关于react.js:React-整体感知

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当咱们由浅入深地认知一样新事物的时候，往往须要遵循 Why > What > How 这样一个认知过程。它们是相辅相成、缺一不可的。而理解了具体的 What 和 How 之后，往往可能更加具象地答复实践层面的 Why，因而，在进入 Why 的摸索之前，咱们先整体感知一下 What 和 How 两个过程。

What

关上 React 官网，第一眼便能看到官网给出的答复。

React 是用于构建用户界面的 JavaScript 库。

不晓得你有没有想过，构建用户界面的形式有千百种，为什么 React 会突出？同样，咱们能够从 React 哲学里失去回应。

咱们认为，React 是用 JavaScript 构建疾速响应的大型 Web 应用程序的首选形式。它在 Facebook 和 Instagram 上体现优良。

可见，要害是实现了 疾速响应 ，那么制约 疾速响应 的因素有哪些呢？React 是如何解决的呢？

How

让咱们带着下面的两个问题，在遵循实在的 React 代码架构的前提下，实现一个蕴含工夫切片、fiber、Hooks的繁难 React，并舍弃局部优化代码和非必要的性能，将其命名为 HuaMu。

留神：为了和源码有点辨别，函数名首字母大写，源码是小写。

CreateElement 函数

在开始之前，咱们先简略的理解一下 JSX，如果你感兴趣，能够关注下一篇《JSX 背地的故事》。

JSX会被工具链 Babel 编译为 React.createElement(), 接着React.createElement() 返回一个叫作 React.Element 的JS对象。

这么说有些形象，通过上面 demo 看下转换前后的代码：

// JSX 转换前
const el = <h1 title="el_title">HuaMu<h1>;

// 转换后的 JS 对象
const el = {
  type:"h1",
  props:{
    title:"el_title",
    children:"HuaMu",
  }
}

可见，元素是具备 type 和 props 属性的对象，而 CreateElement 函数的次要工作就是创立该对象。

/**
 * @param {string} type    HTML 标签类型
 * @param {object} props   具备 JSX 属性中的所有键和值
 * @param {string | array} children 元素树
 */
function CreateElement(type, props, ...children) {
  return {
    type,
    props:{
      ...props,
      children,
    }
  }
}

阐明：咱们将残余参数赋予children，扩大运算符用于结构字面量对象props，对象表达式将依照 key-value 的形式开展，从而保障 props.children 始终是一个数组。接下来，咱们一起看下 demo：

CreateElement("h1", {title:"el_title"}, 'hello', 'HuaMu')

// 返回的 JS 对象
{
  "type": "h1",
  "props": { 
    "title": "el_title"            // key-value
    "children": ["hello", "HuaMu"] // 数组类型
  }
}

留神：当 ...children 为空或为原始值时，React 不会创立 props.children，但为了简化代码，暂不思考性能，咱们为原始值创立非凡的类型TEXT_EL。

function CreateElement(type, props, ...children) {
  return {
    type,
    props:{
      ...props,
      children: children.map(child => typeof child === "object" ? child : CreateTextElement(child))
    }
  }
}

function CreateTextElement(text) {
  return {
    type: "TEXT_EL",
    props: {
      nodeValue: text,
      children: []}
  }
}

Render 函数

CreateElement 函数将标签转化为对象输入，接着 React 进行一系列解决，Render 函数将解决好的节点依据标记进行增加、更新或删除内容，最初附加到容器中。上面简略的实现 Render 函数是如何实现增加内容的：

  • 首先创立对应的 DOM 节点，而后将新节点附加到容器中，并递归每个孩子节点做同样的操作。

  • 将元素的 props 属性调配给节点。

    function Render(el,container) {
// 创立节点
const dom = el.type === 'TEXT_EL'? document.createTextNode("") : document.createElement(el.type);
el.props.children.forEach(child => Render(child, dom))
// 为节点调配 props 属性
const isProperty = key => key !== 'children';
const setProperty = name => dom[name] = el.props[name];
Object.keys(el.props).filter(isProperty).forEach(setProperty)
container.appendChild(dom);
}

    留神 ：文本节点应用textNode 而不是innerText，是为了保障以雷同的形式看待所有的元素。

到目前为止，咱们曾经实现了一个繁难的用于构建用户界面的 JavaScript 库。当初，让 Babel 应用自定义的 HuaMu 代替 React，将 /** @jsx HuaMu.CreateElement */ 增加到代码中，关上 codesandbox看看成果吧。

并发模式

在持续向下摸索之前，咱们先思考一下下面的代码中，有哪些代码制约 疾速响应 了呢？

是的，在 Render 函数中递归每个孩子节点，即这句代码 el.props.children.forEach(child => Render(child, dom)) 存在问题。一旦开始渲染，便不会进行，直到渲染了整棵元素树，咱们晓得，GUI渲染线程与 JS 线程是互斥的，JS 脚本执行和浏览器布局、绘制不能同时执行。如果元素树很大，JS 脚本执行工夫过长，可能会阻塞主线程，导致页面掉帧，造成卡顿，且障碍浏览器执行高优作业。

那如何解决呢？

通过工夫切片的形式，行将工作合成为多个工作单元，每实现一个工作单元，判断是否有高优作业，若有，则让浏览器中断渲染。上面通过 requestIdleCallback 模仿实现：

简略阐明一下：

  • window.requestIdleCallback(cb[, options])：浏览器将在主线程闲暇时运行回调。函数会接管到一个 IdleDeadline 的参数，这个参数能够获取以后闲暇工夫（timeRemaining）以及回调是否在超时前曾经执行的状态（didTimeout）。
  • React 已不再应用requestIdleCallback，目前应用 scheduler package。但在概念上是雷同的。

根据下面的剖析，代码构造如下：

// 当浏览器准备就绪时，它将调用 WorkLoop
requestIdleCallback(WorkLoop)

let nextUnitOfWork = null;

function PerformUnitOfWork(nextUnitOfWork) {// TODO}

function WorkLoop(deadline) {
  // 以后线程的闲置工夫是否能够在完结前执行更多的工作
  let shouldYield = false;
  while(nextUnitOfWork && !shouldYield) {nextUnitOfWork = PerformUnitOfWork(nextUnitOfWork) // 赋值下一个工作单元 
    shouldYield = deadline.timeRemaining() < 1;  // 如果 idle period 曾经完结，则它的值是 0}
  requestIdleCallback(WorkLoop)
}

咱们在 PerformUnitOfWork 函数里实现当前工作的执行并返回下一个执行的工作单元，可下一个工作单元如何疾速查找呢？让咱们初步理解 Fibers 吧。

Fibers

为了组织工作单元，即不便查找下一个工作单元，需引入 fiber tree 的数据结构。即每个元素都有一个 fiber，链接到其第一个子节点，下一个兄弟姐妹节点和父节点，且每个fiber 都将成为一个工作单元。

// 假如咱们要渲染的元素树如下
const el = (
  <div>
    <h1>
      <p />
      <a />
    </h1>
    <h2 />
  </div>
)

其对应的 fiber tree 如下：

若将上图转化到咱们的代码里，咱们第一件事得找到 root fiber，即在Render 中，设置 nextUnitOfWork 初始值为root fiber，并将创立节点局部独立进去。

function Render(el,container) {
  // 设置 nextUnitOfWork 初始值为 root fiber
  nextUnitOfWork = {
    dom: container,
    props:{children:[el],
    }
  }
}

// 将创立节点局部独立进去
function CreateDom(fiber) {const dom = fiber.type === 'TEXT_EL'? document.createTextNode("") : document.createElement(fiber.type);
  // 为节点调配 props 属性
  const isProperty = key => key !== 'children';
  const setProperty = name => dom[name] = fiber.props[name];
  Object.keys(fiber.props).filter(isProperty).forEach(setProperty)
  return dom
}

残余的 fiber 将在 performUnitOfWork 函数上执行以下三件事：

  • 为元素创立节点并增加到 dom
  • 为元素的子代创立 fiber

  • 抉择下一个执行工作单元

    function PerformUnitOfWork(fiber) {
// 为元素创立节点并增加到 dom
if(!fiber.dom) {fiber.dom = CreateDom(fiber)
}
// 若元素存在父节点，则挂载
if(fiber.parent) {fiber.parent.dom.appendChild(fiber.dom)
}

// 为元素的子代创立 fiber
const els = fiber.props.children;
let index = 0;
// 作为一个容器，存储兄弟节点
let prevSibling = null;
while(index < els.length) {const el = els[index];
    const newFiber = {
    type: el.type,
    props: el.props,
    parent: fiber,
    dom: null
    }

    // 子代在 fiber 树中的地位是 child 还是 sibling，取决于它是否第一个
    if(index === 0){fiber.child = newFiber;} else {prevSibling.sibling = newFiber;}
    prevSibling = newFiber;
    index++;
} 

// 抉择下一个执行工作单元，优先级是 child -> sibling -> parent
if(fiber.child){return fiber.child;}
let nextFiber = fiber;
while(nextFiber) {if(nextFiber.sibling) {return nextFiber.sibling;}
    nextFiber = nextFiber.parent;
}
}

Render 和 Commit 阶段

在下面的代码中，咱们退出了工夫切片，但它还存在一些问题，上面咱们来看看：

  • 在 performUnitOfWork 函数里，每次为元素创立节点之后，都向 dom 增加一个新节点，即

    if(fiber.parent) {fiber.parent.dom.appendChild(fiber.dom)
}
  • 咱们都晓得，支流浏览器刷新频率为 60Hz，即每（1000ms / 60Hz）16.6ms 浏览器刷新一次。当 JS 执行工夫过长，超出了 16.6ms，这次刷新就没有工夫执行款式布局和款式绘制了。也就是在渲染完整棵树之前，浏览器可能会中断，导致用户看不到残缺的 UI。

那该如何解决呢？

  • 首先将创立一个节点就向 dom 进行增加解决的形式更改为跟踪 fiber root，也被称为progress root 或者 wipRoot

  • 一旦实现所有的工作，即没有下一个工作单元时，才将 fiber 提交给dom

    // 跟踪根节点
let wipRoot = null;
function Render(el,container) {
wipRoot = {
    dom: container,
    props:{children:[el],
    }
}
nextUnitOfWork = wipRoot;
}

// 一旦实现所有的工作，将整个 fiber 提交给 dom
function WorkLoop(deadline) {
...
if(!nextUnitOfWork && wipRoot) {CommitRoot()
}
requestIdleCallback(WorkLoop)
}

// 将残缺的 fiber 提交给 dom
function CommitRoot() {CommitWork(wipRoot.child)
wipRoot = null
}

// 递归将每个节点增加进去
function CommitWork(fiber) {if(!fiber) return;
const parentDom = fiber.parent.dom;
parentDom.appendChild(fiber.dom);
CommitWork(fiber.child);
CommitWork(fiber.sibling);
}

Reconciliation

到目前为止，咱们优化了下面自定义的 HuaMu 库，但下面只实现了增加内容，当初，咱们把更新和删除内容也加上。而要实现更新、删除性能，须要将 render 函数中收到的元素与提交给 dom 的最初的 fiber tree 进行比拟。因而，须要保留最初一次提交给 fiber tree 的援用currentRoot。同时，为每个fiber 增加 alternate 属性，记录上一阶段提交的old fiber

let currentRoot = null;
function Render(el,container) {
  wipRoot = {
    ...
    alternate: currentRoot
  }
  ...
}

function CommitRoot() {
  ...
  currentRoot = wipRoot;
  wipRoot = null
}
  • 为元素的子代创立 fiber 的同时，将 old fiber 与new fiber进行reconcile

  • 通过以下三个维度进行比拟

    1. 如果 old fiber 与new fiber具备雷同的 type，保留dom 节点并更新其 props，并设置标签effectTag 为UPDATE

    2. type不同，且为 new fiber，意味着要创立新的dom 节点，设置标签 effectTag 为PLACEMENT；若为 old fiber，则须要删除节点，设置标签effectTag 为DELETION

      留神：为了更好的Reconciliation，React 还应用了key，比方更疾速的检测到子元素何时更改了在元素数组中的地位，这里为了简洁，暂不思考。

    let deletions = null;
function PerformUnitOfWork(fiber) {
...
const els = fiber.props.children;
// 提取 为元素的子代创立 fiber 的代码
ReconcileChildren(fiber, els);
}

function ReconcileChildren(wipFiber, els) {
let index = 0;
let oldFiber = wipFiber.alternate && wipFiber.alternate.child;
let prevSibling = null;
// 为元素的子代创立 fiber 的同时 遍历旧的 fiber 的子级
// undefined != null; // false
// undefined !== null; // true
while(index < els.length || oldFiber != null) {const el = els[index];
    const sameType = oldFiber && el && el.type === oldFiber.type;
    let newFiber = null;

    // 更新节点
    if(sameType) {
    newFiber = {
        type: el.type,
        props: el.props,
        parent: wipFiber,
        dom: oldFiber.dom, // 应用 oldFiber
        alternate: oldFiber,
        effectTag: "UPDATE",
    }
    } 

    // 新增节点
    if(!sameType && el){
    newFiber = {
        type: el.type,
        props: el.props,
        parent: wipFiber,
        dom: null,        // dom 设置为 null
        alternate: null,
        effectTag: "PLACEMENT",
    }
    }
    // 删除节点
    if(!sameType && oldFiber) {// 删除节点没有新的 fiber，因而将标签设置在旧的 fiber 上，并退出删除队列 [commit 阶段提交时，执行 deletions 队列，render 阶段执行完清空 deletions 队列]
    oldFiber.effectTag = "DELETION";
    deletions.push(oldFiber)
    }

    if(oldFiber) {oldFiber = oldFiber.sibling;}

    if(index === 0) {wipFiber.child = newFiber;} else if(el) {prevSibling.sibling = newFiber;}
    prevSibling = newFiber;
    index++;
}
}

  • 在 CommitWork 函数里，依据 effectTags 进行节点解决

    1. PLACEMENT – 跟之前一样，将 dom 节点增加进父节点
    2. DELETION – 删除节点
    3. UPDATE – 更新 dom 节点的 props
    function CommitWork(fiber) {if (!fiber) return;
const parentDom = fiber.parent.dom;
if (fiber.effectTags === 'PLACEMENT' && fiber.dom !== null){parentDom.appendChild(fiber.dom);
} else if (fiber.effectTags === 'DELETION') {parentDom.removeChild(fiber.dom)
} else if(fiber.effectTags === 'UPDATE' && fiber.dom !== null) {
    UpdateDom(
    fiber.dom,
    fiber.alternate.props,
    fiber.props
    )
}

CommitWork(fiber.child);
CommitWork(fiber.sibling);
}

重点剖析一下 UpdateDom 函数：

  • 一般属性

    1. 删除旧的属性
    2. 设置新的或更改的属性

  • 非凡解决以 on为前缀的事件属性

    1. 删除旧的或更改的事件属性

    2. 增加新的事件属性

      const isEvent = key => key.startsWith("on");
const isProperty = key => key !== 'children' && !isEvent(key);
const isNew = (prev, next) => key => prev[key] !== next[key];
const isGone = (prev, next) => key => !(key in next);

/**
* 更新 dom 节点的 props
* @param {object} dom    
* @param {object} prevProps   之前的属性
* @param {object} nextProps   以后的属性
*/ 
function UpdateDom(dom, prevProps, nextProps) {
// 删除旧的属性
Object.keys(prevProps)
    .filter(isProperty)
    .filter(isGone(prevProps, nextProps))
    .forEach(name => {dom[name] = ""
    })
    
// 设置新的或更改的属性
Object.keys(nextProps)
    .filter(isProperty)
    .filter(isNew(prevProps, nextProps))
    .forEach(name => {dom[name] = nextProps[name]
    })

// 删除旧的或更改的事件属性
Object.keys(prevProps)
    .filter(isEvent)
    .filter(key => (!(key in nextProps) || isNew(prevProps, nextProps)(key)))
    .forEach(name => {const eventType = name.toLowerCase().substring(2)
    dom.removeEventListener(
        eventType,
        prevProps[name]
    )
    })

// 增加新的事件属性
Object.keys(nextProps)
    .filter(isEvent)
    .filter(isNew(prevProps, nextProps))
    .forEach(name => {const eventType = name.toLowerCase().substring(2)
    dom.addEventListener(
        eventType,
        nextProps[name]
    )
    })
}

当初，咱们曾经实现了一个蕴含工夫切片、fiber的繁难 React。关上 codesandbox看看成果吧。

Function Components

组件化对于前端的同学应该不生疏，而实现组件化的根底就是函数组件，绝对与下面的标签类型，函数组件有哪些不一样呢？让咱们来啾啾

function App(props) {return <h1>Hi {props.name}</h1>
}
const element = <App name="foo" />

若由下面实现的 Huamu 库进行转换，应该等价于：

function App(props) {return Huamu.CreateElement("h1",null,"Hi",props.name)
}
const element = Huamu.CreateElement(App, {name:"foo"})

由此，可见 Function Components 的fiber是没有 dom 节点的，而且其 children 是来自于函数的运行而不是props。基于这两个不同点，咱们将其划分为UpdateFunctionComponent 和 UpdateHostComponent 进行解决

function PerformUnitOfWork(fiber) {
  const isFunctionComponent = fiber.type instanceof Function;
  if(isFunctionComponent) {UpdateFunctionComponent(fiber)
  } else {UpdateHostComponent(fiber)
  }
  // 抉择下一个执行工作单元，优先级是 child -> sibling -> parent
  ...
}

function UpdateFunctionComponent(fiber) {// TODO}

function UpdateHostComponent(fiber) {if (!fiber.dom) = fiber.dom = CreateDom(fiber);
  const els = fiber.props.children;
  ReconcileChildren(fiber, els);
}

  • children来自于函数的运行而不是props，即运行函数获取children

    function UpdateFunctionComponent(fiber) {const children = [fiber.type(fiber.props)];
ReconcileChildren(fiber,children);
}

  • 没有 dom 节点的fiber

    1. 在增加节点时，得沿着 fiber 树向上挪动，直到找到带有 dom 节点的父级fiber

    2. 在删除节点时，得持续向下挪动，直到找到带有 dom 节点的子级fiber

      function CommitWork(fiber) {if (!fiber) return;
// 优化：const domParent = fiber.parent.dom;
let domParentFiber = fiber.parent;
while(!domParentFiber.dom) {domParentFiber = domParentFiber.parent;}
const domParent = domParentFiber.dom;
if (fiber.effectTags === 'PLACEMENT' && fiber.dom!=null){domParent.appendChild(fiber.dom);
} else if (fiber.effectTags === 'DELETION') {// 优化：domParent.removeChild(fiber.dom)
    CommitDeletion(fiber, domParent)
} else if(fiber.effectTags === 'UPDATE' && fiber.dom!=null) {
    UpdateDom(
    fiber.dom,
    fiber.alternate.props,
    fiber.props
    )
}

CommitWork(fiber.child);
CommitWork(fiber.sibling);
}

function CommitDeletion(fiber,domParent){if(fiber.dom){domParent.removeChild(fiber.dom)
} else {CommitDeletion(fiber.child, domParent)
}
}

最初，咱们为 Function Components 增加状态。

Hooks

向 fiber 增加一个 hooks 数组，以反对 useState 在同一组件中屡次调用，且跟踪以后的 hooks 索引。

let wipFiber = null
let hookIndex = null

function UpdateFunctionComponent(fiber) {
  wipFiber = fiber;
  hookIndex = 0
  wipFiber.hooks = []
  const children = [fiber.type(fiber.props)]
  ReconcileChildren(fiber, children)
}
  • 当 Function Components 组件调用 UseState 时，通过 alternate 属性检测 fiber 是否有old hook。
  • 若有 old hook，将状态从old hook 复制到new hook，否则，初始化状态。

  • 将 new hook 增加 fiber，hook index 递增，返回状态。

    function UseState(initial) {
const oldHook =
    wipFiber.alternate &&
    wipFiber.alternate.hooks &&
    wipFiber.alternate.hooks[hookIndex]
const hook = {state: oldHook ? oldHook.state : initial,}

wipFiber.hooks.push(hook)
hookIndex++
return [hook.state]
}
  • UseState还需返回一个可更新状态的函数，因而，须要定义一个接管 action 的setState函数。
  • 将 action 增加到队列中，再将队列增加到fiber。
  • 在下一次渲染时，获取 old hook 的action队列，并代入 new state 逐个执行，以保障返回的状态是已更新的。

  • 在 setState 函数中，执行跟 Render 函数相似的操作，将 currentRoot 设置为下一个工作单元，以便开始新的渲染。

    function UseState(initial) {
...
const hook = {
    state: oldHook ? oldHook.state : initial,
    queue: [],}
const actions = oldHook ? oldHook.queue : []
actions.forEach(action => {hook.state = action(hook.state)
})
const setState = action => {hook.queue.push(action)
    wipRoot = {
    dom: currentRoot.dom,
    props: currentRoot.props,
    alternate: currentRoot,
    }
    nextUnitOfWork = wipRoot
    deletions = []}

wipFiber.hooks.push(hook)
hookIndex++
return [hook.state, setState]
}

当初，咱们曾经实现一个蕴含工夫切片、fiber、Hooks 的繁难 React。关上 codesandbox 看看成果吧。

结语

到目前为止，咱们从 What > How 梳理了大略的 React 常识链路，前面的章节咱们对文中所提及的知识点进行 Why 的摸索，置信会反哺到 What 的了解和 How 的实际。

本文原创公布于涂鸦智能技术博客

https://tech.tuya.com/react-zheng-ti-gan-zhi/

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2021-01-04
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