React 18 渲染与更新全流程深度解析
TIP
React 18 的并发特性是其历史上一次里程碑式的进化。这一变化的核心是 Fiber 架构,它彻底改变了 React 的协调(Reconciliation)过程,使其从同步阻塞变为异步可中断。
本文将从一个应用的诞生到每一次状态更新,逐一剖析其内部精密的工作机制。
核心概念:React 宇宙的基石
在启程之前,我们必须先掌握构成 React 内部世界的几个核心概念。
Fiber (纤维): Fiber 不仅仅是一个数据结构,更是一个“工作单元”。它是一个纯粹的 JavaScript 对象,包含了组件的类型、props、state、以及与其他 Fiber 节点的关系。
- 关键属性:
tag
: 标记 Fiber 的类型,如FunctionComponent
,ClassComponent
,HostComponent
(DOM 元素)。key
: 我们熟悉的key
prop。type
: 对于组件,它指向类或函数;对于 DOM 元素,它是字符串(如 'div')。stateNode
: 指向真实的实例,如组件实例、DOM 节点。return
: 指向父 Fiber 节点。child
: 指向第一个子 Fiber 节点。sibling
: 指向下一个兄弟 Fiber 节点。pendingProps
&memoizedProps
: 开始工作时的 props 和完成工作后的 props。updateQueue
: 一个待处理的状态更新和回调的链表。flags
: 记录副作用(Side Effect)的类型,如Placement
(插入),Update
(更新),Deletion
(删除)。lanes
: 一个位掩码,表示此 Fiber 节点上待处理的更新的优先级。
- 双缓冲树 (Double Buffering): React 在内存中同时维护两棵 Fiber 树。一棵是 current tree,代表当前屏幕上已经渲染的 UI。另一棵是 work-in-progress tree,是正在后台构建的新树。当更新完成后,work-in-progress tree 会成为新的 current tree,这个过程几乎是瞬时的,避免了 UI 闪烁。
- 关键属性:
Reconciliation (协调): 找出新旧两棵树之间差异的过程,也就是我们常说的 "diffing"。在 Fiber 架构下,这个过程是可中断的。
Scheduler (调度器): 这是一个独立的包 (
scheduler
),它实现了合作式多任务调度。它提供了一个任务队列,并根据任务的优先级(如Immediate
,UserBlocking
,Normal
,Low
)来决定哪个任务先执行。React 的渲染任务会被包装成调度器任务来执行。Lane (车道) 模型: 这是 React 18 并发模式的核心。它是一种更精细的优先级管理机制。
- 位掩码: Lanes 是一个 31 位的二进制数,每一位或多位代表一种优先级。例如:
SyncLane
: 1 (最高,同步执行)InputContinuousLane
: 4 (连续输入,如拖拽)DefaultLane
: 16 (默认)TransitionLane
: 64 (过渡)IdleLane
: 536870912 (最低,空闲时执行)
- 优先级判断: React 通过位运算可以快速地判断任务的优先级、合并多个更新、以及确定接下来要处理哪个优先级的任务 (
pickLanes
)。高优先级的 Lane 可以“抢占”正在进行的低优先级任务。
- 位掩码: Lanes 是一个 31 位的二进制数,每一位或多位代表一种优先级。例如:
第一阶段:应用的启动 - createRoot
React 应用的生命始于 createRoot
。
// main.js
import { createRoot } from 'react-dom/client';
const root = createRoot(document.getElementById('root'));
root.render(<App />);
1. createRoot(container)
这一步在内部调用 createFiberRoot
,完成了两项至关重要的初始化工作:
- 创建
FiberRootNode
: 这是整个应用的根容器,一个与 DOM 无直接关联的内部对象。它包含了指向current
Fiber 树的指针、待处理的lanes
、回调函数队列等。可以把它想象成 React 应用实例的总控制室。 - 创建
RootFiber
: 这是 Fiber 树的第一个节点,其tag
为HostRoot
。FiberRootNode
的current
属性会指向这个RootFiber
。RootFiber
的stateNode
则指向FiberRootNode
自身,形成一个循环引用。
此时,我们有了一个 FiberRootNode
和一个 RootFiber
,构成了 current
树的骨架,但屏幕上什么都还没有。
2. root.render(<App />)
调用 render
方法,实际上是调用了 updateContainer
,这正式拉开了渲染的序幕。
updateContainer
的核心逻辑:
requestUpdateLane()
: 为这次更新请求一个lane
。对于首次渲染,它会返回最高优先级的SyncLane
,因为首次渲染必须是同步的。createUpdate()
: 创建一个Update
对象。这个对象包含了要渲染的内容(payload: {element: <App />}
)和本次更新的lane
。enqueueUpdate()
: 将这个Update
对象加入到RootFiber
的updateQueue
中。updateQueue
是一个环形链表,存储着该 Fiber 节点上所有待处理的更新。scheduleUpdateOnFiber()
: 这是所有更新(包括首次渲染和后续的setState
)的统一入口,是连接 React 核心(Reconciler)和调度器(Scheduler)的枢纽。
第二阶段:渲染阶段 (Render Phase) - 构建 W.I.P. 树
这是 React 最核心、最复杂的部分。此阶段的目标是在内存中构建出 work-in-progress
树。此阶段是异步可中断的。
1. scheduleUpdateOnFiber
这个函数是调度的起点。它会:
markUpdateLaneFromFiberToRoot
: 从触发更新的 Fiber 节点开始,沿着return
指针一直向上,为路径上的所有父节点都标记上本次更新的lane
。这就像在高速公路上标记出需要施工的路段,让 React 知道哪些路径上有工作需要处理。ensureRootIsScheduled
: 确保有一个任务被调度。如果当前没有正在进行的工作,它会计算出当前FiberRootNode
上所有待处理的lanes
中最高优的那个,然后调用Scheduler
的 API(如Scheduler_runWithPriority
)来安排一个新的宏任务或微任务来执行渲染工作。
2. 工作循环 (The Work Loop)
当调度器开始执行 React 的渲染任务时,performSyncWorkOnRoot
(同步) 或 performConcurrentWorkOnRoot
(并发) 会被调用。它们内部都包含一个核心的循环,我们称之为 "Work Loop"。
循环的基本单位是 performUnitOfWork
,它处理单个 Fiber 节点,并返回下一个要处理的节点。
function workLoop(workInProgress) {
while (workInProgress !== null) {
workInProgress = performUnitOfWork(workInProgress);
}
}
performUnitOfWork
的逻辑是:
- 调用
beginWork
处理当前节点,并返回其第一个子节点。 - 如果
beginWork
返回了子节点,那么下一个工作单元就是这个子节点。 - 如果
beginWork
没有返回子节点(说明该节点没有子节点),则调用completeWork
处理当前节点。然后,寻找其兄弟节点作为下一个工作单元。 - 如果没有兄弟节点,则继续对父节点执行
completeWork
,并寻找父节点的兄弟节点。 - 这个“递”(
beginWork
)和“归”(completeWork
)的过程,本质上是对 Fiber 树进行深度优先遍历。
3. beginWork
(向下协调阶段)
beginWork
的核心任务是 “diff”,即比较新旧状态,决定是否可以复用旧 Fiber,并生成新的子 Fiber。
它的行为取决于 fiber.tag
:
FunctionComponent
: 调用renderWithHooks
,这会:- 执行函数组件本身的代码。
- 处理
useState
,useEffect
等 hooks。 - 返回 JSX (React Elements)。
- 然后调用
reconcileChildren
来 diff 子节点。
ClassComponent
: 实例化组件,调用UNSAFE_componentWillMount
(如果存在),执行render()
方法,然后reconcileChildren
。HostComponent
(<div>
,<span>
等): 它本身不需要做什么,直接reconcileChildren
。
reconcileChildren
(Diff 算法)
这是 beginWork
的精髓所在。它会根据新的子元素(JSX)和旧的子 Fiber 来生成新的 work-in-progress
子 Fiber,并打上副作用 Flag
。
单节点 Diff (
reconcileSingleElement
):- Key 和 Type 都相同: 复用旧 Fiber,只更新 props,标记为
Update
。 - Key 相同,Type 不同: 无法复用。将旧 Fiber 标记为
Deletion
,并创建一个全新的 Fiber。 - Key 不同: 同上,旧的删除,新的创建。
- Key 和 Type 都相同: 复用旧 Fiber,只更新 props,标记为
多节点 Diff (
reconcileChildrenArray
): 这是最复杂的部分,React 采用了一个高效的两轮遍历策略来最小化 DOM 操作。- 第一轮: 从头开始同步遍历新旧子节点数组。如果
key
和type
都匹配,则复用并继续。一旦遇到不匹配的节点,立即跳出循环。 - 第二轮:
- 将剩余的旧子节点放入一个以
key
为索引的 Map 中,方便快速查找。 - 继续遍历剩余的新子节点数组。
- 对于每个新节点,尝试用它的
key
去 Map 中查找可复用的旧节点。 - 找到了: 复用旧节点,并将其从 Map 中移除。因为位置可能变了,所以给这个复用的 Fiber 打上
Placement
的Flag
。 - 没找到: 这是一个全新的节点,创建新的 Fiber,并打上
Placement
的Flag
。
- 将剩余的旧子节点放入一个以
- 收尾: 新数组遍历完后,Map 中还剩下的所有旧节点,都是在新 UI 中不存在的,将它们全部标记为
Deletion
。
- 第一轮: 从头开始同步遍历新旧子节点数组。如果
4. completeWork
(向上归并阶段)
当一个节点的所有子节点都处理完毕后,轮到它自己执行 completeWork
。此阶段的核心任务是创建 DOM 节点和构建副作用列表 (Effect List)。
- 创建/更新 DOM:
- 对于
HostComponent
,如果它是新创建的 (workInProgress.stateNode === null
),则调用createInstance
(document.createElement
) 创建真实 DOM 节点,并将其赋给stateNode
。 - 调用
appendInitialChildren
将其所有子 DOM 节点(此时已在子 Fiber 的completeWork
中创建好)追加到自己身上。 - 调用
finalizeInitialChildren
设置 DOM 属性和事件监听。
- 对于
- 构建 Effect List:
completeWork
会检查当前 Fiber 节点是否有Flag
。同时,它会合并其所有子节点已经形成的effect list
。最终,它会将子节点的effect list
和自身的effect
(如果存在)连接起来,形成一个更长的effect list
,并附加到return
父节点上。这个过程不断向上归并,最终在RootFiber
上形成一个包含了所有需要进行 DOM 操作的 Fiber 节点的单向链表。
当 workLoop
完成,回到 RootFiber
时,我们得到了一棵完整的 work-in-progress
树和一条完整的 effect list
。渲染阶段结束。
第三阶段:提交阶段 (Commit Phase) - 应用变更
此阶段负责将渲染阶段计算出的变更应用到真实的 DOM 上。此阶段是同步且不可中断的,以保证 UI 的一致性。
commitRoot
函数会按顺序执行三个子阶段:
1. Before Mutation (突变前)
- 遍历
effect list
,执行getSnapshotBeforeUpdate
生命周期方法。这使得我们可以在 DOM 实际变化前,从 DOM 中读取一些信息(如滚动位置)。 - 同步调用所有
useLayoutEffect
的销毁函数。
2. Mutation (突变)
- 再次遍历
effect list
,根据每个 Fiber 上的Flag
执行实际的 DOM 操作:Placement
: 调用parentNode.insertBefore()
或appendChild()
将新节点插入 DOM。Update
: 更新 DOM 节点的属性、样式或文本内容。Deletion
: 调用parentNode.removeChild()
将节点从 DOM 中移除。
3. Layout (布局后)
- 切换 Fiber 树:
FiberRootNode.current
指针从旧的current
树切换到刚刚完成的work-in-progress
树,后者正式成为新的current
树。 - 调用生命周期和 Hooks:
- 遍历
effect list
,同步调用componentDidMount
、componentDidUpdate
和useLayoutEffect
的创建函数。因为它们是同步的,所以可以安全地在其中执行 DOM 测量。 - 异步调度
useEffect
: React 会异步地调度一个新任务来执行所有useEffect
的创建函数。这确保了它们不会阻塞浏览器的绘制,从而提升用户感知的性能。
- 遍历
总结
React 18 的工作流程是一套设计精巧、高度优化的系统:
- 触发:
root.render()
或setState()
产生一个Update
。 - 调度:
scheduleUpdateOnFiber
为更新分配Lane
,并请求Scheduler
安排任务。 - 渲染 (Render Phase - 可中断):
beginWork
(向下): 通过diff
算法找出差异,生成work-in-progress
子节点并标记Flag
。completeWork
(向上): 创建 DOM 节点(在内存中),并构建包含所有Flag
节点的effect list
。
- 提交 (Commit Phase - 不可中断):
- Before Mutation: 执行
getSnapshotBeforeUpdate
。 - Mutation: 遍历
effect list
,执行 DOM 操作。 - Layout: 切换 Fiber 树,同步执行
useLayoutEffect
,异步调度useEffect
。
- Before Mutation: 执行
通过这套机制,特别是可中断的渲染阶段和精细的 Lane 优先级模型,React 18 能够在执行繁重的渲染任务时,依然能优先响应用户的交互,从而实现真正的并发用户体验。