React躬行记（16）——React源码分析

　　React可大致分为三部分：Core、Reconciler和Renderer，在阅读源码之前，首先需要搭建测试环境，为了方便起见，本文直接采用了网友搭建好的环境，React版本是16.8.6，与最新版本很接近。

一、目录结构

　　React采用了由Lerna维护monorepo方式进行代码管理，即用一个仓库管理多个模块（module）或包（package）。在React仓库的根目录中，包含三个目录：

　　（1）fixtures，给源码贡献者准备的测试用例。

　　（2）packages，React库提供的包的源码，包括核心代码、矢量图形库等，如下所列。

├── packages ------------------------------------ 源码目录
│   ├── react-art ------------------------------- 矢量图形渲染器
│   ├── react-dom ------------------------------- DOM渲染器
│   ├── react-native-renderer ------------------- Native渲染器（原生iOS和Android视图）
│   ├── react-test-renderer --------------------- JSON树渲染器
│   ├── react-reconciler ------------------------ React调和器

　　（3）scripts，相关的工具配置脚本，包括语法规则、Git钩子等。

　　React使用的前端模块化打包工具是Rollup，在源码中还引入了Flow，用于静态类型检查，在运行代码之前发现一些潜在的问题，其语法类似于TypeScript。

二、React核心对象

　　在项目中引入React通常是像下面这样。

import React from 'react';

　　其实引入的是核心入口文件“packages/react/index.js”中导出的对象，如下所示，其中React.default用于Jest测试，React用于Rollup。

const React = require('./src/React');
// TODO: decide on the top-level export form.
// This is hacky but makes it work with both Rollup and Jest.
module.exports = React.default || React;

　　顺着require()语句可以找到React.js中的React对象，代码省略了一大堆导入语句，其中__DEV__是个全局变量，用于管理开发环境中运行的代码块。

const React = {
  Children: {
    map,
    forEach,
    count,
    toArray,
    only,
  },

  createRef,
  Component,
  PureComponent,

  createContext,
  forwardRef,
  lazy,
  memo,

  useCallback,
  useContext,
  useEffect,
  useImperativeHandle,
  useDebugValue,
  useLayoutEffect,
  useMemo,
  useReducer,
  useRef,
  useState,

  Fragment: REACT_FRAGMENT_TYPE,
  Profiler: REACT_PROFILER_TYPE,
  StrictMode: REACT_STRICT_MODE_TYPE,
  Suspense: REACT_SUSPENSE_TYPE,
  unstable_SuspenseList: REACT_SUSPENSE_LIST_TYPE,

  createElement: __DEV__ ? createElementWithValidation : createElement,
  cloneElement: __DEV__ ? cloneElementWithValidation : cloneElement,
  createFactory: __DEV__ ? createFactoryWithValidation : createFactory,
  isValidElement: isValidElement,

  version: ReactVersion,

  unstable_withSuspenseConfig: withSuspenseConfig,

  __SECRET_INTERNALS_DO_NOT_USE_OR_YOU_WILL_BE_FIRED: ReactSharedInternals,
};

if (enableFlareAPI) {
  React.unstable_useResponder = useResponder;
  React.unstable_createResponder = createResponder;
}
if (enableFundamentalAPI) {
  React.unstable_createFundamental = createFundamental;
}
if (enableJSXTransformAPI) {
  if (__DEV__) {
    React.jsxDEV = jsxWithValidation;
    React.jsx = jsxWithValidationDynamic;
    React.jsxs = jsxWithValidationStatic;
  } else {
    React.jsx = jsx;
    React.jsxs = jsx;
  }
}
export default React;

　　在React对象中包含了开放的核心API，例如React.Component、React.createRef()等，以及新引入的Hooks（内部的具体逻辑可转移到相关的包中），但渲染的逻辑已经剥离出来。

1）React.createElement()

　　JSX中的元素称为React元素，分为两种类型：DOM元素和组件元素。用JSX描述的组件都会通过Babel编译器将它们转换成React.createElement()方法，它包含三个参数（如下所示），其中type是元素类型，也就是它的名称；props是一个由元素属性组成的对象；children是它的子元素（即内容），可以是文本也可以是其它元素。

React.createElement(type, [props], [...children])

　　方法的返回值是一个ReactElement，省略了开发环境中的代码。

const ReactElement = function(type, key, ref, self, source, owner, props) {
  const element = {
    $$typeof: REACT_ELEMENT_TYPE,
    type: type,
    key: key,
    ref: ref,
    props: props,
    _owner: owner        //记录创建该元素的组件
  };
  return element;
};

　　（1）$$typeof标识该对象是一个ReactElement。

　　（2）当ReactElement是DOM元素时，type是元素名称；当ReactElement是组件元素时，type是其构造函数。

　　（3）key和ref是React组件中的两个特殊属性，前者用于标识身份，后者用于访问render()方法内生成的组件实例和DOM元素。

　　（4）props是ReactElement中的属性，包括特殊的children属性。

三、Reconciler

　　虽然React的DOM和Native两种渲染器内部实现的区别很大，但为了能共享自定义组件、State、生命周期等特性，做到跨平台，就需要共享一些逻辑，而这些逻辑由Reconciler统一处理，其中协调算法（Diffing算法）也要尽可能相似。

1）Diffing算法

　　当调用React的render()方法时，会创建一棵由React元素组成的树。在下一次State或Props更新时，相同的render()方法会返回一棵不同的树。React会应用Diffing算法来高效的比较两棵树，算法过程如下。

　　（1）当根节点为不同类型的元素时，React会拆卸原有的树，销毁对应的DOM节点和关联的State、卸载子组件，最后再创建新的树。

　　（2）当比对两个相同类型的DOM元素时，会保留DOM节点，仅比对变更的属性。

　　（3）当比对两个相同类型的组件元素时，组件实例保持不变，更新该组件实例的Props。

　　（4）当递归DOM节点的子元素时，React会同时遍历两个子元素的列表，比对相同位置的元素，性能比较低效。

　　（5）在给子元素添加唯一标识的key属性后，就能只比对变更了key属性的元素。

2）Fiber Reconciler

　　JavaScript与样式计算、界面布局等各种绘制，一起运行在浏览器的主线程中，当JavaScript运行时间过长时，将占用整个线程，阻塞其它任务。为了能在React渲染期间回到主线程执行其它任务，在React v16中提出了Fiber Reconciler，并将其设为默认的Reconciler，解决了过去Stack Reconciler中的固有问题和遗留的痛点，提高了动画、布局和手势等领域的性能。Fiber Reconciler的主要目标是：

　　（1）暂停和切分渲染任务，并将分割的任务分布到各个帧中。

　　（2）调整优先级，并重置或复用已完成的任务。

　　（3）在父子元素之间交错处理，以支持React中的布局。

　　（4）在render()方法中返回多个元素。

　　（5）更好地支持错误边界。

3）调度任务

　　Fiber可以分解任务，根据优先级将任务调度到浏览器提供的两个全局函数中，如下所列。

　　（1）requestAnimationFrame：在下一个动画帧上执行高优先级的任务。

　　（2）requestIdleCallback：在线程空闲时执行低优先级的任务。

　　当网页保持在每秒60帧（1帧约为16ms）时，整体会变得很流畅。在每个帧中调用requestAnimationFrame()执行高优先级的任务；而在两个帧之间会有一小段空闲时间，此时可执行requestIdleCallback()中的任务，该函数包含一个deadline参数（截止时间），用于切分长任务。

4）Fiber数据结构

　　在调和期间，从render()方法得到的每个React元素都需要升级为Fiber节点，并添加到Fiber节点树中。而与React元素不同，Fiber节点可复用，不会在每次渲染时重新创建。Fiber的数据结构大致如下，省略了部分属性，源码来自于packages/react-reconciler/src/ReactFiber.js。

export type Fiber = {
  tag: WorkTag,
  key: null | string,
  elementType: any,
  type: any,
  stateNode: any,
  return: Fiber | null,
  child: Fiber | null,
  sibling: Fiber | null,
  ref: null | (((handle: mixed) => void) & {_stringRef: ?string}) | RefObject,
  effectTag: SideEffectTag,
  nextEffect: Fiber | null,
  firstEffect: Fiber | null,
  lastEffect: Fiber | null,
  expirationTime: ExpirationTime,
  alternate: Fiber | null,
  ...
};

　　return、child和sibling三个属性分别表示父节点、第一个子节点和兄弟节点，通过它们使得Fiber节点能够基于链表连接在一起。假设有个ClickCounter组件，包含<button>和<span>两个元素，它们三者之间的关系如图12所示。

class ClickCounter extends React.Component {
  render() {
    return [
      <button>Update counter</button>,
      <span></span>
    ];
  }
}

图 12 节点关系

　　使用alternate属性双向连接当前Fiber和正在处理的Fiber（workInProgress），如下代码所示，当需要恢复时，可通过alternate属性直接回退。

let workInProgress = current.alternate;
if (workInProgress === null) {
  workInProgress.alternate = current;
  current.alternate = workInProgress;
}

　　到期时间（ExpirationTime）是指完成此任务的时间，该时间越短，则优先级越高，需要尽早执行，具体逻辑在同目录的ReactFiberExpirationTime.js中。

四、生命周期钩子方法

　　React在内部执行时会分为两个阶段：render和commit。

　　在第一个render阶段（phase）中，React持有标记了副作用（side effect）的Fiber树并将其应用于实例，该阶段不会发生用户可见的更改，并且可异步执行，下面列出的是在render阶段执行的生命周期钩子方法

　　（1）[UNSAFE_]componentWillMount（弃用）

　　（2）[UNSAFE_]componentWillReceiveProps（弃用）

　　（3）getDerivedStateFromProps

　　（4）shouldComponentUpdate

　　（5）[UNSAFE_]componentWillUpdate（弃用）

　　（6）render

　　标有UNSAFE的生命周期有可能被执行多次，并且经常被误解和滥用，例如在这些方法中执行副作用代码，可能出现渲染问题，或者任意操作DOM，可能引起回流（reflow）。于是官方推出了静态的getDerivedStateFromProps()方法，可限制状态更新以及DOM操作。

　　在第二个commit阶段，任务都是同步执行的，下面列出的是commit阶段执行的生命周期钩子方法，这些方法都只执行一次，其中getSnapshotBeforeUpdate()是新增的，用于替换componentWillUpdate()。

　　（1）getSnapshotBeforeUpdate

　　（2）componentDidMount

　　（3）componentDidUpdate

　　（4）componentWillUnmount

　　新的流程将变成图13这样。

图 13 新的流程

【参考资料】
源码概览 官网

贡献者说明

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