庖丁解牛，React 框架 Fiber 架构初探

2024-02-13 20:33:20

React 的 Fiber 架构：重新定义前端性能

在前端开发领域，React 已经成为最受欢迎的 JavaScript 库之一。它以其组件化、虚拟 DOM 和高效的渲染机制而闻名。然而，随着应用规模的不断扩大和用户交互的日益复杂，React 的性能也面临着新的挑战。为了解决这些挑战，React 团队引入了 Fiber 架构，这是一种全新的渲染引擎，旨在提高 React 应用的性能、灵活性和可扩展性。

Fiber 架构的核心思想是将渲染过程分解成更小的任务，并使用一种称为“协作式调度”的机制来管理这些任务的执行。这意味着 React 可以将渲染工作分解成多个时间片，并在每个时间片内执行一部分渲染任务。这样，React 就能够避免长时间阻塞主线程，从而提高应用的响应速度和用户体验。

Fiber 架构的优势体现在多个方面。首先，它可以显著提高 React 应用的性能。通过将渲染工作分解成更小的任务，Fiber 架构可以减少主线程的阻塞时间，从而提高应用的渲染速度和响应速度。其次，Fiber 架构可以提高 React 应用的灵活性和可扩展性。通过使用协作式调度机制，Fiber 架构可以更加灵活地管理渲染任务的执行，例如可以根据任务的优先级来调度任务，或者可以暂停和恢复任务的执行。这使得 React 能够更好地适应不同场景下的需求。

为了更好地理解 Fiber 架构的原理，我们可以将其与传统的 React 渲染机制进行对比。在传统的 React 渲染机制中，当组件的状态发生变化时，React 会重新渲染整个组件树。这会导致大量的计算和 DOM 操作，从而降低应用的性能。而在 Fiber 架构中，React 会将组件树分解成多个 Fiber 节点，每个 Fiber 节点代表一个组件或 DOM 元素。当组件的状态发生变化时，React 只会重新渲染受影响的 Fiber 节点，而不会重新渲染整个组件树。这可以显著减少计算和 DOM 操作的数量，从而提高应用的性能。

Fiber 架构的另一个重要特性是协作式调度。协作式调度是指 React 可以将渲染工作分解成多个时间片，并在每个时间片内执行一部分渲染任务。这样，React 就能够避免长时间阻塞主线程，从而提高应用的响应速度和用户体验。协作式调度机制的核心是一个称为“Scheduler”的模块，它负责管理渲染任务的执行顺序和时间片分配。

Fiber 架构的引入对 React 生态系统产生了深远的影响。它不仅提高了 React 应用的性能，还为 React 的未来发展奠定了基础。例如，React 的 Hooks 特性就是基于 Fiber 架构实现的。Hooks 允许开发者在函数组件中使用状态和生命周期方法，这极大地简化了函数组件的编写。

编写一个简单的 React 框架

为了更深入地理解 Fiber 架构的原理，我们可以尝试编写一个简单的类 React 框架。这个框架将包含以下几个主要组件：

createElement 函数： 用于将 JSX 转换成虚拟 DOM（JavaScript 对象）。
reconciler 函数： 用于将虚拟 DOM 与真实 DOM 进行比较，并更新真实 DOM。
Scheduler： 用于管理渲染任务的执行顺序和时间片分配。

createElement 函数

createElement 函数是 React 框架的核心函数之一，它用于将 JSX 转换成虚拟 DOM。虚拟 DOM 是一个 JavaScript 对象，它表示 DOM 的结构。React 通过比较虚拟 DOM 和真实 DOM，来决定哪些部分需要更新。

function createElement(type, props, ...children) {
  return {
    type,
    props: {
      ...props,
      children: children.map(child =>
        typeof child === 'object'
          ? child
          : createTextNode(child)
      ),
    },
  };
}

function createTextNode(text) {
  return {
    type: 'TEXT_ELEMENT',
    props: {
      nodeValue: text,
      children: [],
    },
  };
}

reconciler 函数

reconciler 函数是 React 框架的另一个核心函数，它用于将虚拟 DOM 与真实 DOM 进行比较，并更新真实 DOM。reconciler 函数会遍历虚拟 DOM 树，并与真实 DOM 树进行比较。如果发现虚拟 DOM 树和真实 DOM 树之间存在差异，则 reconciler 函数会更新真实 DOM 树，以使其与虚拟 DOM 树保持一致。

function render(element, container) {
  const dom =
    element.type === 'TEXT_ELEMENT'
      ? document.createTextNode('')
      : document.createElement(element.type);

  const isProperty = key => key !== 'children';
  Object.keys(element.props)
    .filter(isProperty)
    .forEach(name => {
      dom[name] = element.props[name];
    });

  element.props.children.forEach(child =>
    render(child, dom)
  );

  container.appendChild(dom);
}

Scheduler

Scheduler 是 Fiber 架构的核心组件之一，它负责管理渲染任务的执行顺序和时间片分配。Scheduler 使用一个优先级队列来存储渲染任务，并根据任务的优先级来调度任务的执行。

// Scheduler 的简化实现
const tasks = [];
let currentTask = null;
let deadline = 0;

function scheduleCallback(callback, priority) {
  tasks.push({ callback, priority });
  requestIdleCallback(workLoop);
}

function workLoop(deadline) {
  deadline = deadline;
  while (currentTask || (currentTask = getNextTask())) {
    const didYield = currentTask.callback(deadline);
    if (didYield) {
      break;
    }
    currentTask = null;
  }
  requestIdleCallback(workLoop);
}

function getNextTask() {
  return tasks.shift();
}

常见问题

1. Fiber 架构是如何提高 React 应用性能的？

Fiber 架构通过将渲染工作分解成更小的任务，并使用协作式调度机制来管理这些任务的执行，从而减少主线程的阻塞时间，提高应用的渲染速度和响应速度。

2. 协作式调度是如何工作的？

协作式调度是指 React 可以将渲染工作分解成多个时间片，并在每个时间片内执行一部分渲染任务。这样，React 就能够避免长时间阻塞主线程，从而提高应用的响应速度和用户体验。

3. Fiber 架构与传统的 React 渲染机制有什么区别？

在传统的 React 渲染机制中，当组件的状态发生变化时，React 会重新渲染整个组件树。而在 Fiber 架构中，React 会将组件树分解成多个 Fiber 节点，每个 Fiber 节点代表一个组件或 DOM 元素。当组件的状态发生变化时，React 只会重新渲染受影响的 Fiber 节点，而不会重新渲染整个组件树。

4. Fiber 架构对 React 生态系统有什么影响？

Fiber 架构的引入对 React 生态系统产生了深远的影响。它不仅提高了 React 应用的性能，还为 React 的未来发展奠定了基础。例如，React 的 Hooks 特性就是基于 Fiber 架构实现的。

5. 如何学习 Fiber 架构？

学习 Fiber 架构可以通过阅读 React 官方文档、学习相关的开源项目和实践编写简单的类 React 框架等方式进行.