React18 之 Suspense

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本文作者：佳岚

Suspense

Suspense 组件我们并不陌生，中文名可以理解为暂停or悬停  , 在 React16 中我们通常在路由懒加载中配合 Lazy 组件一起使用 ，当然这也是官方早起版本推荐的唯一用法。

那它暂停了什么？ 进行异步网络请求，然后再拿到请求后的数据进行渲染是很常见的需求，但这不可避免的需要先渲染一次没有数据的页面，数据返回后再去重新渲染。so , 我们想要暂停的就是第一次的无数据渲染。

通常我们在没有使用Suspense 时一般采用下面这种写法, 通过一个isLoading状态来显示加载中或数据。这样代码是不会有任何问题，但我们需要手动去维护一个isLoading 状态的值。

const [data, isLoading] = fetchData("/api");
if (isLoading) {
  return <Spinner />;
}
return <MyComponent data={data} />;

当我们使用Suspense 后，使用方法会变为如下, 我们只需将进行异步数据获取的组件进行包裹，并将加载中组件通过fallback传入

return (
  <Suspense fallback={<Spinner />}>
    <MyComponent />
  </Suspense>
);

那 React 是如何知道该显示MyComponent还是Spinner的？

答案就在于MyComponent内部进行fetch远程数据时做了一些手脚。

export const App = () => {
  return (
    <div>
      <Suspense fallback={<Spining />}>
        <MyComponent />
      </Suspense>
    </div>
  );
};

function Spining() {
  return <p>loading...</p>;
}

let data = null;

function MyComponent() {
  if (!data) {
    throw new Promise((resolve) => {
      setTimeout(() => {
        data = 'kunkun';
        resolve(true);
      }, 2000);
    });
  }
  return (
    <p>
      My Component, data is {data}
    </p>
  );
}

Suspense是根据捕获子组件内的异常来实现决定展示哪个组件的。这有点类似于ErrorBoundary ，不过ErrorBoundary是捕获 Error 时就展示回退组件，而Suspense 捕获到的 Error 需要是一个Promise对象（并非必须是 Promise 类型，thenable 的都可以）。

我们知道 Promise 有三个状态，pending、fullfilled、rejected ，当我们进行远程数据获取时，会创建一个Promise，我们需要直接将这个Promise 作为Error进行抛出，由 Suspense 进行捕获，捕获后对该thenable对象的then方法进行回调注册thenable.then(retry) , 而 retry 方法就会开始一个调度任务进行更新，后面会详细讲。

知道了大致原理，这时还需要对我们的fetcher进行一层包裹才能实际运用。

// MyComponent.tsx
const getList = wrapPromise(fetcher('http://api/getList'));

export function MyComponent() {
  const data = getList.read();

  return (
    <ul>
      {data?.map((item) => (
        <li>{item.name}</li>
      ))}
    </ul>
  );
}

function fetcher(url) {
  return new Promise((resove, reject) => {
    setTimeout(() => {
      resove([{ name: 'This is Item1' }, { name: 'This is Item2' }]);
    }, 1000);
  });
}

// Promise包裹函数，用来满足Suspense的要求，在初始化时默认就会throw出去
function wrapPromise(promise) {
  let status = 'pending';
  let response;

  const suspend = promise.then(
    (res) => {
      status = 'success';
      response = res;
    },
    (err) => {
      status = 'error';
      response = err;
    }
  );
  const read = () => {
    switch (status) {
      case 'pending':
        throw suspend;
      default:
        return response;
    }
  };

  return { read };

从上述代码我们可以注意到，通过const data = getList.read() 这种同步的方式我们就能拿到数据了。 注意： 上面这种写法并非一种范式，目前官方也没有给出推荐的写法
为了与Suspense配合，则我们的请求可能会变得很不优雅 ，官方推荐是直接让我们使用第三方框架提供的能力使用Suspense请求数据，如 useSWR 等
下面时useSWR的示例，简明了很多，并且对于Profile组件，数据获取的写法可以看成是同步的了。

import { Suspense } from 'react'
import useSWR from 'swr'
 
function Profile () {
  const { data } = useSWR('/api/user', fetcher, { suspense: true })
  return <div>hello, {data.name}</div>
}
 
function App () {
  return (
    <Suspense fallback={<div>loading...</div>}>
      <Profile/>
    </Suspense>
  )
}

Suspense的另一种用法就是与懒加载lazy组件配合使用，在完成加载前展示Loading

<Suspense fallback={<GlobalLoading />}>
   {lazy(() => import('xxx/xxx.tsx'))}
</Suspense>

由此得出，通过lazy返回的组件也应该包裹一层类似如上的 Promise，我们看看 lazy 内部是如何实现的。
其中ctor就是我们传入的() => import('xxx/xxx.tsx'), 执行lazy也只是帮我们封装了层数据结构。ReactLazy.js

export function lazy<T>(
  ctor: () => Thenable<{default: T, ...}>,
): LazyComponent<T, Payload<T>> {
  const payload: Payload<T> = {
    // We use these fields to store the result.
    _status: Uninitialized,
    _result: ctor,
  };
  const lazyType: LazyComponent<T, Payload<T>> = {
    $$typeof: REACT_LAZY_TYPE,
    _payload: payload,
    _init: lazyInitializer,
  };
  return lazyType;
}

React 会在Reconciler过程中去实际执行，在协调的render阶段beginWork中可以看到对lazy单独处理的逻辑。 ReactFiberBeginWork.js

function mountLazyComponent(
  _current,
  workInProgress,
  elementType,
  renderLanes,
) {
  const props = workInProgress.pendingProps;
  const lazyComponent: LazyComponentType<any, any> = elementType;
  const payload = lazyComponent._payload;
  const init = lazyComponent._init;
    // 在此处初始化lazy
  let Component = init(payload);
    // 下略
}

那我们再来看看init干了啥，也就是封装前的lazyInitializer方法，整体跟我们之前实现的 fetch 封装是一样的。
ReactLazy.js

function lazyInitializer<T>(payload: Payload<T>): T {
  if (payload._status === Uninitialized) {
    const ctor = payload._result;
    // 这时候开始进行远程模块的导入
    const thenable = ctor();
    thenable.then(
      moduleObject => {
        if (payload._status === Pending || payload._status === Uninitialized) {
          // Transition to the next state.
          const resolved: ResolvedPayload<T> = (payload: any);
          resolved._status = Resolved;
          resolved._result = moduleObject;
        }
      },
      error => {
        if (payload._status === Pending || payload._status === Uninitialized) {
          // Transition to the next state.
          const rejected: RejectedPayload = (payload: any);
          rejected._status = Rejected;
          rejected._result = error;
        }
      },
    );
  }
  if (payload._status === Resolved) {
    const moduleObject = payload._result;
    }
    return moduleObject.default;
  } else {
    // 第一次执行肯定会先抛出异常
    throw payload._result;
  }
}

Suspense 底层是如何实现的？

其底层细节非常之多，在开始之前，我们先回顾下 React 的大致架构

Scheduler: 用于调度任务，我们每次setState可以看成是往其中塞入一个Task，由Scheduler内部的优先级策略进行判断何时调度运行该Task

Reconciler: 协调器，进行 diff 算法，构建 fiber 树

Renderer: 渲染器，将 fiber 渲染成 dom 节点

Fiber 树的结构, 在 reconciler 阶段，采用深度优先的方式进行遍历，往下递即调用beginWork的过程，往上回溯即调用ComplteWork的过程

我们先直接进入Reconciler 中分析下Suspense的fiber节点是如何被创建的
beginWork

function beginWork(
  current: Fiber | null,
  workInProgress: Fiber,
  renderLanes: Lanes,
): Fiber | null {
    switch (workInProgress.tag) {
        case HostText:
      return updateHostText(current, workInProgress);
    case SuspenseComponent:
      return updateSuspenseComponent(current, workInProgress, renderLanes);
        // 省略其他类型
    }
}

• 在beginWork中会根据**不同的组件类型**执行不同的创建方法， 而Suspense 对应的会进入到updateSuspenseComponent

updateSuspenseComponent

function updateSuspenseComponent(current, workInProgress, renderLanes) {
  const nextProps = workInProgress.pendingProps;

  let showFallback = false;
  // 标识该Suspense是否已经捕获过子组件的异常了
  const didSuspend = (workInProgress.flags & DidCapture) !== NoFlags;

  if (
    didSuspend
  ) {
    showFallback = true;
    workInProgress.flags &= ~DidCapture;
  } 

  // 第一次组件加载
  if (current === null) {

    const nextPrimaryChildren = nextProps.children;
    const nextFallbackChildren = nextProps.fallback;
   
    // 第一次默认不展示fallback，因为要先走到children后才会产生异常
    if (showFallback) {
      const fallbackFragment = mountSuspenseFallbackChildren(
        workInProgress,
        nextPrimaryChildren,
        nextFallbackChildren,
        renderLanes,
      );
      const primaryChildFragment: Fiber = (workInProgress.child: any);
      primaryChildFragment.memoizedState = mountSuspenseOffscreenState(
        renderLanes,
      );

      return fallbackFragment;
    } 
     else {
      return mountSuspensePrimaryChildren(
        workInProgress,
        nextPrimaryChildren,
        renderLanes,
      );
    }
  } else {
    // 如果是更新，操作差不多，此处略
  }
}

• 第一次updateSuspenseComponent 时 ，我们会把mountSuspensePrimaryChildren 的结果作为下一个需要创建的fiber ， 因为需要先去触发异常。
• 实际上mountSuspensePrimaryChildren  会为我们的PrimaryChildren 在包上一层OffscreenFiber 。

function mountSuspensePrimaryChildren(
  workInProgress,
  primaryChildren,
  renderLanes,
) {
  const mode = workInProgress.mode;
  const primaryChildProps: OffscreenProps = {
    mode: 'visible',
    children: primaryChildren,
  };
  const primaryChildFragment = mountWorkInProgressOffscreenFiber(
    primaryChildProps,
    mode,
    renderLanes,
  );
  primaryChildFragment.return = workInProgress;
  workInProgress.child = primaryChildFragment;
  return primaryChildFragment;
}

什么是OffscreenFiber/Component  ？
通过其需要的 mode 参数值，我们可以大胆的猜测，应该是一个能控制是否显示子组件的组件，如果hidden，则会通过 CSS 样式隐藏子元素。

在这之后的 Fiber 树结构

当我们向下执行到MyComponent 时，由于抛出了错误，当前的reconciler阶段会被暂停
让我们再回到 Reconciler 阶段的起始点可以看到有Catch语句。renderRootConcurrent

function renderRootConcurrent(root: FiberRoot, lanes: Lanes) {
 // 省略..
  do {
    try {
      workLoopConcurrent();
      break;
    } catch (thrownValue) {
      handleError(root, thrownValue);
    }
  } while (true);
 // 省略..
}

performConcurrentWorkOnRoot(root, didTimeout) {
    // 省略..
    let exitStatus = shouldTimeSlice
    ? renderRootConcurrent(root, lanes)
    : renderRootSync(root, lanes);
  // 省略..
}

我们再看看错误处理函数handleError中做了些什么  handleError

function handleError(root, thrownValue): void {
    // 这时的workInProgress指向MyComponent
  let erroredWork = workInProgress;
  try {
    throwException(
      root,
      erroredWork.return,
      erroredWork,
      thrownValue,
      workInProgressRootRenderLanes,
    );
    completeUnitOfWork(erroredWork);
}

function throwException(root: FiberRoot, returnFiber: Fiber, sourceFiber: Fiber, value: mixed, rootRenderLanes: Lanes) 
{
  // 给MyComponent打上未完成标识
  sourceFiber.flags |= Incomplete;

  if (
    value !== null &&
    typeof value === 'object' &&
    typeof value.then === 'function'
  ) {
    // wakeable就是我们抛出的Promise
    const wakeable: Wakeable = (value: any);

    // 向上找到第一个Suspense边界
    const suspenseBoundary = getNearestSuspenseBoundaryToCapture(returnFiber);
    if (suspenseBoundary !== null) {
      // 打上标识
      suspenseBoundary.flags &= ~ForceClientRender;
      suspenseBoundary.flags |= ShouldCapture;
      // 注册监听器
            attachRetryListener(suspenseBoundary, root, wakeable, rootRenderLanes);
            return;
  }
}

主要做了三件事

• 给抛出错误的组件打上Incomplete标识
• 如果捕获的错误是 thenable 类型，则认定为是 Suspense 的子组件，向上找到最接近的一个Suspense 边界，并打上ShouldCapture 标识
• 执行attachRetryListener 对 Promise 错误监听，当状态改变后开启一个调度任务重新渲染 Suspense

在错误处理的事情做完后，就不应该再往下递了，开始调用completeUnitOfWork往上归， 这时由于我们给 MyComponent 组件打上了Incomplete 标识，这个标识表示由于异常等原因渲染被搁置，那我们是不是就要开始往上找能够处理这个异常的组件？

我们再看看completeUnitOfWork 干了啥

function completeUnitOfWork(unitOfWork: Fiber): void {
 // 大致逻辑
  let completedWork = unitOfWork;
  if ((completedWork.flags & Incomplete) !== NoFlags) {
      const next = unwindWork(current, completedWork, subtreeRenderLanes);
            if (next) {
                    workInProgress = next;
                    return
            }
            // 给父节点打上Incomplete标记
            if (returnFiber !== null) {
              returnFiber.flags |= Incomplete;
              returnFiber.subtreeFlags = NoFlags;
              returnFiber.deletions = null;
            }
    }
}

可以看到最终打上Incomplete 标识的组件都会进入unwindWork流程 ， 并一直将祖先节点打上Incomplete 标识，直到unwindWork 中找到一个能处理异常的边界组件，也就ClassComponent, SuspenseComponent , 会去掉ShouldCapture标识，加上DidCapture标识

这时，对于Suspense来说需要的DidCapture已经拿到了，下面就是重新从Suspense 开始走一遍beginWork流程

再次回到 Suspense 组件, 这时由于有了DidCapture 标识，则展示fallback
对于fallback组件的fiber节点是通过mountSuspenseFallbackChildren 生成的

function mountSuspenseFallbackChildren(
  workInProgress,
  primaryChildren,
  fallbackChildren,
  renderLanes,
) {
  const primaryChildProps: OffscreenProps = {
    mode: 'hidden',
    children: primaryChildren,
  };

  let primaryChildFragment = mountWorkInProgressOffscreenFiber(
      primaryChildProps,
      mode,
      NoLanes,
    );
  let fallbackChildFragment = createFiberFromFragment(
      fallbackChildren,
      mode,
      renderLanes,
      null,
    );

  primaryChildFragment.return = workInProgress;
  fallbackChildFragment.return = workInProgress;
  primaryChildFragment.sibling = fallbackChildFragment;
  workInProgress.child = primaryChildFragment;
  return fallbackChildFragment;
}

它主要做了三件事

• 将PrimaryChild 即Offscreen组件通过css隐藏
• 将fallback组件又包了层Fragment 返回
• 将fallbackChild 作为sibling链接至PrimaryChild

到这时渲染 fallback 的 fiber 树已经基本构建完了，之后进入commit阶段从根节点rootFiber开始深度遍历该fiber树 进行 render。

等待一段时间后，primary组件数据返回，我们之前在handleError中添加的监听器attachRetryListener 被触发，开始新的一轮任务调度。注：源码中调度回调实际在 Commit 阶段才添加的。

这时由于Suspense 节点已经存在，则走的是updateSuspensePrimaryChildren 中的逻辑，与之前首次加载时 monutSuspensePrimaryChildren不同的是多了删除的操作, 在 commit 阶段时则会删除fallback 组件, 展示primary组件。updateSuspensePrimaryChildren

if (currentFallbackChildFragment !== null) {
    // Delete the fallback child fragment
    const deletions = workInProgress.deletions;
    if (deletions === null) {
      workInProgress.deletions = [currentFallbackChildFragment];
      workInProgress.flags |= ChildDeletion;
    } else {
      deletions.push(currentFallbackChildFragment);
    }
  }

至此，Suspense 的一生我们粗略的过完了，在源码中对 Suspense 的处理非常多，涉及到优先级相关的本篇都略过。
Suspense 中使用了Offscreen组件来渲染子组件，这个组件的特性是能根据传入 mode 来控制子组件样式的显隐，这有一个好处，就是能保存组件的状态，有些许类似于 Vue 的keep-alive 。其次，它拥有着最低的调度优先级，比空闲时优先级还要低，这也意味着当 mode 切换时，它会被任何其他调度任务插队打断掉。

useTransition

useTransition 可以让我们在不阻塞 UI 渲染的情况下更新状态。useTransition 和 startTransition 允许将某些更新标记为低优先级更新。默认情况下，其他更新被视为紧急更新。React 将允许更紧急的更新（例如更新文本输入）来中断不太紧急的更新（例如展示搜索结果列表）。
其核心原理其实就是将startTransition 内调用的状态变更方法都标识为低优先级的lane (lane优先级参考)去更新。

const [isPending, startTransition] = useTransition()

startTransition(() => {
    setData(xxx)
})

一个输入框的例子

function Demo() {
  const [value, setValue] = useState();
  const [isPending, startTransition] = useTransition();

  return (
    <div>
      <h1>useTramsotopm Demo</h1>
      <input
        onChange={(e) => {
          startTransition(() => {
            setValue(e.target.value);
          });
        }}
      />
      <hr />
      {isPending ? <p>加载中。。</p> : <List value={value} />}
    </div>
  );
}

function List({ value }) {
  const items = new Array(5000).fill(1).map((_, index) => {
    return (
      <li>
        <ListItem index={index} value={value} />
      </li>
    );
  });
  return <ul>{items}</ul>;
}

function ListItem({ index, value }) {
  return (
    <div>
      <span>index: </span>
      <span>{index}</span>
      <span>value: </span>
      <span>{value}</span>
    </div>
  );
}

当我每次进行输入时，会触发 List 进行大量更新，但由于我使用了startTransition  对List的更新进行延后 ，所以Input输入框不会出现明显卡顿现象
演示地址https://stackblitz.com/edit/stackblitz-starters-kmkcjs?file=src%2Ftransition%2FList.tsx

由于更新被滞后了，所以我们怎么知道当前有没有被更新呢？
这时候第一个返回参数isPending 就是用来告诉我们当前是否还在等待中。
但我们可以看到，input组件目前是非受控组件 ，如果改为受控组件 ，即使使用了startTransition 一样会出现卡顿，因为 input 响应输入事件进行状态更新应该是要同步的。
所以这时候下面介绍的useDeferredValue 作用就来了。

useDeferredValue

useDeferredValue 可让您推迟更新部分 UI， 它与useTransition 做的事差不多，不过useTransition 是在状态更新层，推迟状态更新来实现非阻塞，而useDeferredValue 则是在状态已经更新后，先使用状态更新前的值进行渲染，来延迟因状态变化而导致的组件重新渲染。

它的基本用法

function Page() {
  const [value, setValue] = useState('');
  const deferredValue = useDeferredValue(setValue);
}

我们再用useDeferredValue 去实现上面输入框的例子

function Demo() {
  const [value, setValue] = useState('');
  const deferredValue = useDeferredValue(value);

  return (
    <div>
      <h1>useDeferedValue Demo</h1>
      <input
        value={value}
        onChange={(e) => {
          setValue(e.target.value)
        }}
      />
      <hr />
      <List value={deferredValue} />
    </div>
  );
}

我们将input作为受控组件 ，对于会因输入框值而造成大量渲染的List,我们使用deferredValue 。

其变化过程如下

1. 当输入变化时，deferredValue 首先会是变化前的旧值进行重新渲染，由于值没有变，所以 List 没有重新渲染，也就没有出现阻塞情况，这时，input 的值能够实时响应到页面上。
2. 在这次旧值渲染完成后，deferredValue 变更为新的值，React 会在后台开始对新值进行重新渲染，List 组件开始 rerender，且此次 rerender 会被标识为低优先级渲染，能够被中断
3. 如果此时又有输入框输入，则中断此次后台的重新渲染，重新走1，2的流程

我们可以打印下deferredValue  的值看下
初始情况输入框为1，打印了两次1

输入2时，再次打印了两次1，随后打印了两次2

参考

• React 从 v15 升级到 v16 后，为什么要重构底层架构
• React技术揭秘
• React Suspense官方文档

最后

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• 轻量级的 Web IDE UI 框架——Molecule
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