Reconciler 是什么

Reconciler 是 React 核心邏輯所在的模塊，中文名叫協(xié)調(diào)器。

Reconciler 架構(gòu)介紹

在React中，Reconciler?（協(xié)調(diào)器）是負(fù)責(zé)管理虛擬DOM樹更新的關(guān)鍵部分。當(dāng)組件狀態(tài)或?qū)傩园l(fā)生更改時，Reconciler的任務(wù)是確定如何有效地更新DOM來反映這些更改。這個過程通常被稱為 "協(xié)調(diào)"（Reconciliation）。

Reconciler?的核心思想是通過將新的虛擬DOM樹與舊的虛擬DOM樹進(jìn)行比較，找出需要實際更新的部分，然后最小化實際DOM操作的數(shù)量。這個過程被稱為"diffing"算法。

傳統(tǒng)庫與現(xiàn)代框架的工作原理

在傳統(tǒng)的庫（jQuery）工作原理（過程驅(qū)動）。

在傳統(tǒng)的前端開發(fā)中使用的jQuery?庫的工作原理主要是通過一個簡化和統(tǒng)一的API，使得開發(fā)者能夠更容易地操作DOM、處理事件、創(chuàng)建動畫以及發(fā)起AJAX請求等。而不是描述UI的狀態(tài)。所以jQuery的工作原理是過程驅(qū)動的。

現(xiàn)代的前端框架結(jié)構(gòu)與工作原理（狀態(tài)驅(qū)動）。

現(xiàn)代的前端框架結(jié)構(gòu)與工作原理

• 在現(xiàn)代的前端框架中，開發(fā)者使用描述UI的方法（template或JSX）來定義組件和它們之間的關(guān)系。
• 運(yùn)行時核心模塊根據(jù)描述的UI，管理組件的創(chuàng)建、更新和銷毀，處理數(shù)據(jù)狀態(tài)變更，并通過虛擬DOM或響應(yīng)式系統(tǒng)來優(yōu)化UI更新性能。
• 當(dāng)需要與宿主環(huán)境交互時（如操作DOM、處理事件或發(fā)起網(wǎng)絡(luò)請求），運(yùn)行時核心模塊會調(diào)用宿主環(huán)境API。前端框架通常會封裝這些API，提供統(tǒng)一的跨平臺接口。

AOT預(yù)編譯 與 JIT即時編譯

現(xiàn)代框架都需要“編譯”這一步驟，用于：

• 將“框架中描述的UI”轉(zhuǎn)換為宿主環(huán)境可識別的代碼。
• 代碼轉(zhuǎn)化，比如將ts編譯成js，實現(xiàn)polyfill等。
• 執(zhí)行一些編譯時優(yōu)化。

“編譯”可以選擇兩個時機(jī)執(zhí)行：

• 代碼在構(gòu)建時，被稱為 AOT（Ahead Of Time，提前編譯或預(yù)編譯），宿主環(huán)境獲得是編譯后的代碼。
• 代碼在宿主環(huán)境執(zhí)行時，被稱為 JIT（Just In Time，即時編譯），代碼在宿主環(huán)境中編譯并執(zhí)行。

大部分采用模板語法描述UI的前端框架都會進(jìn)行AOT優(yōu)化，例如：Vue3、Angular、Svelte。

其本質(zhì)原因在于模板語法時固定的，固定意味著“可分析”，“可分析”意味著在編譯時可以標(biāo)記模板語法中的靜態(tài)部分（不變的部分）與動態(tài)部分（包含自變量、可變的部分）。

但采用JSX語法描述UI的前端框架很難從 AOT中受益，因為JSX是ES的語法糖，ES語句的靈活性使其很難進(jìn)行靜態(tài)分析。

拓展 那么Template語法是如何從中受益的呢？

1. 解析：將模板字符串解析成抽象語法樹（AST）。AST是一種樹形結(jié)構(gòu)，用于表示模板中的元素、屬性、文本節(jié)點等。
2. 優(yōu)化：遍歷AST，對其中的靜態(tài)內(nèi)容（如純文本節(jié)點、靜態(tài)屬性等）進(jìn)行標(biāo)記。這些標(biāo)記在后續(xù)的渲染過程中有助于避免不必要的計算和更新，從而提高性能。
3. 代碼生成：將優(yōu)化后的AST轉(zhuǎn)換成可執(zhí)行的JavaScript代碼。這通常包括生成渲染函數(shù)（render function）和虛擬DOM節(jié)點。渲染函數(shù)用于創(chuàng)建和更新實際的DOM結(jié)構(gòu)。

模板語法由于在構(gòu)建時已經(jīng)被編譯成可執(zhí)行的JavaScript代碼，運(yùn)行時無需再進(jìn)行解析和編譯，從而減少了性能開銷。

ReactElement 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的不足

回歸主題，根據(jù)前面的學(xué)習(xí)，我們知道了 JSX 方法執(zhí)行后會返回一個新的 React 元素（ReactElement）。React 元素是一個輕量級的對象，描述了要渲染的 UI 組件的類型（type）、屬性（props），和子元素（children）等信息。

這里可以給自己個問題，如果ReactElement?作為reconciler核心模塊操作的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，會存在哪些問題：

• 無法表達(dá)ReactElement節(jié)點與另一個ReactElement節(jié)點之間的關(guān)系（因為它只記錄了自身的數(shù)據(jù)，比如組件的類型、屬性和子元素等），一般把ReactElement稱為React的數(shù)據(jù)存儲單元。
• 字段有限，不好拓展（比如：無法表達(dá)狀態(tài)）。

從下圖中可以看到，ReactELement這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)很有限，在節(jié)點屬性關(guān)聯(lián)方面也只有 children，并沒有保存兄弟節(jié)點以及父節(jié)點之間的關(guān)系：

當(dāng)然在React 16版本之前，React 使用的是名為Stack Reconciler的舊調(diào)和算法。Stack Reconciler 的核心是遞歸遍歷組件樹，把數(shù)據(jù)保存在遞歸調(diào)用棧中。它使用的深層遞歸遍歷方法。

但是使用遞歸遍歷組件樹時，會導(dǎo)致一些問題：

• 阻塞主線程：在 JavaScript 中，遞歸調(diào)用可能會阻塞主線程，因為 JavaScript 是單線程的。如果組件樹很大或者更新很頻繁，遞歸調(diào)用可能會導(dǎo)致 UI 變得不流暢，影響用戶體驗。
• 沒有優(yōu)先級調(diào)度：Stack Reconciler 無法對不同的更新任務(wù)進(jìn)行優(yōu)先級調(diào)度，所有的更新任務(wù)都會被視為相同的優(yōu)先級。這意味著對于高優(yōu)先級的任務(wù)（如動畫或用戶交互），React 無法優(yōu)先處理，從而可能導(dǎo)致性能下降。

為了解決這些問題，React 引入了 Fiber Reconciler?。Fiber Reconciler? 使用了一種名為 "Fiber" 的新數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來表示組件樹。

它的特點：

• 介于ReactElement與真實UI節(jié)點之間。
• 能夠表達(dá)節(jié)點之間的關(guān)系。
• 方便拓展，不僅作為數(shù)據(jù)存儲單元，也能作為工作單元。

FiberNode 是虛擬DOM在React中的實現(xiàn)。

FiberNode Tree的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖所示：

FiberNode 上有很多屬性，包括和自身相關(guān)的屬性 ref，節(jié)點之間的關(guān)系 return、silbing還有工作單元上的屬性，比如 pendingProps等等，后面會詳細(xì)介紹。

Fiber出現(xiàn)的意義

Fiber最主要的兩層含義：

1. 作為靜態(tài)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來說，每個Fiber節(jié)點對應(yīng)一個React element，保存了該組件的類型（函數(shù)組件/類組件/原生組件...）、對應(yīng)的DOM節(jié)點等信息。
2. 作為動態(tài)的工作單元來說，每個Fiber節(jié)點保存了本次更新中該組件改變的狀態(tài)、要執(zhí)行的工作（需要被刪除/被插入頁面中/被更新...）。

Fiber的出現(xiàn)也為React帶來了很多意義：

從優(yōu)化層面來說，F(xiàn)iber是一種新的調(diào)和算法（reconciliation algorithm）。

1. 增量渲染：在早期的 React 版本（Stack Reconciler）中，當(dāng)有組件更新時，React 會一次性完成整個組件樹的調(diào)和過程。這會導(dǎo)致長時間的 JavaScript 執(zhí)行阻塞，從而影響用戶界面的響應(yīng)性。Fiber 引入了增量渲染的概念，允許將調(diào)和過程分成多個小任務(wù)，這些任務(wù)可以在瀏覽器的空閑時間內(nèi)執(zhí)行。這樣，即使在復(fù)雜的應(yīng)用程序中，React 也能實現(xiàn)更平滑的用戶界面更新。
2. 任務(wù)調(diào)度：Fiber 引入了任務(wù)優(yōu)先級的概念，使得 React 可以根據(jù)任務(wù)的優(yōu)先級來調(diào)度它們的執(zhí)行。這意味著較高優(yōu)先級的任務(wù)（如用戶交互事件）可以打斷較低優(yōu)先級的任務(wù)（如數(shù)據(jù)加載），從而實現(xiàn)更靈活的任務(wù)調(diào)度。這有助于提高應(yīng)用程序的響應(yīng)性和性能。

這兩個概念會在后面的章節(jié)詳細(xì)講解。

Fiber是什么？

Fiber是React的最小的工作單元。在React的世界中，一切都可以是組件。在普通的HTML頁面上，開發(fā)者們可以將多個DOM元素整合在一起組成一個組件。

普通的DOM元素（HostComponent）可以是組件，普通的文本節(jié)點（HostText）也可以是組件。還有通過ReactDom.render方法創(chuàng)建的根元素（RootElement）也可以是組件，還有經(jīng)常在React中使用的函數(shù)組件（FunctionComponent）。

在React源碼中，每個FiberNode都有一個WorkTag屬性，用于標(biāo)識當(dāng)前節(jié)點的類型。

// pagkages/react-reconciler/src/ReactWorkTags.ts
export type WorkTag =
 | typeof FunctionComponent
 | typeof ClassComponent
 | typeof HostRoot
 | typeof HostComponent
 | typeof HostText
 | typeof Fragment;

export const FunctionComponent = 0;
export const ClassComponent = 1;
export const HostRoot = 3; // 通過ReactDom.render()產(chǎn)生的根元素

export const HostComponent = 5; // dom元素 比如 <div></div>
export const HostText = 6; // 文本類型 比如：<div>123</div>
export const Fragment = 7; // <Fragment />

ReactWorkTags.ts文件中定義了所有可能的節(jié)點類型，每個類型都應(yīng)一個number類型的值。

這樣做的好處是可以通過比較兩個節(jié)點的 WorkTag 屬性來判斷它們是否是同一類型的節(jié)點，而不需要通過字符串比較等方式，這樣可以提高比較的效率，也可以減少出錯的可能性。

每一個組件都對應(yīng)著一個FiberNode?，許多個FiberNode?互相嵌套、關(guān)聯(lián)就組成了FiberNode Tree?。正如下面表示的FiberNode Tree和DOM樹的關(guān)系一樣：

Fiber樹                    DOM樹

   div#root                  div#root
      |                         |
    <App/>                     div
      |                       /   \
     div                     p     a
    /   ↖
   /      ↖
  p ----> <Child/>
             |
             a

一個DOM節(jié)點一定對應(yīng)著一個FiberNode，但每一個Fiber節(jié)點缺不一定有對應(yīng)的DOM節(jié)點。

因為React支持不同類型的組件，因此每個FiberNode并不一定具有對應(yīng)的DOM節(jié)點。

• 函數(shù)組件：函數(shù)組件是一個簡單的函數(shù)，它接收屬性（props）并返回JSX。這個JSX可能包含DOM節(jié)點，但這個DOM節(jié)點并不是真實的DOM節(jié)點，而是當(dāng)React渲染組件時，它會將函數(shù)組件返回的JSX轉(zhuǎn)換成真實的DOM節(jié)點。所以函數(shù)組件本身并不會直接映射到一個DOM節(jié)點。
• Fragment：React Fragment是一種特殊的組件，用于在不添加額外DOM節(jié)點的情況下返回多個子元素。當(dāng)遍歷組件樹時，React會將Fragment的子元素視為直接子元素，而不會為Fragment本身創(chuàng)建DOM節(jié)點。
• 還有很多，不一一舉例了。

Fiber工作單元的結(jié)構(gòu)

Fiber作為工作單元，它有很多屬性：

• Fiber實例屬性： tag、key、type、stateNode等。
• 與其它節(jié)點關(guān)系的鏈表屬性：return、child、sibling、index。
• Ref相關(guān)的屬性：ref。
• Fiber更新相關(guān)的屬性：pendingProps、memoizedProps、memoizedState、updateQueue、alternate。
• Fiber Effect：flags、subtreeFlags、deletions。

// pagkages/react-reconciler/src/ReactFiber.js
function FiberNode(
  tag: WorkTag,
  pendingProps: mixed,
  key: null | string,
) {
  // Instance
  this.tag = tag;
  this.key = key;
  this.type = null; // fiber對應(yīng)的DOM元素的標(biāo)簽類型，div、p...
  this.stateNode = null; // fiber的實例，類組件場景下，是組件的類，HostComponent場景，是dom元素

  this.ref = null; // ref相關(guān)

  // Fiber 除了有自身實例上的屬性，還需要有表示和其它節(jié)點的關(guān)系
  this.return = null; // 指向父級fiber
  this.child = null; // 指向子fiber
  this.sibling = null; // 同級兄弟fiber
  this.index = 0;

  // 作為工作單元與Fiber更新相關(guān)
  this.pendingProps = pendingProps; // 剛開始工作階段的 props
  this.memoizedProps = null; // 工作結(jié)束時確定下來的 props
  this.memoizedState = null; // 更新完成后的新 state
  this.updateQueue = null;  // Fiber產(chǎn)生的更新操作都會放在更新隊列中

  // Effects
  this.flags = NoFlags; // 比如插入 更改 刪除dom等）初始狀態(tài)時表示沒有任何標(biāo)記（因為還沒進(jìn)行fiberNode對比）
  this.subtreeFlags = NoFlags; // 子節(jié)點副作用標(biāo)識
  this.deletions = null; // 用于存放被刪除的子節(jié)點

  /*
  * 可以看成是workInProgress（或current）樹中的和它一樣的節(jié)點，
  * 可以通過這個字段是否為null判斷當(dāng)前這個fiber處在更新還是創(chuàng)建過程
  * */
  this.alternate = null; // 用于 current Fiber樹和 workInProgress Fiber樹的切換（如果當(dāng)時fiberNode樹是current樹，則alternate指向的是workInProgress樹）
}

這里Fiber節(jié)點的屬性沒有寫完全，可以去react源碼里看，地址在代碼塊首行。

雖然屬性很多，但可以按三層含義將它們分類來看：

作為架構(gòu)來說

每個Fiber節(jié)點有個對應(yīng)的React element，多個Fiber節(jié)點是如何連接形成樹呢？靠如下三個屬性：

// 指向父級Fiber節(jié)點
this.return = null;
// 指向子Fiber節(jié)點
this.child = null;
// 指向右邊第一個兄弟Fiber節(jié)點
this.sibling = null;

舉個例子，比如下面的組件結(jié)構(gòu)：

function App() {
  return (
    <div>
      i am
      <span>時光屋小豪</span>
      <span>fighting</span>
    </div>
  )
}

對應(yīng)的FiberNode Tree結(jié)構(gòu)：

作為靜態(tài)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

作為靜態(tài)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，需要保存組件的相關(guān)的信息：

// Fiber對應(yīng)組件的類型 Function/Class/Host...
this.tag = tag;
// key屬性
this.key = key;
// 大部分情況同type，某些情況不同，比如FunctionComponent使用React.memo包裹
this.elementType = null;
// 對于 FunctionComponent，指函數(shù)本身，對于ClassComponent，指class，對于HostComponent，指DOM節(jié)點tagName
this.type = null;
// Fiber對應(yīng)的真實DOM節(jié)點
this.stateNode = null;

作為動態(tài)的工作單元

作為動態(tài)的工作單元，F(xiàn)iber中如下參數(shù)保存了本次更新相關(guān)的信息，會在后續(xù)的更新流程章節(jié)中使用到具體屬性時再詳細(xì)介紹。

// 保存本次更新造成的狀態(tài)改變相關(guān)信息
this.pendingProps = pendingProps;
this.memoizedProps = null;
this.updateQueue = null;
this.memoizedState = null;
this.dependencies = null;

this.mode = mode;

// 保存本次更新會造成的DOM操作
this.effectTag = NoEffect;
this.nextEffect = null;

this.firstEffect = null;
this.lastEffect = null;

如下兩個字段保存調(diào)度優(yōu)先級相關(guān)的信息，會在講解Scheduler時介紹。

// 調(diào)度優(yōu)先級相關(guān)
this.lanes = NoLanes;
this.childLanes = NoLanes;

總結(jié)

在本節(jié)我們對Reconciler的架構(gòu)有了大概的認(rèn)知，了解了傳統(tǒng)的庫與現(xiàn)代框架的工作原理，也掌握了預(yù)編譯和即時編譯的區(qū)別，以及它們在現(xiàn)代框架中的應(yīng)用。

在上一節(jié)中，我們實現(xiàn)了JSX的轉(zhuǎn)換，知道了React Element這種數(shù)據(jù)，但是它也有一定的缺陷，為了解決這個缺陷，React 引入了Fiber架構(gòu)，介紹了Fiber出現(xiàn)的意義，以及它的結(jié)構(gòu)是什么樣的，通過FiberNode組成的FiberNode Tree的結(jié)構(gòu)。

下一節(jié)主要介紹Fiber作為Reconciler核心模塊的工作單元，是如何創(chuàng)建及更新DOM的。