React18从0实现dispatch update流程

时间:2023-02-03 sunnyhuang519626 人气:0

引言

本系列是讲述从0开始实现一个react18的基本版本。由于React源码通过Mono-repo 管理仓库，我们也是用pnpm提供的workspaces来管理我们的代码仓库，打包我们使用rollup进行打包。

上一节中我们讲解了update的过程中，begionWork和completeWork、commitWork的具体执行流程。本节主要是讲解

hooks是如何存放数据的，以及一些hooks的规则。
一次dispatch触发的更新整体流程，双缓存树的运用。

我们有如下代码，在初始化的时候执行useState和调用setNum的时候，是如何更新的。

function App() {
  const [num, setNum] = useState(100);
  window.setNum = setNum;
  return <div>{num}</div>;
}

hooks原理

基于useState我们来讲讲hook在初始化和更新阶段的区别。以及react是如何做到hook不能在条件语句和函数组件外部使用的。

在react中，对于同一个hook，在不同的环境都是有不同的集合区分，这样就可以做到基于不同的执行环境的不同判断。

首先有几个名词：

currentlyRenderingFiber: 记录当前正在执行的函数组件的fiberNode

workInProgressHook: 当前正在执行的hook

currentHook：更新的时候的数据来源

memoizedState: 对于fiberNode.memoizedState是存放hooks的指向。对于hook.memoizedState就是存放数据的地方。

hook的结构如下图：

useState初始化(mount)

我们知道当beginWork阶段的时候，对于函数组件，会执行renderWithHooks去生成当前对应的子fiberNode。我们首先来看看renderWithHooks的逻辑部分。

export function renderWithHooks(wip: FiberNode) {
  // 赋值操作
  currentlyRenderingFiber = wip;
  // 重置
  wip.memoizedState = null;
  const current = wip.alternate;
  if (current !== null) {
    // update
    currentDispatcher.current = HooksDispatcherOnUpdate;
  } else {
    // mount
    currentDispatcher.current = HooksDispatcherOnMount;
  }
  const Component = wip.type;
  const props = wip.pendingProps;
  const children = Component(props);
  // 重置操作
  currentlyRenderingFiber = null;
  workInProgressHook = null;
  currentHook = null;
  return children;
}

首先会将currentlyRenderingFiber赋值给当前的FC的fiberNode，然后重置掉memoizedState, 因为初始化的时候会生成，更新的时候会根据初始化的时候生成。

可以看到对于mount阶段，主要是执行HooksDispatcherOnMount, 他实际上是一个hook集合。我们主要看看mountState的逻辑处理。

const HooksDispatcherOnMount: Dispatcher = {
  useState: mountState,
};

mountState

对于第一次执行useState, 我们根据结果来推算这个函数的主要功能。useState需要返回2个值，第一个是state，第二个是可以引发更新的setState。所以mountState的主要功能：

根据传入的initialState生成新的state
返回dispatch，便于之后调用更新state

基于hook的结构图，我们知道每一个hook有三个属性, 所以我们首先要有一个函数去生成对应的hook的结构。

interface Hook {
  memoizedState: any;
  updateQueue: unknown;
  next: Hook | null;
}

mountWorkInProgressHook

mountWorkInProgressHook这个函数主要是构建hook的数据。分为2种情况，第一种是第一个hook, 第二种是不是第一个hook就需要通过next属性，将hook串联起来。

在这个函数中，我们就可以判断当前执行的hook，是否是在函数中执行的。如果是在函数中执行的话，在执行函数组件的时候，我们将currentlyRenderingFiber 赋值给了wip, 如果是直接调用的话，currentlyRenderingFiber则为null，我们就可以抛出错误。

/**
 * mount获取当前hook对应的数据
 */
function mountWorkInProgressHook(): Hook {
  const hook: Hook = {
    memoizedState: null,
    updateQueue: null,
    next: null,
  };
  if (workInProgressHook === null) {
    // mount时，第一个hook
    if (currentlyRenderingFiber === null) {
      throw new Error("请在函数组件内调用hook");
    } else {
      workInProgressHook = hook;
      currentlyRenderingFiber.memoizedState = workInProgressHook;
    }
  } else {
    // mount时，后续的hook
    workInProgressHook.next = hook;
    workInProgressHook = hook;
  }
  return workInProgressHook;
}

当第一次执行的时候，workInProgressHook的值为null, 说明是第一个hook执行。所以我们将赋值workInProgressHook正在执行的hook, 同时将FC fiberNode的memoizedState指向第一个hook。此时就生成了如下图的结构：

处理hook数据

通过mountWorkInProgressHook我们得到当前的hook结构后，需要处理memoizedState以及updateQueue的值。

function mountState<State>(
  initialState: (() => State) | State
): [State, Dispatch<State>] {
  // 找到当前useState对应的hook数据
  const hook = mountWorkInProgressHook();
  let memoizedState;
  if (initialState instanceof Function) {
    memoizedState = initialState();
  } else {
    memoizedState = initialState;
  }
  // useState是可以触发更新的
  const queue = createUpdateQueue<State>();
  hook.updateQueue = queue;
  hook.memoizedState = memoizedState;
  //@ts-ignore
  const dispatch = dispatchSetState.bind(null, currentlyRenderingFiber, queue);
  queue.dispatch = dispatch;
  return [memoizedState, dispatch];
}

从上面的代码中，我们可以看出memoizedState的处理很简单，就是通过传入的参数，进行赋值处理，重点在于如何生成dispatch

生成dispatch

因为触发dispatch的时候，react是要触发更新的，所以必然会和调度有关。

由于要触发更新，我们就需要创建触发更新的队列

执行createUpdateQueue() 生成更新队列。
将更新队列赋值给当前hook保存起来，方便之后update使用。
将生成的dispatch保存起来，方便之后update使用。

// useState是可以触发更新的
const queue = createUpdateQueue<State>();
hook.updateQueue = queue;
const dispatch = dispatchSetState.bind(null, currentlyRenderingFiber, queue);
queue.dispatch = dispatch;

主要是看如何生成dispatch的逻辑，通过调用dispatchSetState它接受三个参数，因为我们需要知道是从哪一个fiberNode开始调度的，所以当前的fiberNode是肯定看需要的。更新队列queue也是需要的，用于执行dispatch的时候触发更新。

function dispatchSetState<State>(
  fiber: FiberNode,
  updateQueue: UpdateQueue<State>,
  action: Action<State>
) {
  const update = createUpdate(action); // 1. 创建update
  enqueueUpdate(updateQueue, update); //  2. 将更新放入队列中
  scheduleUpdateOnFiber(fiber); // 3. 开始调度
}

所以我们每次执行setState的时候，等同于执行上面函数，但是我们只需要传递action就可以，前2个参数，已经通过bind绑定。

执行dispatch后，开始新一轮的调度，调和。

更新的总结

从上面的代码，我们可以看出我们首先是执行了createUpdateQueue, 然后执行了createUpdate, 然后enqueueUpdate。这里总结一下这些函数调用。

createUpdateQueue本质上就创建了一个对象，用于保存值

 return {
   shared: {
     pending: null,
   },
   dispatch: null,
 }

createUpdate就是也是返回一个对象。

return {
  action,
};

enqueueUpdate就是将createUpdateQueue的pending 赋值。

{
  updateQueue.shared.pending = update;
};

最后我们生成的单个hook结构如下图：

useState触发更新(dispatch)

当我们执行setNum(3)的时候，我们之前讲过相当于是执行了下面函数, 将传递3为action的值。

function dispatchSetState<State>(
  fiber: FiberNode,
  updateQueue: UpdateQueue<State>,
  action: Action<State>
) {
  const update = createUpdate(action);
  enqueueUpdate(updateQueue, update); 
  scheduleUpdateOnFiber(fiber); // 3. 开始调度
}

当再次执行到函数组件App的时候，会执行renderWithHooks如下的逻辑。将 currentDispatcher.current赋值给HooksDispatcherOnUpdate。

// 赋值操作
currentlyRenderingFiber = wip;
// 重置
wip.memoizedState = null;
const current = wip.alternate;
if (current !== null) {
  // update
  currentDispatcher.current = HooksDispatcherOnUpdate;
} else {
  // mount
  currentDispatcher.current = HooksDispatcherOnMount;
}

然后执行App函数，重新会调用useState

const [num, setNum] = useState(100);

updateState

在HooksDispatcherOnUpdate中，useState对应的是updateState。对比于mountState的话，updateState主要是：

hook的数据从哪里来
会有2种情况执行，交互阶段触发，render的时候触发

本节主要是分析交互阶段的触发的逻辑。

hook数据从哪里来

对比mountState中，我们可以通过新建hook数据结构。这个时候双缓存树的结构就可以解决，还记得我们之前的章节讲的react将正在渲染的和正在进行的分2个树,通过alternate进行链接。整体结构如下图：

还记得我们mount的时候说过，fiberNode.memoizedState的指向保存着hook的数据。

所以我们可以通过currentlyRenderingFiber?.alternate中的memoizedState去查找对应的hook数据。

updateWorkInProgressHook

更新阶段hook的数据获取是通过updateWorkInProgressHook执行的。

function updateWorkInProgressHook(): Hook {
  // TODO render阶段触发的更新
  let nextCurrentHook: Hook | null;
  // FC update时的第一个hook
  if (currentHook === null) {
    const current = currentlyRenderingFiber?.alternate;
    if (current !== null) {
      nextCurrentHook = current?.memoizedState;
    } else {
      nextCurrentHook = null;
    }
  } else {
    // FC update时候，后续的hook
    nextCurrentHook = currentHook.next;
  }
  if (nextCurrentHook === null) {
    // mount / update u1 u2 u3 
    // update u1 u2 u3 u4
    throw new Error(
      `组件${currentlyRenderingFiber?.type}本次执行时的Hook比上次执行的多`
    );
  }
  currentHook = nextCurrentHook as Hook;
  const newHook: Hook = {
    memoizedState: currentHook.memoizedState,
    updateQueue: currentHook.updateQueue,
    next: null,
  };
  if (workInProgressHook === null) {
    // update时，第一个hook
    if (currentlyRenderingFiber === null) {
      throw new Error("请在函数组件内调用hook");
    } else {
      workInProgressHook = newHook;
      currentlyRenderingFiber.memoizedState = workInProgressHook;
    }
  } else {
    // update时，后续的hook
    workInProgressHook.next = newHook;
    workInProgressHook = newHook;
  }
  return workInProgressHook;
}

主要逻辑总结如下：

刚开始currentHook为null, 通过alternate指向memoizedState获取到正在渲染中的hook数据，赋值给nextCurrentHook
将currentHook赋值为nextCurrentHook, 记录更新的数据来源，方便之后的hook,通过next连接起来。
赋值workInProgressHook标记正在执行的hook

这里有一个难点，就是nextCurrentHook === null的时候，我们可以抛出错误。

hook在条件语句中报错

我们晓得hook是不能在条件语句中执行的。那是如何做到报错的呢？接下来我们根据上面的updateWorkProgressHook源码分析。假如，伪代码如下所示：在mount阶段的时候，是3个hook，在执行setNum(100),update阶段4个。

const [num, setNum] = useState(99);
const [num2, setNum] = useState(101);
const [num3, setNum] = useState(102);
if(num === 100) {
 const [num4, setNum] = useState(103);
}

这里我们就会执行四次updateWorkProgressHook，我们来分析一下。

nextCurrentHook = currentHook = m-hook1，第一次后currentHook不为null
nextCurrentHook等于m-hook2
nextCurrentHook等于m-hook3
第四次的时候nextCurrentHook = m-hook3.next = null, 所以就会走到报错的逻辑。

useState计算

上一部分我们已经知道了update的时候，hook的数据来源，我们现在得到数据了，那如何通过之前的数据，计算出新的数据呢？

在执行setNum(action)后，我们知道action 存放在queue.shared.pending中
而queue是存放在对应hook的updateQueue中。所以我们可以拿到action
第三步就是去消费action，即执行processUpdateQueue, 传入上一次的state, 以及我们这次接受的action,计算最新的值。

function updateState<State>(): [State, Dispatch<State>] {
  // 找到当前useState对应的hook数据
  const hook = updateWorkInProgressHook();
  // 计算新的state逻辑
  const queue = hook.updateQueue as UpdateQueue<State>;
  const pending = queue.shared.pending;
  if (pending !== null) {
    const { memoizedState } = processUpdateQueue(hook.memoizedState, pending);
    hook.memoizedState = memoizedState;
  }
  return [hook.memoizedState, queue.dispatch as Dispatch<State>];
}

这样，我们就在渲染的时候拿到了最新的值，以及重新返回的dispatch。

双缓存树

在第一次更新的时候，我们的双缓存树还没有建立起来，在第一次更新之后，双缓存树就建立完成。

之后每一次调和生成子fiberNode的时候，都会利用alternate指针去重复利用相同type和相同key的节点。

例如初始化的时候num的值为3, 通过setNum(4)调用第一次更新后。首先会创建一个wip tree

在执行完commitWork后，屏幕上渲染为4后，root.current的指向会被修改为wip tree。

当我们再setNum(5)的时候，第二次更新后，双缓存树已经建立。会利用之前右边的4的fiberNode tree，进行下一轮渲染。

总结

此节我们主要是讲了hook是如何存放数据的，以及mount阶段和update阶段不同的存放，也讲解了通过dispatch调用后，react是如何更新的。以及双缓存树在第一次更新后是如何建立的。

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