React Fiber 原理介紹

leap_frog 發(fā)布于2019-08-23 15:24 / 2542人閱讀

摘要：如果運(yùn)算持續(xù)占用主線程，頁面就沒法得到及時(shí)的更新。三解題思路解決主線程長時(shí)間被運(yùn)算占用這一問題的基本思路，是將運(yùn)算切割為多個(gè)步驟，分批完成。這顆新樹每生成一個(gè)新的節(jié)點(diǎn)，都會(huì)將控制權(quán)交回給主線程，去檢查有沒有優(yōu)先級(jí)更高的任務(wù)需要執(zhí)行。

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一、前言

在 React Fiber 架構(gòu)面世一年多后，最近 React 又發(fā)布了最新版 16.8.0，又一激動(dòng)人心的特性：React Hooks 正式上線，讓我升級(jí) React 的意愿越來越強(qiáng)烈了。在升級(jí)之前，不妨回到原點(diǎn)，了解下人才濟(jì)濟(jì)的 React 團(tuán)隊(duì)為什么要大費(fèi)周章，重寫 React 架構(gòu)，而 Fiber 又是個(gè)什么概念。

二、React 15 的問題

在頁面元素很多，且需要頻繁刷新的場(chǎng)景下，React 15 會(huì)出現(xiàn)掉幀的現(xiàn)象。請(qǐng)看以下例子：
https://claudiopro.github.io/...

其根本原因，是大量的同步計(jì)算任務(wù)阻塞了瀏覽器的 UI 渲染。默認(rèn)情況下，JS 運(yùn)算、頁面布局和頁面繪制都是運(yùn)行在瀏覽器的主線程當(dāng)中，他們之間是互斥的關(guān)系。如果 JS 運(yùn)算持續(xù)占用主線程，頁面就沒法得到及時(shí)的更新。當(dāng)我們調(diào)用setState更新頁面的時(shí)候，React 會(huì)遍歷應(yīng)用的所有節(jié)點(diǎn)，計(jì)算出差異，然后再更新 UI。整個(gè)過程是一氣呵成，不能被打斷的。如果頁面元素很多，整個(gè)過程占用的時(shí)機(jī)就可能超過 16 毫秒，就容易出現(xiàn)掉幀的現(xiàn)象。

針對(duì)這一問題，React 團(tuán)隊(duì)從框架層面對(duì) web 頁面的運(yùn)行機(jī)制做了優(yōu)化，得到很好的效果。

三、解題思路

解決主線程長時(shí)間被 JS 運(yùn)算占用這一問題的基本思路，是將運(yùn)算切割為多個(gè)步驟，分批完成。也就是說在完成一部分任務(wù)之后，將控制權(quán)交回給瀏覽器，讓瀏覽器有時(shí)間進(jìn)行頁面的渲染。等瀏覽器忙完之后，再繼續(xù)之前未完成的任務(wù)。

舊版 React 通過遞歸的方式進(jìn)行渲染，使用的是 JS 引擎自身的函數(shù)調(diào)用棧，它會(huì)一直執(zhí)行到棧空為止。而Fiber實(shí)現(xiàn)了自己的組件調(diào)用棧，它以鏈表的形式遍歷組件樹，可以靈活的暫停、繼續(xù)和丟棄執(zhí)行的任務(wù)。實(shí)現(xiàn)方式是使用了瀏覽器的requestIdleCallback這一 API。官方的解釋是這樣的：

window.requestIdleCallback()會(huì)在瀏覽器空閑時(shí)期依次調(diào)用函數(shù)，這就可以讓開發(fā)者在主事件循環(huán)中執(zhí)行后臺(tái)或低優(yōu)先級(jí)的任務(wù)，而且不會(huì)對(duì)像動(dòng)畫和用戶交互這些延遲觸發(fā)但關(guān)鍵的事件產(chǎn)生影響。函數(shù)一般會(huì)按先進(jìn)先調(diào)用的順序執(zhí)行，除非函數(shù)在瀏覽器調(diào)用它之前就到了它的超時(shí)時(shí)間。

有了解題思路后，我們?cè)賮砜纯?React 具體是怎么做的。

四、React 的答卷

React 框架內(nèi)部的運(yùn)作可以分為 3 層：

Virtual DOM 層，描述頁面長什么樣。

Reconciler 層，負(fù)責(zé)調(diào)用組件生命周期方法，進(jìn)行 Diff 運(yùn)算等。

Renderer 層，根據(jù)不同的平臺(tái)，渲染出相應(yīng)的頁面，比較常見的是 ReactDOM 和 ReactNative。

這次改動(dòng)最大的當(dāng)屬 Reconciler 層了，React 團(tuán)隊(duì)也給它起了個(gè)新的名字，叫Fiber Reconciler。這就引入另一個(gè)關(guān)鍵詞：Fiber。

Fiber 其實(shí)指的是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它可以用一個(gè)純 JS 對(duì)象來表示：

const fiber = {
    stateNode,    // 節(jié)點(diǎn)實(shí)例
    child,        // 子節(jié)點(diǎn)
    sibling,      // 兄弟節(jié)點(diǎn)
    return,       // 父節(jié)點(diǎn)
}

為了加以區(qū)分，以前的 Reconciler 被命名為Stack Reconciler。Stack Reconciler 運(yùn)作的過程是不能被打斷的，必須一條道走到黑：

而 Fiber Reconciler 每執(zhí)行一段時(shí)間，都會(huì)將控制權(quán)交回給瀏覽器，可以分段執(zhí)行：

為了達(dá)到這種效果，就需要有一個(gè)調(diào)度器 (Scheduler) 來進(jìn)行任務(wù)分配。任務(wù)的優(yōu)先級(jí)有六種：

synchronous，與之前的Stack Reconciler操作一樣，同步執(zhí)行

task，在next tick之前執(zhí)行

animation，下一幀之前執(zhí)行

high，在不久的將來立即執(zhí)行

low，稍微延遲執(zhí)行也沒關(guān)系

offscreen，下一次render時(shí)或scroll時(shí)才執(zhí)行

優(yōu)先級(jí)高的任務(wù)（如鍵盤輸入）可以打斷優(yōu)先級(jí)低的任務(wù)（如Diff）的執(zhí)行，從而更快的生效。

Fiber Reconciler 在執(zhí)行過程中，會(huì)分為 2 個(gè)階段。

階段一，生成 Fiber 樹，得出需要更新的節(jié)點(diǎn)信息。這一步是一個(gè)漸進(jìn)的過程，可以被打斷。

階段二，將需要更新的節(jié)點(diǎn)一次過批量更新，這個(gè)過程不能被打斷。

階段一可被打斷的特性，讓優(yōu)先級(jí)更高的任務(wù)先執(zhí)行，從框架層面大大降低了頁面掉幀的概率。

五、Fiber 樹

Fiber Reconciler 在階段一進(jìn)行 Diff 計(jì)算的時(shí)候，會(huì)生成一棵 Fiber 樹。這棵樹是在 Virtual DOM 樹的基礎(chǔ)上增加額外的信息來生成的，它本質(zhì)來說是一個(gè)鏈表。

Fiber 樹在首次渲染的時(shí)候會(huì)一次過生成。在后續(xù)需要 Diff 的時(shí)候，會(huì)根據(jù)已有樹和最新 Virtual DOM 的信息，生成一棵新的樹。這顆新樹每生成一個(gè)新的節(jié)點(diǎn)，都會(huì)將控制權(quán)交回給主線程，去檢查有沒有優(yōu)先級(jí)更高的任務(wù)需要執(zhí)行。如果沒有，則繼續(xù)構(gòu)建樹的過程：

如果過程中有優(yōu)先級(jí)更高的任務(wù)需要進(jìn)行，則 Fiber Reconciler 會(huì)丟棄正在生成的樹，在空閑的時(shí)候再重新執(zhí)行一遍。

在構(gòu)造 Fiber 樹的過程中，F(xiàn)iber Reconciler 會(huì)將需要更新的節(jié)點(diǎn)信息保存在Effect List當(dāng)中，在階段二執(zhí)行的時(shí)候，會(huì)批量更新相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)。

六、總結(jié)

本文從 React 15 存在的問題出發(fā)，介紹 React Fiber 解決問題的思路，并介紹了 Fiber Reconciler 的工作流程。從Stack Reconciler到Fiber Reconciler，源碼層面其實(shí)就是干了一件遞歸改循環(huán)的事情，日后有機(jī)會(huì)的話，我再結(jié)合源碼作進(jìn)一步的介紹。