.ref = null; // reactElement 上的 ref 属性
    this.pendingProps = pendingProps; // 新的 props
    this.memoizedProps = null; // 旧的 props
    this.updateQueue = null; // fiber 上的更新队列执行一次 setState 就会往这个属性上挂一个新的更新, 每条更新最终会造成一个链表构造，最初做批量更新
    this.memoizedState = null; // 对应  memoizedProps，上次渲染的 state，相当于以后的 state，了解成 prev 和 next 的关系
    this.mode = mode; // 示意以后组件下的子组件的渲染形式
    // effects
    this.effectTag = NoEffect; // 示意以后 fiber 要进行何种更新
    this.nextEffect = null; // 指向下个须要更新的 fiber
    this.firstEffect = null; // 指向所有子节点里，须要更新的 fiber 里的第一个
    this.lastEffect = null; // 指向所有子节点中须要更新的 fiber 的最初一个
    this.expirationTime = NoWork; // 过期工夫，代表工作在将来的哪个工夫点应该被实现
    this.childExpirationTime = NoWork; // child 过期工夫
    this.alternate = null; // current 树和 workInprogress 树之间的互相援用
  }
}

额…看着如同有点上头，这是开了美颜的样子：

是不是难看多了？在每次循环的时候，找到下一个执行须要解决的节点。

function performUnitWork(currentFiber){//beginWork(currentFiber) // 找到儿子，并通过链表的形式挂到 currentFiber 上，每一偶儿子就找前面那个兄弟
  // 有儿子就返回儿子
  if(currentFiber.child){return currentFiber.child;} 
  // 如果没有儿子，则找弟弟
  while(currentFiber){// 始终往上找
    //completeUnitWork(currentFiber);// 将本人的副作用挂到父节点去
    if(currentFiber.sibling){return currentFiber.sibling}
    currentFiber = currentFiber.return;
  }
}

在一次工作完结后返回该解决节点的子节点或兄弟节点或父节点。只有有节点返回，阐明还有下一个工作，下一个工作的解决对象就是返回的节点。通过一个全局变量记住当前任务节点，当浏览器再次闲暇的时候，通过这个全局变量，找到它的下一个工作须要解决的节点复原执行。就这样始终循环上来，直到没有须要解决的节点返回，代表所有工作执行实现。最初大家手拉手，就造成了一颗 Fiber 树。

终止

其实并不是每次更新都会走到提交阶段。当在和谐过程中触发了新的更新，在执行下一个工作的时候，判断是否有优先级更高的执行工作，如果有就终止原来将要执行的工作，开始新的 workInProgressFiber 树构建过程，开始新的更新流程。这样能够防止反复更新操作。这也是在 React 16 当前生命周期函数 componentWillMount 有可能会执行屡次的起因。

3. 工作具备优先级

React Fiber 除了通过挂起，复原和终止来管制更新外，还给每个任务分配了优先级。具体点就是在创立或者更新 FiberNode 的时候，通过算法给每个任务分配一个到期工夫（expirationTime）。在每个工作执行的时候除了判断剩余时间，如果以后解决节点曾经过期，那么无论当初是否有闲暇工夫都必须执行改工作。

同时过期工夫的大小还代表着工作的优先级。

工作在执行过程中顺便收集了每个 FiberNode 的副作用，将有副作用的节点通过 firstEffect、lastEffect、nextEffect 造成一条副作用单链表 AI(TEXT)-B1(TEXT)-C1(TEXT)-C1-C2(TEXT)-C2-B1-B2(TEXT)-B2-A。

其实最终都是为了收集到这条副作用链表，有了它，在接下来的渲染阶段就通过遍历副作用链实现 DOM 更新。这里须要留神，更新实在 DOM 的这个动作是零打碎敲的，不能中断，不然会造成视觉上的不连贯。

对于 React Fiber 的思考

1. 是否应用生成器（generater）代替链表

在 Fiber 机制中，最重要的一点就是须要实现挂起和复原，从实现角度来说 generator 也能够实现。那么为什么官网没有应用 generator 呢？猜想应该是是性能方面的起因。生成器不仅让您在堆栈的两头退让，还必须把每个函数包装在一个生成器中。一方面减少了许多语法方面的开销，另外还减少了任何现有实现的运行时开销。性能上远没有链表的形式好，而且链表不须要思考浏览器兼容性。

2. Vue 是否会采纳 Fiber 机制来优化简单页面的更新

这个问题其实有点搞事件，如果 Vue 真这么做了是不是就是变相抵赖 Vue 是在 ” 集成 ” Angular 和 React 的长处呢？React 有 Fiber，Vue 就肯定要有？

两者尽管都依赖 DOM Diff，然而实现上且有区别，DOM Diff 的目标都是收集副作用。Vue 通过 Watcher 实现了依赖收集，自身就是一种很好的优化。所以 Vue 没有采纳 Fiber 机制，也无伤大雅。

总结

React Fiber 的呈现相当于是在更新过程中引进了一个中场指挥官，负责掌控更新过程，足球世界里管这叫前腰。抛开带来的性能和效率晋升外，这种“化整为零”和工作编排的思维，能够利用到咱们平时的架构设计中。

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政采云前端团队（ZooTeam），一个年老富裕激情和创造力的前端团队，隶属于政采云产品研发部，Base 在风景如画的杭州。团队现有 40 余个前端小伙伴，平均年龄 27 岁，近 3 成是全栈工程师，妥妥的青年风暴团。成员形成既有来自于阿里、网易的“老”兵，也有浙大、中科大、杭电等校的应届新人。团队在日常的业务对接之外，还在物料体系、工程平台、搭建平台、性能体验、云端利用、数据分析及可视化等方向进行技术摸索和实战，推动并落地了一系列的外部技术产品，继续摸索前端技术体系的新边界。

如果你想扭转始终被事折腾，心愿开始能折腾事；如果你想扭转始终被告诫须要多些想法，却无从破局；如果你想扭转你有能力去做成那个后果，却不须要你；如果你想扭转你想做成的事须要一个团队去撑持，但没你带人的地位；如果你想扭转既定的节奏，将会是“5 年工作工夫 3 年工作教训”；如果你想扭转原本悟性不错，但总是有那一层窗户纸的含糊… 如果你置信置信的力量，置信平凡人能成就不凡事，置信能遇到更好的本人。如果你心愿参加到随着业务腾飞的过程，亲手推动一个有着深刻的业务了解、欠缺的技术体系、技术发明价值、影响力外溢的前端团队的成长历程，我感觉咱们该聊聊。任何工夫，等着你写点什么，发给 ZooTeam@cai-inc.com

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