[译] React fiber如何以及为何使用列表来遍历组件树

React中，改变检测通常被看作是协调（reconciliation）或者渲染（rendering），而Fiber正是这个机制的一种新的实现。在这个架构之下，可以实现一些有趣特性，如：改善非阻塞渲染，执行基于优先级的更新，以及在后台提前渲染内容。这些特性在 并发React哲学 中被认为是 time-slicing 。除了解决开发者一些真实问题外， 这些机制的内部实现，从工程角度来看也具有广泛的吸引力。关于其中缘由的有价值的知识点将有助于我们作为开发者得到成长 。

如果你现在Google查询“ReactFiber”，你会搜到大量的相关文章，这些除了 Andrew Clark的笔记 都是相当高层面的讲解。本篇文章中我将引用这个资源， 并且提供一个细致的关于Fiber中一些特别重要概念的讲解 。当我们结束时，你将对 Lin Clark在ReactConf 2017上关于工作方法（work loop）的演讲 有足够的知识来理解，这个演讲你需要看一下，不过在你大致看完之后，我将让你有更多的理解。 一篇解析一系列关于React Fiber内幕的文章 ，我大概花了70%的时间用来理解其内部的详细实现，过程中还写了三篇关于协调和渲染机制的文章。

我们开始吧。

设立一个背景

Fiber的架构有两个主要阶段：协调/渲染（reconciliation/render）和提交（commit）。在源码中协调阶段基本上被当作是“渲染阶段（render phase）”。这个阶段中，React会遍历组件树并且会：

• 更新state和props
• 执行生命周期钩子函数
• 获取子组件
• 新旧子组件比较
• 整理出需要执行的DOM更新

所有这些操作在Fiber中被认为是一个work。需要操作的work的类型取决于React Element的类型，例如，对于一个 Class Component React需要实例化一个类，但对于 Function Component 则不需要。如果感兴趣，你可以在 这里 看到Fiber中所有work对象的类型。这些操作确实如Andrew演讲中所提到的：

当处理一些UI时，有一个问题是，如果一次性执行太多的操作，那么将会导致动画掉帧

那“一次性”指的是什么呢？一般来说，React会 同步 遍历整个组件树，并且执行每个组件的work，而执行它逻辑的时间可能超出了16ms。这便导致之了掉帧，继而引起视图卡顿。

那，这有什么办法可以解决吗？

现代浏览器（包括React Native）实现了一些API有助于解决这个问题

一个新的全局方法的API叫requestIdleCallback 可以添加一些方法，而这些添加的方法将在浏览器闲置时间时被执行。你怎么可以自己使用一下呢？如果我在Chrome的console面板，执行如上代码，会打印出49.9和false。这表示我可以有49.9ms来执行想要做的事情，且我没有用完分配的时间，否则 deadline.didTimeout 就是true了。记住，只要浏览器有一些工作需要做，那么 timeRemaing 就会变化，需要不断地检测它。

requestIdleCallback确实有点使用限制，且 不总是充分地执行 来保证平滑的UI渲染，所以React团队必须实现自己的一个版本。

requestIdleCallback((deadline) => {
    // while we have time, perform work for a part of the components tree
    while ((deadline.timeRemaining() > 0 || deadline.didTimeout) && nextComponent) {
        nextComponent = performWork(nextComponent);
    }
});
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我们在一个组件上执行work，然后返回下一个待继续执行组件的引用。如果不是只处理一件事的情况下，这种方式是有效的。你不可以同步处理整个组件树，就像 之前React关于协调算法的实现 。这就如Andrew演讲中所提到的问题：

为了使用这些APIs（即requestIdleCallback），你需要一种方式，将渲染方式（rendering work）打破成可递增的单元

所以为了解决这个问题，React必须得重新实现遍历组件树的方法： 从依赖内建调用栈来同步递归模式，换成使用链表和指针的异步模式 。这便是Andrew所写的：

如果你只是依赖内建的调用栈，那它将一直执行直到栈为空。如果我们可以按照需求打断调用栈，并手动维护栈帧，这样不就最好了。这就是React Fiber的目的， Fiber则是特别针对React组件来重新实现的栈 ，你也可以认为一个fiber就是一个虚拟的栈帧。

这就是我现在讲解的内容。

关于栈的说明

假设你对调用栈的感念比较熟悉，当你在浏览器调试 工具 中断点时就可以看到它，这里是来自Wikipedia的引用和示例图：

在计算机科学中，一个 调用栈 是栈的数据结构，用于保存计算机程序中活跃子程序的信息。设计调用栈的主要原因是为了 跟踪每一个活跃子程序的引用 ，以便子程序执行结束时可以返回控制权。一个 调用栈 是有一些 栈帧 组成的，每个栈帧对应的就是每个还没有结束的持有 返回 的子程序。例如，一个叫 DrawLine 的子程序正在执行，还没有被子程序 DrawSquare 调用，那这个调用栈的顶层部分的构成就像如下图片所示。

为什么栈和React相关呢？

正如这篇文章第一部分中所说，React在协调/渲染阶段遍历组件树，并在组件上执行一些操作，之前的协调算法是依赖内建调用栈的同步模式来遍历树。 关于这个协调算法的官方文档 描述了这个过程，且谈及许多关于递归：

默认情况下，当递归DOM节点的子节点时，React会在同一时间遍历所有子节点列表，并由任何时间产生的一个diff计算出一个突变。

想一想，每次递归调用会在栈上添加一帧，且这个过程是同步的。假设我们有如下组件树：

以 render 方法表示成一些对象，你可以把它当做组件的实例。

const a1 = {name: 'a1'};
const b1 = {name: 'b1'};
const b2 = {name: 'b2'};
const b3 = {name: 'b3'};
const c1 = {name: 'c1'};
const c2 = {name: 'c2'};
const d1 = {name: 'd1'};
const d2 = {name: 'd2'};

a1.render = () => [b1, b2, b3];
b1.render = () => [];
b2.render = () => [c1];
b3.render = () => [c2];
c1.render = () => [d1, d2];
c2.render = () => [];
d1.render = () => [];
d2.render = () => [];
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React需要遍历这棵树来执行一些组件上的操作，为了简单化，这个操作只是打印出当前组件的名字，且获取子组件。看我怎么用递归来做吧。

递归遍历

主要的遍历这颗树的方法叫做 walk ，如下实现：

walk(a1);

function walk(instance) {
    doWork(instance);
    const children = instance.render();
    children.forEach(walk);
}

function doWork(o) {
    console.log(o.name);
}
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我们得到的输出结果是： a1, b1, b2, c1, d1, d2, b3, c2

如果你不太明确递归，那请看 我关于递归的深入解析文章 .

递归对于遍历树是一种比较直观且相对合适的方式。不过它也有一些限制，最大的一个便是不能将遍历过程打破成可递增的单元，我们不能在某个特定的组件上停止操作，之后再继续。所以React使用这个方式就保持遍历直到处理完所有的组件以及递归栈为空。

那么，React如何不使用递归来遍历组件树的呢？它使用了单链表遍历树算法，这样就可以暂停遍历且阻止栈的增长。

链表循环

我在 这里 找到Sebastian Markbåge关于该算法的大致说明。为了实现这个算法，我们需要一个数据结构，包含三个字段：

• child — 代表第一个子节点
• sibling — 代表第一个兄弟节点
• return — 代表父节点

在React新的协调算法环境中，这个数据结构叫做Fiber。在内部，她表示了一个保持队列工作的React节点，更多关于它的细节可以看我下一篇文章。

以下实例图示范了链表中链接对象组成结构，以及两者之间的关联方式：

那让我们来定义我们的定制的节点构造方法：

class Node {
    constructor(instance) {
        this.instance = instance;
        this.child = null;
        this.sibling = null;
        this.return = null;
    }
}
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以及一个接受节点数组然后将它们链表起来的方法，我们用这个方法将 render 方法返回的子节点给链表起：

function link(parent, elements) {
    if (elements === null) elements = [];

    parent.child = elements.reduceRight((previous, current) => {
        const node = new Node(current);
        node.return = parent;
        node.sibling = previous;
        return node;
    }, null);

    return parent.child;
}
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这个方法从最后一个元素开始迭代一组节点，然后将它们链接成一个单链表。它返回列表的第一个兄弟节点，这里有个关于它如何工作的简单案例：

const children = [{name: 'b1'}, {name: 'b2'}];
const parent = new Node({name: 'a1'});
const child = link(parent, children);

// the following two statements are true
console.log(child.instance.name === 'b1');
console.log(child.sibling.instance === children[1]);
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我们也实现了一个帮助方法来执行节点的一些工作。在我们的案例中，我们将打印组件的名称，初次之后，还会收集组件的子节点，并将它们链接起来。

好，现在我们准备实现主要的循环算法，它是父节点优先、深度优先实现。这里有它的附加注释的代码：

function walk(o) {
    let root = o;
    let current = o;

    while (true) {
        // perform work for a node, retrieve & link the children
        let child = doWork(current);

        // if there's a child, set it as the current active node
        if (child) {
            current = child;
            continue;
        }

        // if we've returned to the top, exit the function
        if (current === root) {
            return;
        }

        // keep going up until we find the sibling
        while (!current.sibling) {

            // if we've returned to the top, exit the function
            if (!current.return || current.return === root) {
                return;
            }

            // set the parent as the current active node
            current = current.return;
        }

        // if found, set the sibling as the current active node
        current = current.sibling;
    }
}
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虽然实现不是特别的难理解，但你可能需要稍微执行来领会它。思路是，我们保持当前节点的引用，在沿着树往下时，重复给其赋值，直到到达树枝的末尾，然后，再使用 return 指针返回给共同的父节点。

如果我们现在检查这个实现的调用栈时，可以看到：

正如你看到的，这个栈不会随着往下遍历树时增长，但是如果你在 doWork 方法中加上dubugger，且打印节点的名称，我们就会看到如下情况：

**这看起来想是一个浏览器的调用栈。**所以以这个算法，我们用自己的实现有效地替换了浏览的调用栈实现。这正如Andrew描述的：

Fiber 是栈的重新实现，特别针对于React组件，你可以认为一个fiber就是一个虚拟的栈帧。

至此，我们现在通过保持作为顶层帧的节点的引用来控制着栈：

function walk(o) {
    let root = o;
    let current = o;

    while (true) {
            ...

            current = child;
            ...
            
            current = current.return;
            ...

            current = current.sibling;
    }
}
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我们可以在任意时刻停止遍历，之后再继续它。这确实我们能够用在新 requestIdleCallback API而想要实现的情况。

React中的工作循环

这里的代码 实现了React中工作循环：

function workLoop(isYieldy) {
    if (!isYieldy) {
        // Flush work without yielding
        while (nextUnitOfWork !== null) {
            nextUnitOfWork = performUnitOfWork(nextUnitOfWork);
        }
    } else {
        // Flush asynchronous work until the deadline runs out of time.
        while (nextUnitOfWork !== null && !shouldYield()) {
            nextUnitOfWork = performUnitOfWork(nextUnitOfWork);
        }
    }
}
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正如你看到的，它很好地对应了我们上面所说的算法。它在作为顶层帧的 nextUnitOfWork 变量中保持了当前fiber节点的引用。

这个算法可以同步遍历组件树，且执行树中每个fiber节点的工作（nextUnitOfWork）。这个通常是由UI事件造成的所谓互动更新（click, input, etc）。或者它可以在执行一个fiber节点的工作后，检测是否还有剩余时间，来异步遍历组件树。方法 shouldYield 返回基于 deadlineDidExpire 和 deadline 变量的结果，这些变量会在React执行fiber节点工作时不断地更新。

**peformUnitOfWork** 方法深度解析在这。