Reconciler 是什么

Reconciler 是 React 核心邏輯所在的模塊，中文名叫協調器。

Reconciler 架構介紹

在React中，Reconciler?（協調器）是負責管理虛擬DOM樹更新的關鍵部分。當組件狀態或屬性發生更改時，Reconciler的任務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 "協調"（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操作的數量。這個過程被稱為"diffing"算法。

傳統庫與現代框架的工作原理

在傳統的庫（jQuery）工作原理（過程驅動）。

在傳統的前端開發中使用的jQuery?庫的工作原理主要是通過一個簡化和統一的API，使得開發者能夠更容易地操作DOM、處理事件、創建動畫以及發起AJAX請求等。而不是描述UI的狀態。所以jQuery的工作原理是過程驅動的。

現代的前端框架結構與工作原理（狀態驅動）。

現代的前端框架結構與工作原理

• 在現代的前端框架中，開發者使用描述UI的方法（template或JSX）來定義組件和它們之間的關系。
• 運行時核心模塊根據描述的UI，管理組件的創建、更新和銷毀，處理數據狀態變更，并通過虛擬DOM或響應式系統來優化UI更新性能。
• 當需要與宿主環境交互時（如操作DOM、處理事件或發起網絡請求），運行時核心模塊會調用宿主環境API。前端框架通常會封裝這些API，提供統一的跨平臺接口。

AOT預編譯 與 JIT即時編譯

現代框架都需要“編譯”這一步驟，用于：

• 將“框架中描述的UI”轉換為宿主環境可識別的代碼。
• 代碼轉化，比如將ts編譯成js，實現polyfill等。
• 執行一些編譯時優化。

“編譯”可以選擇兩個時機執行：

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

大部分采用模板語法描述UI的前端框架都會進行AOT優化，例如：Vue3、Angular、Svelte。

其本質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記模板語法中的靜態部分（不變的部分）與動態部分（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行靜態分析。

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是一種樹形結構，用于表示模板中的元素、屬性、文本節點等。
2. 優化：遍歷AST，對其中的靜態內容（如純文本節點、靜態屬性等）進行標記。這些標記在后續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：將優化后的AST轉換成可執行的JavaScript代碼。這通常包括生成渲染函數（render function）和虛擬DOM節點。渲染函數用于創建和更新實際的DOM結構。

模板語法由于在構建時已經被編譯成可執行的JavaScript代碼，運行時無需再進行解析和編譯，從而減少了性能開銷。

ReactElement 數據結構的不足

回歸主題，根據前面的學習，我們知道了 JSX 方法執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核心模塊操作的數據結構，會存在哪些問題：

• 無法表達ReactElement節點與另一個ReactElement節點之間的關系（因為它只記錄了自身的數據，比如組件的類型、屬性和子元素等），一般把ReactElement稱為React的數據存儲單元。
• 字段有限，不好拓展（比如：無法表達狀態）。

從下圖中可以看到，ReactELement這種數據結構很有限，在節點屬性關聯方面也只有 children，并沒有保存兄弟節點以及父節點之間的關系：

當然在React 16版本之前，React 使用的是名為Stack Reconciler的舊調和算法。Stack Reconciler 的核心是遞歸遍歷組件樹，把數據保存在遞歸調用棧中。它使用的深層遞歸遍歷方法。

但是使用遞歸遍歷組件樹時，會導致一些問題：

• 阻塞主線程：在 JavaScript 中，遞歸調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，遞歸調用可能會導致 UI 變得不流暢，影響用戶體驗。
• 沒有優先級調度：Stack Reconciler 無法對不同的更新任務進行優先級調度，所有的更新任務都會被視為相同的優先級。這意味著對于高優先級的任務（如動畫或用戶交互），React 無法優先處理，從而可能導致性能下降。

為了解決這些問題，React 引入了 Fiber Reconciler?。Fiber Reconciler? 使用了一種名為 "Fiber" 的新數據結構來表示組件樹。

它的特點：

• 介于ReactElement與真實UI節點之間。
• 能夠表達節點之間的關系。
• 方便拓展，不僅作為數據存儲單元，也能作為工作單元。

FiberNode 是虛擬DOM在React中的實現。

FiberNode Tree的數據結構如圖所示：

FiberNode 上有很多屬性，包括和自身相關的屬性 ref，節點之間的關系 return、silbing還有工作單元上的屬性，比如 pendingProps等等，后面會詳細介紹。

Fiber出現的意義

Fiber最主要的兩層含義：

1. 作為靜態的數據結構來說，每個Fiber節點對應一個React element，保存了該組件的類型（函數組件/類組件/原生組件...）、對應的DOM節點等信息。
2. 作為動態的工作單元來說，每個Fiber節點保存了本次更新中該組件改變的狀態、要執行的工作（需要被刪除/被插入頁面中/被更新...）。

Fiber的出現也為React帶來了很多意義：

從優化層面來說，Fiber是一種新的調和算法（reconciliation algorithm）。

1. 增量渲染：在早期的 React 版本（Stack Reconciler）中，當有組件更新時，React 會一次性完成整個組件樹的調和過程。這會導致長時間的 JavaScript 執行阻塞，從而影響用戶界面的響應性。Fiber 引入了增量渲染的概念，允許將調和過程分成多個小任務，這些任務可以在瀏覽器的空閑時間內執行。這樣，即使在復雜的應用程序中，React 也能實現更平滑的用戶界面更新。
2. 任務調度：Fiber 引入了任務優先級的概念，使得 React 可以根據任務的優先級來調度它們的執行。這意味著較高優先級的任務（如用戶交互事件）可以打斷較低優先級的任務（如數據加載），從而實現更靈活的任務調度。這有助于提高應用程序的響應性和性能。

這兩個概念會在后面的章節詳細講解。

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，普通的文本節點（HostText）也可以是組件。還有通過ReactDom.render方法創建的根元素（RootElement）也可以是組件，還有經常在React中使用的函數組件（FunctionComponent）。

在React源碼中，每個FiberNode都有一個WorkTag屬性，用于標識當前節點的類型。

// 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點類型，每個類型都應一個number類型的值。

這樣做的好處是可以通過比較兩個節點的 WorkTag 屬性來判斷它們是否是同一類型的節點，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。

每一個組件都對應著一個FiberNode?，許多個FiberNode?互相嵌套、關聯就組成了FiberNode Tree?。正如下面表示的FiberNode Tree和DOM樹的關系一樣：

Fiber樹                    DOM樹

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

一個DOM節點一定對應著一個FiberNode，但每一個Fiber節點缺不一定有對應的DOM節點。

因為React支持不同類型的組件，因此每個FiberNode并不一定具有對應的DOM節點。

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

Fiber工作單元的結構

Fiber作為工作單元，它有很多屬性：

• Fiber實例屬性： tag、key、type、stateNode等。
• 與其它節點關系的鏈表屬性：return、child、sibling、index。
• Ref相關的屬性：ref。
• Fiber更新相關的屬性：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對應的DOM元素的標簽類型，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

  // Fiber 除了有自身實例上的屬性，還需要有表示和其它節點的關系
  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
  this.pendingProps = pendingProps; // 剛開始工作階段的 props
  this.memoizedProps = null; // 工作結束時確定下來的 props
  this.memoizedState = null; // 更新完成后的新 state
  this.updateQueue = null;  // Fiber產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）初始狀態時表示沒有任何標記（因為還沒進行fiberNode對比）
  this.subtreeFlags = NoFlags; // 子節點副作用標識
  this.deletions = null; // 用于存放被刪除的子節點

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

這里Fiber節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：

作為架構來說

每個Fiber節點有個對應的React element，多個Fiber節點是如何連接形成樹呢？靠如下三個屬性：

// 指向父級Fiber節點
this.return = null;
// 指向子Fiber節點
this.child = null;
// 指向右邊第一個兄弟Fiber節點
this.sibling = null;

舉個例子，比如下面的組件結構：

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

對應的FiberNode Tree結構：

作為靜態的數據結構

作為靜態的數據結構，需要保存組件的相關的信息：

// Fiber對應組件的類型 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，指函數本身，對于ClassComponent，指class，對于HostComponent，指DOM節點tagName
this.type = null;
// Fiber對應的真實DOM節點
this.stateNode = null;

作為動態的工作單元

作為動態的工作單元，Fiber中如下參數保存了本次更新相關的信息，會在后續的更新流程章節中使用到具體屬性時再詳細介紹。

// 保存本次更新造成的狀態改變相關信息
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度優先級相關的信息，會在講解Scheduler時介紹。

// 調度優先級相關
this.lanes = NoLanes;
this.childLanes = NoLanes;

總結

在本節我們對Reconciler的架構有了大概的認知，了解了傳統的庫與現代框架的工作原理，也掌握了預編譯和即時編譯的區別，以及它們在現代框架中的應用。

在上一節中，我們實現了JSX的轉換，知道了React Element這種數據，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，介紹了Fiber出現的意義，以及它的結構是什么樣的，通過FiberNode組成的FiberNode Tree的結構。

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