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前端物语
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积微成著

react diff 原理

概念

调和函数(源码)是在fiber树构(对比更新)过程中对旧fiber节点与新reactElement进行比较, 判定旧fiber节点是否可以复用的一个比较函数.

调和函数仅是fiber树构造过程中的一个环节, 所以在深入理解这个函数之前, 建议对fiber树构造有一个宏观的理解(可以参考前文 fiber 树构造(初次创建), fiber 树构造(对比更新), 本节重点探讨其算法的实现细节.

它的主要作用:

  1. 给新增,移动,和删除节点设置fiber.flags(新增, 移动: Placement, 删除: Deletion)
  2. 如果是需要删除的fiber, 除了自身打上Deletion之外, 还要将其添加到父节点的effects链表中(正常副作用队列的处理是在completeWork函数, 但是该节点(被删除)会脱离fiber树, 不会再进入completeWork阶段, 所以在beginWork阶段提前加入副作用队列).

特性

算法复杂度低, 从上至下比较整个树形结构, 时间复杂度被缩短到 O(n)

基本原理

  1. 比较对象: fiber对象与ReactElement对象相比较.
    • 注意: 此处有一个误区, 并不是两棵 fiber 树相比较, 而是旧fiber对象与新ReactElement对象向比较, 结果生成新的fiber子节点.
    • 可以理解为输入ReactElement, 经过reconcileChildren()之后, 输出fiber.
  2. 比较方案:
    • 单节点比较
    • 可迭代节点比较

单节点比较

单节点的逻辑比较简明, 先直接看源码:

1// 只保留主干逻辑
2function reconcileSingleElement(
3  returnFiber: Fiber,
4  currentFirstChild: Fiber | null,
5  element: ReactElement,
6  lanes: Lanes
7): Fiber {
8  const key = element.key;
9  let child = currentFirstChild;
10
11  while (child !== null) {
12    // currentFirstChild !== null, 表明是对比更新阶段
13    if (child.key === key) {
14      // 1. key相同, 进一步判断 child.elementType === element.type
15      switch (child.tag) {
16        // 只看核心逻辑
17        default: {
18          if (child.elementType === element.type) {
19            // 1.1 已经匹配上了, 如果有兄弟节点, 需要给兄弟节点打上Deletion标记
20            deleteRemainingChildren(returnFiber, child.sibling);
21            // 1.2 构造fiber节点, 新的fiber对象会复用current.stateNode, 即可复用DOM对象
22            const existing = useFiber(child, element.props);
23            existing.ref = coerceRef(returnFiber, child, element);
24            existing.return = returnFiber;
25            return existing;
26          }
27          break;
28        }
29      }
30      // Didn't match. 给当前节点点打上Deletion标记
31      deleteRemainingChildren(returnFiber, child);
32      break;
33    } else {
34      // 2. key不相同, 匹配失败, 给当前节点打上Deletion标记
35      deleteChild(returnFiber, child);
36    }
37    child = child.sibling;
38  }
39
40  {
41    // ...省略部分代码, 只看核心逻辑
42  }
43
44  // 新建节点
45  const created = createFiberFromElement(element, returnFiber.mode, lanes);
46  created.ref = coerceRef(returnFiber, currentFirstChild, element);
47  created.return = returnFiber;
48  return created;
49}
  1. 如果是新增节点, 直接新建 fiber, 没有多余的逻辑
  2. 如果是对比更新
    • 如果key和type都相同(即: ReactElement.key === Fiber.key 且 Fiber.elementType === ReactElement.type), 则复用
    • 否则新建

注意: 复用过程是调用useFiber(child, element.props)创建新的fiber对象, 这个新fiber对象.stateNode = currentFirstChild.stateNode, 即stateNode属性得到了复用, 故 DOM 节点得到了复用.

可迭代节点比较(数组类型, [Symbol.iterator]=fn,[@@iterator]=fn)

可迭代节点比较, 在源码中被分为了 2 个部分:

1function reconcileChildFibers(
2  returnFiber: Fiber,
3  currentFirstChild: Fiber | null,
4  newChild: any,
5  lanes: Lanes
6): Fiber | null {
7  if (isArray(newChild)) {
8    return reconcileChildrenArray(returnFiber, currentFirstChild, newChild, lanes);
9  }
10  if (getIteratorFn(newChild)) {
11    return reconcileChildrenIterator(returnFiber, currentFirstChild, newChild, lanes);
12  }
13}

其中reconcileChildrenArray函数(针对数组类型)和reconcileChildrenIterator(针对可迭代类型)的核心逻辑几乎一致, 下文将分析reconcileChildrenArray()函数. 如果是新增节点, 所有的比较逻辑都无法命中, 只有对比更新过程, 才有实际作用, 所以下文重点分析对比更新的情况.

1function reconcileChildrenArray(
2  returnFiber: Fiber,
3  currentFirstChild: Fiber | null,
4  newChildren: Array<*>,
5  lanes: Lanes
6): Fiber | null {
7  let resultingFirstChild: Fiber | null = null;
8  let previousNewFiber: Fiber | null = null;
9
10  let oldFiber = currentFirstChild;
11  let lastPlacedIndex = 0;
12  let newIdx = 0;
13  let nextOldFiber = null;
14  // 1. 第一次循环: 遍历最长公共序列(key相同), 公共序列的节点都视为可复用
15  for (; oldFiber !== null && newIdx < newChildren.length; newIdx++) {
16    // 后文分析
17  }
18
19  if (newIdx === newChildren.length) {
20    // 如果newChildren序列被遍历完, 那么oldFiber序列中剩余节点都视为删除(打上Deletion标记)
21    deleteRemainingChildren(returnFiber, oldFiber);
22    return resultingFirstChild;
23  }
24
25  if (oldFiber === null) {
26    // 如果oldFiber序列被遍历完, 那么newChildren序列中剩余节点都视为新增(打上Placement标记)
27    for (; newIdx < newChildren.length; newIdx++) {
28      // 后文分析
29    }
30    return resultingFirstChild;
31  }
32
33  // ==================分割线==================
34  const existingChildren = mapRemainingChildren(returnFiber, oldFiber);
35
36  // 2. 第二次循环: 遍历剩余非公共序列, 优先复用oldFiber序列中的节点
37  for (; newIdx < newChildren.length; newIdx++) {}
38
39  if (shouldTrackSideEffects) {
40    // newChildren已经遍历完, 那么oldFiber序列中剩余节点都视为删除(打上Deletion标记)
41    existingChildren.forEach((child) => deleteChild(returnFiber, child));
42  }
43
44  return resultingFirstChild;
45}

reconcileChildrenArray函数源码看似很长, 梳理其主干之后, 其实非常清晰.

通过形参, 首先明确比较对象是currentFirstChild: Fiber | null和newChildren: Array<*>:

  • currentFirstChild: 是一个fiber节点, 通过fiber.sibling可以将兄弟节点全部遍历出来. 所以可以将currentFirstChild理解为链表头部, 它代表一个序列, 源码中被记为oldFiber.
  • newChildren: 是一个数组, 其中包含了若干个ReactElement对象. 所以newChildren也代表一个序列.

所以reconcileChildrenArray实际就是 2 个序列之间的比较(链表oldFiber和数组newChildren), 最后返回合理的fiber序列.

上述代码中, 以注释分割线为界限, 整个核心逻辑分为 2 步骤:

  1. 第一次循环: 遍历最长公共序列(key 相同), 公共序列的节点都视为可复用
    • 如果newChildren序列被遍历完, 那么oldFiber序列中剩余节点都视为删除(打上Deletion标记)
    • 如果oldFiber序列被遍历完, 那么newChildren序列中剩余节点都视为新增(打上Placement标记)
  2. 第二次循环: 遍历剩余非公共序列, 优先复用 oldFiber 序列中的节点
    • 在对比更新阶段(非初次创建fiber, 此时shouldTrackSideEffects被设置为 true). 第二次循环遍历完成之后, oldFiber序列中没有匹配上的节点都视为删除(打上Deletion标记)

假设有如下图所示 2 个初始化序列:

接下来第一次循环, 会遍历公共序列A,B, 生成的 fiber 节点fiber(A), fiber(B)可以复用.

最后第二次循环, 会遍历剩余序列E,C,X,Y:

  • 生成的 fiber 节点fiber(E), fiber(C)可以复用. 其中fiber(C)节点发生了位移(打上Placement标记).
  • fiber(X), fiber(Y)是新增(打上Placement标记).
  • 同时oldFiber序列中的fiber(D)节点确定被删除(打上Deletion标记).

整个主干逻辑就介绍完了, 接下来贴上完整源码

第一次循环

1// 1. 第一次循环: 遍历最长公共序列(key相同), 公共序列的节点都视为可复用
2for (; oldFiber !== null && newIdx < newChildren.length; newIdx++) {
3  if (oldFiber.index > newIdx) {
4    nextOldFiber = oldFiber
5    oldFiber = null
6  }
7  else {
8    nextOldFiber = oldFiber.sibling
9  }
10  // new槽位和old槽位进行比较, 如果key不同, 返回null
11  // key相同, 比较type是否一致. type一致则执行useFiber(update逻辑), type不一致则运行createXXX(insert逻辑)
12  const newFiber = updateSlot(returnFiber, oldFiber, newChildren[newIdx], lanes)
13
14  if (newFiber === null) {
15    // 如果返回null, 表明key不同. 无法满足公共序列条件, 退出循环
16    if (oldFiber === null)
17      oldFiber = nextOldFiber
18
19    break
20  }
21  if (shouldTrackSideEffects) {
22    // 若是新增节点, 则给老节点打上Deletion标记
23    if (oldFiber && newFiber.alternate === null)
24      deleteChild(returnFiber, oldFiber)
25  }
26
27  // lastPlacedIndex 记录被移动的节点索引
28  // 如果当前节点可复用, 则要判断位置是否移动.
29  lastPlacedIndex = placeChild(newFiber, lastPlacedIndex, newIdx)
30
31  // 更新resultingFirstChild结果序列
32  if (previousNewFiber === null)
33    resultingFirstChild = newFiber
34  else
35    previousNewFiber.sibling = newFiber
36
37  previousNewFiber = newFiber
38  oldFiber = nextOldFiber
39}

第二次循环

1// 1. 将第一次循环后, oldFiber剩余序列加入到一个map中. 目的是为了第二次循环能顺利的找到可复用节点
2const existingChildren = mapRemainingChildren(returnFiber, oldFiber)
3
4// 2. 第二次循环: 遍历剩余非公共序列, 优先复用oldFiber序列中的节点
5for (; newIdx < newChildren.length; newIdx++) {
6  const newFiber = updateFromMap(existingChildren, returnFiber, newIdx, newChildren[newIdx], lanes)
7  if (newFiber !== null) {
8    if (shouldTrackSideEffects) {
9      if (newFiber.alternate !== null) {
10        // 如果newFiber是通过复用创建的, 则清理map中对应的老节点
11        existingChildren.delete(newFiber.key === null ? newIdx : newFiber.key)
12      }
13    }
14    lastPlacedIndex = placeChild(newFiber, lastPlacedIndex, newIdx)
15    // 更新resultingFirstChild结果序列
16    if (previousNewFiber === null)
17      resultingFirstChild = newFiber
18    else
19      previousNewFiber.sibling = newFiber
20
21    previousNewFiber = newFiber
22  }
23}
24// 3. 善后工作, 第二次循环完成之后, existingChildren中剩余的fiber节点就是将要被删除的节点, 打上Deletion标记
25if (shouldTrackSideEffects)
26  existingChildren.forEach(child => deleteChild(returnFiber, child))

结果

无论是单节点还是可迭代节点的比较, 最终的目的都是生成下级子节点. 并在reconcileChildren过程中, 给一些有副作用的节点(新增, 删除, 移动位置等)打上副作用标记, 等待 commit 阶段(参考 fiber 树渲染的处理.

总结

本节介绍了 React 源码中, fiber构造循环阶段用于生成下级子节点的reconcileChildren函数(函数中的算法被称为调和算法), 并演示了可迭代节点比较的图解示例. 该算法十分巧妙, 其核心逻辑把newChildren序列分为 2 步遍历, 先遍历公共序列, 再遍历非公共部分, 同时复用oldFiber序列中的节点.