从理念到LRU算法实现，起底未来React异步开发方式

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大家好，我卡颂。

React源码内部在实现不同模块时用到了多种算法与数据机构（比如调度器使用了小顶堆）。

今天要聊的是数据缓存相关的LRU算法。内容包含四方面：

• 介绍一个React特性
• 这个特性和LRU算法的关系
• LRU算法的原理
• React中LRU的实现

可以说是从入门到实现都会讲到，所以内容比较多，建议点个赞收藏慢慢食用。

一切的起点：Suspense

在React16.6引入了Suspense和React.lazy，用来分割组件代码。

对于如下代码：

import A from './A';
import B from './B';

function App() {
  return (
    <div>
      <A/>
      <B/>
    </div>
  )
}

经由打包工具打包后生成：

• chunk.js（包含A、B、App组件代码）

对于首屏渲染，如果B组件不是必需的，可以将其代码分割出去。只需要做如下修改：

// 之前
import B from './B';
// 之后
const B = React.lazy(() => import('./B'));

经由打包工具打包后生成：

• chunk.js（包含A、App组件代码）
• b.js（包含B组件代码）

这样，B组件代码会在首屏渲染时以jsonp的形式被请求，请求返回后再渲染。

为了在B请求返回之前显示占位符，需要使用Suspense：

// 之前，省略其余代码
return (
  <div>
    <A/>
    <B/>
  </div>
)
// 之后，省略其余代码
return (
  <div>
    <A/>
    <Suspense fallback={<div>loading...</div>}>
      <B/>
    </Suspense>
  </div>
)

B请求返回前会渲染<div>loading.。.</div>作为占位符。

可见，Suspense的作用是：

在异步内容返回前，显示占位符（fallback属性），返回后显示内容

再观察下使用Suspense后组件返回的JSX结构，会发现一个很厉害的细节：

return (
  <div>
    <A/>
    <Suspense fallback={<div>loading...</div>}>
      <B/>
    </Suspense>
  </div>
)

从这段JSX中完全看不出组件B是异步渲染的！

同步和异步的区别在于：

• 同步：开始 -> 结果
• 异步：开始 -> 中间态 -> 结果

Suspense可以将包裹在其中的子组件的中间态逻辑收敛到自己身上来处理（即Suspense的fallback属性），所以子组件不需要区分同步、异步。

那么，能不能将Suspense的能力从React.lazy（异步请求组件代码）推广到所有异步操作呢？

答案是可以的。

resource的大作为

React仓库是个monorepo，包含多个库（比如react、react-dom），其中有个和Suspense结合的缓存库 —— react-cache，让我们看看他的用处。

假设我们有个请求用户数据的方法fetchUser：

const fetchUser = (id) => {
  return fetch(`xxx/user/${id}`).then(
    res => res.json()
  )
};

经由react-cache的createResource方法包裹，他就成为一个resource（资源）：

import {unstable_createResource as createResource} from 'react-cache';

const userResource = createResource(fetchUser);

resource配合Suspense就能以同步的方式编写异步请求数据的逻辑：

function User({ userID }) {
  const data = userResource.read(userID);
  
  return (
    <div>
      <p>name: {data.name}</p>
      <p>age: {data.age}</p>
    </div>
  )
}

可以看到，userResource.read完全是同步写法，其内部会调用fetchUser。

背后的逻辑是：

1. 首次调用userResource.read，会创建一个promise（即fetchUser的返回值）
2. throw promise
3. React内部catch promise后，离User组件最近的祖先Suspense组件渲染fallback
4. promise resolve后，User组件重新render
5. 此时再调用userResource.read会返回resolve的结果（即fetchUser请求的数据），使用该数据继续render

从步骤1和步骤5可以看出，对于一个请求，userResource.read可能会调用2次，即：

• 第一次发送请求、返回promise
• 第二次返回请求到的数据

所以userResource内部需要缓存该promise的值，缓存的key就是userID：

const data = userResource.read(userID);

由于userID是User组件的props，所以当User组件接收不同的userID时，userResource内部需要缓存不同userID对应的promise。

如果切换100个userID，就会缓存100个promise。显然我们需要一个缓存清理算法，否则缓存占用会越来越多，直至溢出。

react-cache使用的缓存清理算法就是LRU算法。

LRU原理

LRU（Least recently used，最近最少使用）算法的核心思想是：

如果数据最近被访问过，那么将来被访问的几率也更高

所以，越常被使用的数据权重越高。当需要清理数据时，总是清理最不常使用的数据。

react-cache中LRU的实现

react-cache的实现包括两部分：

• 数据的存取
• LRU算法实现

数据的存取

每个通过createResource创建的resource都有一个对应map，其中：

• 该map的key为resource.read(key)执行时传入的key
• 该map的value为resource.read(key)执行后返回的promise

在我们的userResource例子中，createResource执行后会创建map：

const userResource = createResource(fetchUser);

userResource.read首次执行后会在该map中设置一条userID为key，promise为value的数据（被称为一个entry）：

const data = userResource.read(userID);

要获取某个entry，需要知道两样东西：

• entry对应的key
• entry所属的resource

LRU算法实现

react-cache使用双向环状链表实现LRU算法，包含三个操作：插入、更新、删除。

插入操作

首次执行userResource.read(userID)，得到entry0（简称n0），他会和自己形成环状链表：

此时first（代表最高权重）指向n0。

改变userID props后，执行userResource.read(userID)，得到entry1（简称n1）：

此时n0与n1形成环状链表，first指向n1。

如果再插入n2，则如下所示：

可以看到，每当加入一个新entry，first总是指向他，暗含了LRU中新的总是高权重的思想。

更新操作

每当访问一个entry时，由于他被使用，他的权重会被更新为最高。

对于如下n0 n1 n2，其中n2权重最高（first指向他）：

当再次访问n1时，即调用如下函数时：

userResource.read(n1对应userID);

n1会被赋予最高权重：

删除操作

当缓存数量超过设置的上限时，react-cache会清除权重较低的缓存。

对于如下n0 n1 n2，其中n2权重最高（first指向他）：

如果缓存最大限制为1（即只缓存一个entry），则会迭代清理first.previous，直到缓存数量为1。

即首先清理n0：

接着清理n1：

每次清理后也会将map中对应的entry删掉。

完整LRU实现见react-cache LRU

总结

除了React.lazy、react-cache能结合Suspense，只要发挥想象力，任何异步流程都可以收敛到Suspense中，比如React Server Compontnt、流式SSR。

随着底层React18在年底稳定，相信未来这种同步写法的开发模式会逐渐成为主流。

不管未来React开发出多少新奇玩意儿，底层永远是这些基础算法与数据结构。

真是朴素无华且枯燥......