Fiber架构

[isNeilLin]

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React Fiber可以理解为：

React内部实现的一套状态更新机制。支持任务不同优先级，可中断与恢复，并且恢复后可以复用之前的中间状态。

其中每个任务更新单元为React Element对应的Fiber节点。

Fiber的起源

最早的Fiber官方解释来源于2016年React团队成员Acdlite的一篇介绍 (opens new window)。

在React15及以前，Reconciler采用递归的方式创建虚拟DOM，递归过程是不能中断的。如果组件树的层级很深，递归会占用线程很多时间，造成卡顿。

为了解决这个问题，React16将递归的无法中断的更新重构为异步的可中断更新，由于曾经用于递归的虚拟DOM数据结构已经无法满足需要。于是，全新的Fiber架构应运而生。

#Fiber的含义

Fiber包含三层含义：

1. 作为架构来说，之前React15的Reconciler采用递归的方式执行，数据保存在递归调用栈中，所以被称为stack Reconciler。React16的Reconciler基于Fiber节点实现，被称为Fiber Reconciler。
2. 作为静态的数据结构来说，每个Fiber节点对应一个React element，保存了该组件的类型（函数组件/类组件/原生组件...）、对应的DOM节点等信息。
3. 作为动态的工作单元来说，每个Fiber节点保存了本次更新中该组件改变的状态、要执行的工作（需要被删除/被插入页面中/被更新...）。

#Fiber的结构

你可以从这里看到Fiber节点的属性定义 (opens new window)。虽然属性很多，但我们可以按三层含义将他们分类来看

function FiberNode(
  tag: WorkTag,
  pendingProps: mixed,
  key: null | string,
  mode: TypeOfMode,
) {
  // 作为静态数据结构的属性
  this.tag = tag;
  this.key = key;
  this.elementType = null;
  this.type = null;
  this.stateNode = null;

  // 用于连接其他Fiber节点形成Fiber树
  this.return = null;
  this.child = null;
  this.sibling = null;
  this.index = 0;

  this.ref = null;

  // 作为动态的工作单元的属性
  this.pendingProps = pendingProps;
  this.memoizedProps = null;
  this.updateQueue = null;
  this.memoizedState = null;
  this.dependencies = null;

  this.mode = mode;

  this.effectTag = NoEffect;
  this.nextEffect = null;

  this.firstEffect = null;
  this.lastEffect = null;

  // 调度优先级相关
  this.lanes = NoLanes;
  this.childLanes = NoLanes;

  // 指向该fiber在另一次更新时对应的fiber
  this.alternate = null;
}

#作为架构来说

每个Fiber节点有个对应的React element，多个Fiber节点是如何连接形成树呢？靠如下三个属性：

// 指向父级Fiber节点
this.return = null;
// 指向子Fiber节点
this.child = null;
// 指向右边第一个兄弟Fiber节点
this.sibling = null;

举个例子，如下的组件结构：

function App() {
  return (
    <div>
      i am
      <span>KaSong</span>
    </div>
  )
}

对应的Fiber树结构：

这里需要提一下，为什么父级指针叫做return而不是parent或者father呢？因为作为一个工作单元，return指节点执行完completeWork（本章后面会介绍）后会返回的下一个节点。子Fiber节点及其兄弟节点完成工作后会返回其父级节点，所以用return指代父级节点。

#作为静态的数据结构

作为一种静态的数据结构，保存了组件相关的信息：

// Fiber对应组件的类型 Function/Class/Host...
this.tag = tag;
// key属性
this.key = key;
// 大部分情况同type，某些情况不同，比如FunctionComponent使用React.memo包裹
this.elementType = null;
// 对于 FunctionComponent，指函数本身，对于ClassComponent，指class，对于HostComponent，指DOM节点tagName
this.type = null;
// Fiber对应的真实DOM节点
this.stateNode = null;

#作为动态的工作单元

作为动态的工作单元，Fiber中如下参数保存了本次更新相关的信息，我们会在后续的更新流程中使用到具体属性时再详细介绍

// 保存本次更新造成的状态改变相关信息
this.pendingProps = pendingProps;
this.memoizedProps = null;
this.updateQueue = null;
this.memoizedState = null;
this.dependencies = null;

this.mode = mode;

// 保存本次更新会造成的DOM操作
this.effectTag = NoEffect;
this.nextEffect = null;

this.firstEffect = null;
this.lastEffect = null;

如下两个字段保存调度优先级相关的信息，会在讲解Scheduler时介绍。

// 调度优先级相关
this.lanes = NoLanes;
this.childLanes = NoLanes;

注意

在2020年5月，调度优先级策略经历了比较大的重构。以expirationTime属性为代表的优先级模型被lane取代。详见这个PR(opens new window)

Fiber的工作原理

以上，我们了解了Fiber是什么，知道Fiber节点可以保存对应的DOM节点。

相应的，Fiber节点构成的Fiber树就对应DOM树。

那么如何更新DOM呢？这需要用到被称为“双缓存”的技术。

#什么是“双缓存”

当我们用canvas绘制动画，每一帧绘制前都会调用ctx.clearRect清除上一帧的画面。

如果当前帧画面计算量比较大，导致清除上一帧画面到绘制当前帧画面之间有较长间隙，就会出现白屏。

为了解决这个问题，我们可以在内存中绘制当前帧动画，绘制完毕后直接用当前帧替换上一帧画面，由于省去了两帧替换间的计算时间，不会出现从白屏到出现画面的闪烁情况。

这种在内存中构建并直接替换的技术叫做双缓存 (opens new window)。

React使用“双缓存”来完成Fiber树的构建与替换——对应着DOM树的创建与更新。

#双缓存Fiber树

在React中最多会同时存在两棵Fiber树。当前屏幕上显示内容对应的Fiber树称为current Fiber树，正在内存中构建的Fiber树称为workInProgress Fiber树。

current Fiber树中的Fiber节点被称为current fiber，workInProgress Fiber树中的Fiber节点被称为workInProgress fiber，他们通过alternate属性连接。

currentFiber.alternate === workInProgressFiber;
workInProgressFiber.alternate === currentFiber;

React应用的根节点通过使current指针在不同Fiber树的rootFiber间切换来完成current Fiber树指向的切换。

即当workInProgress Fiber树构建完成交给Renderer渲染在页面上后，应用根节点的current指针指向workInProgress Fiber树，此时workInProgress Fiber树就变为current Fiber树。

每次状态更新都会产生新的workInProgress Fiber树，通过current与workInProgress的替换，完成DOM更新。

接下来我们以具体例子讲解mount时、update时的构建/替换流程。

#mount时

考虑如下例子：

function App() {
  const [num, add] = useState(0);
  return (
    <p onClick={() => add(num + 1)}>{num}</p>
  )
}

ReactDOM.render(<App/>, document.getElementById('root'));

1. 首次执行ReactDOM.render会创建fiberRootNode（源码中叫fiberRoot）和rootFiber。其中fiberRootNode是整个应用的根节点，rootFiber是<App/>所在组件树的根节点。

之所以要区分fiberRootNode与rootFiber，是因为在应用中我们可以多次调用ReactDOM.render渲染不同的组件树，他们会拥有不同的rootFiber。但是整个应用的根节点只有一个，那就是fiberRootNode。

fiberRootNode的current会指向当前页面上已渲染内容对应Fiber树，即current Fiber树。

fiberRootNode.current = rootFiber;

由于是首屏渲染，页面中还没有挂载任何DOM，所以fiberRootNode.current指向的rootFiber没有任何子Fiber节点（即current Fiber树为空）。

1. 接下来进入render阶段，根据组件返回的JSX在内存中依次创建Fiber节点并连接在一起构建Fiber树，被称为workInProgress Fiber树。（下图中右侧为内存中构建的树，左侧为页面显示的树）

在构建workInProgress Fiber树时会尝试复用current Fiber树中已有的Fiber节点内的属性，在首屏渲染时只有rootFiber存在对应的current fiber（即rootFiber.alternate）。

1. 图中右侧已构建完的workInProgress Fiber树在commit阶段渲染到页面。

此时DOM更新为右侧树对应的样子。fiberRootNode的current指针指向workInProgress Fiber树使其变为current Fiber 树。

#update时

1. 接下来我们点击p节点触发状态改变，这会开启一次新的render阶段并构建一棵新的workInProgress Fiber 树。

和mount时一样，workInProgress fiber的创建可以复用current Fiber树对应的节点数据。

这个决定是否复用的过程就是Diff算法，后面章节会详细讲解

1. workInProgress Fiber 树在render阶段完成构建后进入commit阶段渲染到页面上。渲染完毕后，workInProgress Fiber 树变为current Fiber 树。