第十四篇：ReactDOM.render 是如何串联渲染链路的？（中）

Posted 2021-12-07 aiguangyuan

上一讲我们对 ReactDOM.render 的调用链路、包括其对应的初始化阶段的工作内容都有了学习和掌握。这一讲我们在此基础上，学习后续的 render 阶段和 commit 阶段。这其中，render 阶段可以认为是整个渲染链路中最为核心的一环，因为我们反复强调“找不同”的过程，恰恰就是在这个阶段发生的。

render 阶段做的事情有很多，这一讲我们将以 beginWork 为线索，着重探讨 Fiber 树的构建过程。

拆解 ReactDOM.render 调用栈——render 阶段

首先，我们复习一下 render 阶段在整个渲染链路中的定位，如下图所示。

图中，performSyncWorkOnRoot 标志着 render 阶段的开始，finishSyncRender 标志着 render 阶段的结束。这中间包含了大量的 beginWork、completeWork 调用栈，正是 render 的工作内容。

beginWork、completeWork 这两个方法需要注意，它们串联起的是一个“模拟递归”的过程。

在第 10 讲“栈调和”中强调过，React 15 下的调和过程是一个递归的过程。而 Fiber 架构下的调和过程，虽然并不是依赖递归来实现的，但在 ReactDOM.render 触发的同步模式下，它仍然是一个深度优先搜索的过程。在这个过程中，beginWork 将创建新的 Fiber 节点，而 completeWork 则负责将 Fiber 节点映射为 DOM 节点。

那么问题就来了：截止到上一讲，我们的 Fiber 树都还长这个样子：

就这么个样子，你遍历它，能遍历出来什么？到底怎么个遍历法？接下来我们就深入到源码里去一探究竟！

workInProgress 节点的创建 

上一讲曾经提到，performSyncWorkOnRoot 是 render 阶段的起点，而这个函数最关键的地方在于它调用了 renderRootSync。下面我们放大 Performance 调用栈，来看看 renderRootSync 被调用后，紧接着发生了什么：

紧随其后的是 prepareFreshStack，prepareFreshStack 的作用是重置一个新的堆栈环境，其中最需要我们关注的步骤，就是对createWorkInProgress 的调用。以下我对 createWorkInProgress 的主要逻辑进行了提取：

// 这里入参中的 current 传入的是现有树结构中的 rootFiber 对象
function createWorkInProgress(current, pendingProps) {

  var workInProgress = current.alternate;

  // ReactDOM.render 触发的首屏渲染将进入这个逻辑
  if (workInProgress === null) {

    // 这是需要你关注的第一个点，workInProgress 是 createFiber 方法的返回值
    workInProgress = createFiber(current.tag, pendingProps, current.key, current.mode);

    workInProgress.elementType = current.elementType;

    workInProgress.type = current.type;

    workInProgress.stateNode = current.stateNode;

    // 这是需要你关注的第二个点，workInProgress 的 alternate 将指向 current
    workInProgress.alternate = current;

    // 这是需要你关注的第三个点，current 的 alternate 将反过来指向 workInProgress
    current.alternate = workInProgress;

  } else {

    // 此处逻辑先不用关注

  }

  // 以下省略大量 workInProgress 对象的属性处理逻辑
  // 返回 workInProgress 节点
  return workInProgress;

}

首先要声明的是，该函数中的 current 入参指的是现有树结构中的 rootFiber 对象，如下图所示：

源码太长了，重点如下： 

1. createWorkInProgress 将调用 createFiber，workInProgress是 createFiber 方法的返回值；

2. workInProgress 的 alternate 将指向 current；

3. current 的 alternate 将反过来指向 workInProgress。

理解了这三点，你就会自然而然地想知道 workInProgress 的本体到底是什么样的，也就是createFiber 到底会返回什么。下面我们就看看 createFiber 的逻辑：

var createFiber = function (tag, pendingProps, key, mode) {

  return new FiberNode(tag, pendingProps, key, mode);

};

代码出奇的简单，但信息却给得很到位，createFiber 将创建一个 FiberNode 实例，而 FiberNode，上一讲已经讲过，它正是 Fiber 节点的类型，因此 workInProgress 就是一个 Fiber 节点。不仅如此，细心的你可能还会发现 workInProgress 的创建入参其实来源于 current。如下面代码所示：

 workInProgress = createFiber(current.tag, pendingProps, current.key, current.mode);

实锤了，workInProgress 节点其实就是 current 节点（即rootFiber）的副本。

再结合  current 指向 rootFiber 对象（同样是 FiberNode 实例），以及 current 和 workInProgress 通过 alternate 互相连接这些信息，我们可以分析出这波操作执行完之后，整棵树的结构应该如下图所示：

完成了这个任务之后，就会进入 workLoopSync 的逻辑。这个 workLoopSync 函数也是个“人狠话不多”的主，它的逻辑同样是简洁明了的，如下所示：

function workLoopSync() {

  // 若 workInProgress 不为空
  while (workInProgress !== null) {

    // 针对它执行 performUnitOfWork 方法
    performUnitOfWork(workInProgress);

  }

}

workLoopSync 做的事情就是通过 while 循环反复判断 workInProgress 是否为空，并在不为空的情况下针对它执行 performUnitOfWork 函数。

而 performUnitOfWork 函数将触发对 beginWork 的调用，进而实现对新 Fiber 节点的创建。若 beginWork 所创建的 Fiber 节点不为空，则 performUniOfWork 会用这个新的 Fiber 节点来更新 workInProgress 的值，为下一次循环做准备。

通过循环调用 performUnitOfWork 来触发 beginWork，新的 Fiber 节点就会被不断地创建。当 workInProgress 终于为空时，说明没有新的节点可以创建了，也就意味着已经完成对整棵 Fiber 树的构建。

在这个过程中，每一个被创建出来的新 Fiber 节点，都会一个一个挂载为最初那个 workInProgress 节点（如下图高亮处）的后代节点。而上述过程中构建出的这棵 Fiber 树，也正是大名鼎鼎的 workInProgress 树。

相应地，图中 current 指针所指向的根节点所在的那棵树，我们叫它“current 树”。

这时候，相信一些同学心里已经开始犯嘀咕了：一棵 current 树，一棵 workInProgress 树，这名堂也太多了吧！况且这两棵 Fiber 树至少在现在看来，是完全没区别的，毕竟都还只有一个根节点，哈哈。React 这样设计的目的何在？或者换个问法，到底是什么样的事情一棵树做不到，非得搞两棵“一样”的树出来？

如果你想知道答案，就请好好把握住接下来的两讲内容吧！在一步一步理解 Fiber 树的构建和更新过程之后，我将带你去认识“两棵 Fiber 树”这一现象背后的动机。

接下来我们就深入到 beginWork 和 completeWork 的逻辑里去，一起看看 Fiber 树的构建过程及最终形态。

beginWork 开启 Fiber 节点创建过程

有一说一，beginWork 的源码实在是长到不科学。这里我们本着抓主要矛盾的原则，针对与树构建过程强相关的动作进行逻辑提取，代码如下：

function beginWork(current, workInProgress, renderLanes) {

  ......

  //  current 节点不为空的情况下，会加一道辨识，看看是否有更新逻辑要处理
  if (current !== null) {

    // 获取新旧 props
    var oldProps = current.memoizedProps;

    var newProps = workInProgress.pendingProps;

    // 若 props 更新或者上下文改变，则认为需要"接受更新"
    if (oldProps !== newProps || hasContextChanged() || ( workInProgress.type !== current.type )) {

      // 打个更新标
      didReceiveUpdate = true;

    } else if (xxx) {

      // 不需要更新的情况 A
      return A

    } else {

      if (需要更新的情况 B) {

        didReceiveUpdate = true;

      } else {

        // 不需要更新的其他情况，这里我们的首次渲染就将执行到这一行的逻辑
        didReceiveUpdate = false;

      }

    }

  } else {

    didReceiveUpdate = false;

  } 

  ......

  // 这坨 switch 是 beginWork 中的核心逻辑，原有的代码量相当大

  switch (workInProgress.tag) {

    ......

    // 这里省略掉大量形如"case: xxx"的逻辑

    // 根节点将进入这个逻辑
    case HostRoot:

      return updateHostRoot(current, workInProgress, renderLanes)

    // dom 标签对应的节点将进入这个逻辑
    case HostComponent:

      return updateHostComponent(current, workInProgress, renderLanes)


    // 文本节点将进入这个逻辑
    case HostText:

      return updateHostText(current, workInProgress)

    ...... 

    // 这里省略掉大量形如"case: xxx"的逻辑

  }

  // 这里是错误兜底，处理 switch 匹配不上的情况

  {

    {

      throw Error(

        "Unknown unit of work tag (" +

          workInProgress.tag +

          "). This error is likely caused by a bug in React. Please file an issue."

      )

    }

  }

}

beginWork 源码太长，重点总结如下：

1. beginWork 的入参是一对用 alternate 连接起来的 workInProgress 和 current 节点；

2. beginWork 的核心逻辑是根据 fiber 节点（workInProgress）的 tag 属性的不同，调用不同的节点创建函数。

当前的 current 节点是 rootFiber，而 workInProgress 则是 current 的副本，它们的 tag 都是 3。如下图所示：

而 3 正是 HostRoot 所对应的值，因此第一个 beginWork 将进入 updateHostRoot 的逻辑。

这里你先不必急于关注 updateHostRoot 的逻辑细节。事实上，在整段 switch 逻辑里，包含的形如“update+类型名”这样的函数是非常多的。在专栏示例的 Demo 中，就涉及了对 updateHostRoot、updateHostComponent 等的调用，十来种 updateXXX，我们不可能一个一个去扣每一个函数的逻辑。

幸运的是，这些函数之间不仅命名形式一致，工作内容也相似。就 render 链路来说，它们共同的特性，就是都会通过调用 reconcileChildren 方法，生成当前节点的子节点。 

reconcileChildren 的源码如下：

function reconcileChildren(current, workInProgress, nextChildren, renderLanes) {

  // 判断 current 是否为 null
  if (current === null) {

    // 若 current 为 null，则进入 mountChildFibers 的逻辑
    workInProgress.child = mountChildFibers(workInProgress, null, nextChildren, renderLanes);

  } else {

    // 若 current 不为 null，则进入 reconcileChildFibers 的逻辑
    workInProgress.child = reconcileChildFibers(workInProgress, current.child, nextChildren, renderLanes);

  }

}

从源码来看，reconcileChildren 也只是做逻辑的分发，具体的工作还要到 mountChildFibers 和 reconcileChildFibers 里去看。

ChildReconciler，处理 Fiber 节点的幕后“操盘手”

那么这两个函数又是何方神圣呢？在源码中，我们可以觅得这样两个赋值语句：

var reconcileChildFibers = ChildReconciler(true);

var mountChildFibers = ChildReconciler(false);

原来 reconcileChildFibers 和 mountChildFibers 不仅名字相似，出处也一致。它们都是 ChildReconciler 这个函数的返回值，仅仅存在入参上的区别。而 ChildReconciler，则是一个实打实的“庞然大物”，其内部的逻辑量堪比 N 个 beginWork。这里我将关键要素提取如下：

function ChildReconciler(shouldTrackSideEffects) {

  // 删除节点的逻辑

  function deleteChild(returnFiber, childToDelete) {

    if (!shouldTrackSideEffects) {

      // Noop.

      return;

    } 

    // 以下执行删除逻辑

  }

 
  ......


  // 单个节点的插入逻辑

  function placeSingleChild(newFiber) {

    if (shouldTrackSideEffects && newFiber.alternate === null) {

      newFiber.flags = Placement;

    }

    return newFiber;

  }


  // 插入节点的逻辑

  function placeChild(newFiber, lastPlacedIndex, newIndex) {

    newFiber.index = newIndex;

    if (!shouldTrackSideEffects) {

      // Noop.

      return lastPlacedIndex;

    }

    // 以下执行插入逻辑

  }

  ......

  // 此处省略一系列 updateXXX 的函数，它们用于处理 Fiber 节点的更新


  // 处理不止一个子节点的情况

  function reconcileChildrenArray(returnFiber, currentFirstChild, newChildren, lanes) {

    ......

  }

  // 此处省略一堆 reconcileXXXXX 形式的函数，它们负责处理具体的 reconcile 逻辑

  function reconcileChildFibers(returnFiber, currentFirstChild, newChild, lanes) {

    // 这是一个逻辑分发器，它读取入参后，会经过一系列的条件判断，调用上方所定义的负责具体节点操作的函数

  }


  // 将总的 reconcileChildFibers 函数返回

  return reconcileChildFibers;

}

由于原本的代码量着实巨大，感兴趣的同学可以点开这个文件查看细节，此处我仅针对与主流程强相关的逻辑为你总结以下要点：

1. 关键的入参 shouldTrackSideEffects，意为“是否需要追踪副作用”，因此 reconcileChildFibers 和 mountChildFibers 的不同，在于对副作用的处理不同；

2. ChildReconciler 中定义了大量如 placeXXX、deleteXXX、updateXXX、reconcileXXX 等这样的函数，这些函数覆盖了对 Fiber 节点的创建、增加、删除、修改等动作，将直接或间接地被 reconcileChildFibers 所调用；

3. ChildReconciler 的返回值是一个名为 reconcileChildFibers 的函数，这个函数是一个逻辑分发器，它将根据入参的不同，执行不同的 Fiber 节点操作，最终返回不同的目标 Fiber 节点。

对于第 1 点，这里展开说说。对副作用的处理不同，到底是哪里不同？以 placeSingleChild 为例，以下是 placeSingleChild 的源码：

function placeSingleChild(newFiber) {

  if (shouldTrackSideEffects && newFiber.alternate === null) {

    newFiber.flags = Placement;

  }

  return newFiber;

}

可以看出，一旦判断 shouldTrackSideEffects 为 false，那么下面所有的逻辑都不执行了，直接返回。那如果执行下去会发生什么呢？简而言之就是给 Fiber 节点打上一个叫“flags”的标记，像这样：

newFiber.flags = Placement;

这个名为 flags 的标记有何作用呢？

小科普：flags 是什么

由于这里我引用的是 v17.0.0 版本的源码，属性名已经变更为 flags，但在更早一些的版本中，这个属性名叫“effectTag”。在时下的社区讨论中，effectTag 这个命名更常见，也更语义化，因此下文我将以 “effectTag”代指“flags”。

Placement 这个 effectTag 的意义，是在渲染器执行时，也就是真实 DOM 渲染时，告诉渲染器：我这里需要新增 DOM 节点。 effectTag 记录的是副作用的类型，而所谓“副作用”，React 给出的定义是“数据获取、订阅或者修改 DOM”等动作。在这里，Placement 对应的显然是 DOM 相关的副作用操作。

像 Placement 这样的副作用标识，还有很多，它们均以二进制常量的形式存在，下图我为你截取了局部（你可以在这个文件里查看 effectTag 的类型）：

回到我们的调用链路里来，由于 current 是 rootFiber，它不为 null，因此它将走入的是下图所高亮的这行逻辑。也就是说在 mountChildFibers 和 reconcileChildFibers 之间，它选择的是 reconcileChildFibers：

结合前面的分析可知，reconcileChildFibers 是ChildReconciler(true)的返回值。入参为 true，意味着其内部逻辑是允许追踪副作用的，因此“打 effectTag”这个动作将会生效。

接下来进入 reconcileChildFibers 的逻辑，在 reconcileChildFibers 这个逻辑分发器中，会把 rootFiber 子节点的创建工作分发给 reconcileXXX 函数家族的一员reconcileSingleElement 来处理，具体的调用形式如下图高亮处所示：

reconcileSingleElement 将基于 rootFiber 子节点的 ReactElement 对象信息，创建其对应的 FiberNode。这个过程中涉及的函数调用如下图高亮处所示：

这里需要说明的一点是：rootFiber 作为 Fiber 树的根节点，它并没有一个确切的 ReactElement 与之映射。结合 JSX 结构来看，我们可以将其理解为是 JSX 中根组件的父节点。课时所给出的 Demo 中，组件编码如下：

import React from "react";
import ReactDOM from "react-dom";

function App() {
  return (
    <div className="App">
      <div className="container">
        <h1>我是标题</h1>
        <p>我是第一段话</p>
        <p>我是第二段话</p>
      </div>
    </div>
  );
}

const rootElement = document.getElementById("root");

ReactDOM.render(<App />, rootElement);

可以看出，根组件是一个类型为 App 的函数组件，因此 rootFiber 就是 App 的父节点。

结合这个分析来看，图中的 _created4 是根据 rootFiber 的第一个子节点对应的 ReactElement 来创建的 Fiber 节点，那么它就是 App 所对应的 Fiber 节点。现在我为你打印出运行时的 _created4 值，会发现确实如此：

App 所对应的 Fiber 节点，将被 placeSingleChild 打上“Placement”（新增）的副作用标记，而后作为 reconcileChildFibers 函数的返回值，返回给下图中的 workInProgress.child：

reconcileChildren 函数上下文里的 workInProgress 就是 rootFiber 节点。那么此时，我们就将新创建的 App Fiber 节点和 rootFiber 关联了起来，整个 Fiber 树如下图所示：

Fiber 节点的创建过程梳理

分析完 App FiberNode 的创建过程，我们先不必急于继续往下走这个渲染链路。因为其实最关键的东西已经讲完了，剩余节点的创建只不过是对 performUnitOfWork、 beginWork 和 ChildReconciler 等相关逻辑的重复。

刚刚这一通分析所涉及的调用栈很长，相信不少人如果是初读的话，过程中肯定不可避免地要反复回看，确认自己现在到底在调用栈的哪一环。这里为了方便你把握逻辑脉络，我将本讲讲解的 beginWork 所触发的调用流程总结进一张大图：

Fiber 树的构建过程

理解了 Fiber 节点的创建过程，就不难理解 Fiber 树的构建过程了。

前面我们已经锲而不舍地研究了各路关键函数的源码逻辑，此时相信你已经能够将函数名与函数的工作内容做到对号入座。这里我们不必再纠结与源码的实现细节，可以直接从工作流程的角度来看后续节点的创建。

循环创建新的 Fiber 节点

研究节点创建的工作流，我们的切入点是 workLoopSync 这个函数。

为什么选它？这里来复习一遍 workLoopSync  会做什么：

function workLoopSync() {

  // 若 workInProgress 不为空
  while (workInProgress !== null) {

    // 针对它执行 performUnitOfWork 方法

    performUnitOfWork(workInProgress);

  }

}

它会循环地调用 performUnitOfWork，而 performUnitOfWork，开篇我们已经点到过它，其主要工作是“通过调用 beginWork，来实现新 Fiber 节点的创建”；它还有一个次要工作，就是把新创建的这个 Fiber 节点的值更新到 workInProgress 变量里去。源码中的相关逻辑提取如下：

// 新建 Fiber 节点
next = beginWork$1(current, unitOfWork, subtreeRenderLanes);

// 将新的 Fiber 节点赋值给 workInProgress
if (next === null) {

  // If this doesn't spawn new work, complete the current work.
  completeUnitOfWork(unitOfWork);

} else {

  workInProgress = next;

}

如此便能够确保每次 performUnitOfWork 执行完毕后，当前的 workInProgress 都存储着下一个需要被处理的节点，从而为下一次的 workLoopSync 循环做好准备。 

现在我在 workLoopSync 内部打个断点，尝试输出每一次获取到的 workInProgress 的值，workInProgress 值的变化过程如下图所示：

共有 7 个节点，若你点击展开查看每个节点的内容，就会发现这 7 个节点其实分别是：

1. rootFiber ，当前 Fiber 树的根节点；

2. App FiberNode ，App 函数组件对应的节点；

3. class 为 App 的 DOM 元素对应的节点，其内容如下图所示：

4. class 为 container 的 DOM 元素对应的节点，其内容如下图所示：

5. h1 标签对应的节点；

6. 第 1 个 p 标签对应的 FiberNode，内容为“我是第一段话”，如下图所示：

7. 第 2 个 p 标签对应的 FiberNode，内容为“我是第二段话”，如下图所示：

结合这 7 个 FiberNode，再对照对照我们的 Demo：

function App() {
  return (
    <div className="App">
      <div className="container">
        <h1>我是标题</h1>
        <p>我是第一段话</p>
        <p>我是第二段话</p>
      </div>
    </div>
  );
}

你会发现组件自上而下，每一个非文本类型的 ReactElement 都有了它对应的 Fiber 节点。 

注：React 并不会为所有的文本类型 ReactElement 创建对应的 FiberNode，这是一种优化策略。是否需要创建 FiberNode，在源码中是通过isDirectTextChild这个变量来区分的。

这样一来，我们构建的这棵树里，就多出了不少 FiberNode，如下图所示：

Fiber 节点有是有了，但这些 Fiber 节点之间又是如何相互连接的呢？

Fiber 节点间是如何连接的呢

不同的 Fiber 节点之间，将通过 child、return、sibling 这 3 个属性建立关系，其中 child、return 记录的是父子节点关系，而 sibling 记录的则是兄弟节点关系。

这里我以 h1 这个元素对应的 Fiber 节点为例，给你展示下它是如何与其他节点相连接的。展开这个 Fiber 节点，对它的 child、 return、sibling 3 个属性作截取，如下图所示：

child 属性为 null，说明 h1 节点没有子 Fiber 节点。

return 属性局部截图如下图所示：

sibling 属性局部截图： 

可以看到，return 属性指向的是 class 为 container 的 div 节点，而 sibling 属性指向的是第 1 个 p 节点。结合 JSX 中的嵌套关系我们不难得知：FiberNode 实例中，return 指向的是当前 Fiber 节点的父节点，而 sibling 指向的是当前节点的第 1 个兄弟节点。

以上便是 workInProgress Fiber 树的最终形态了。从图中可以看出，虽然人们习惯上仍然将眼前的这个产物称为“Fiber 树”，但它的数据结构本质其实已经从树变成了链表。 

注意，在分析 Fiber 树的构建过程时，我们选取了 beginWork 作为切入点，但整个 Fiber 树的构建过程中，并不是只有 beginWork 在工作。这其中，还穿插着 completeWork 的工作。只有将 completeWork 和 beginWork 放在一起来看，你才能够真正理解，Fiber 架构下的“深度优先遍历”到底是怎么一回事。

总结

通过本讲的学习，你掌握了 beginWork 的实现原理、理清了 Fiber 节点的创建链路，最终串联起了 Fiber 树的宏观构建过程。至此，你已经揽获了 render 阶段大半的知识，这一路道阻且难，胜在收获满满。

下一讲，我们一方面将乘胜追击，继续探索 completeWork 的工作内容，将整个 render 阶段讲透；另一方面，我会带你快速地过一遍 commit 阶段的工作流，并基于此去串联由初始化、render、commit 所组成的完整渲染工作流，力求对整个 ReactDOM.render 所触发的渲染链路形成一个系统、通透的理解。

此外，在本讲的开头，我还给你留下了一个悬念，也就是“为什么需要两棵 Fiber 树”的问题。这个问题的答案，也将会随着我们对 Fiber 探索的深入，逐渐浮出水面。