自己动手写 React源码 ——【5】实现 Render 阶段

深入理解 React 源码，带你从零实现 React v18 的核心功能，构建自己的 React 库。
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在上一节，我们探讨了 React 应用在首次渲染或后续更新时的整体更新流程。在 Reconciler 工作流程中，beginWork 和 completeWork 两个方法起到了关键作用。beginWork 负责构建表示更新的 Fiber 树，而 completeWork 则将这个 Fiber 树映射到实际的 DOM 结构上。接下来，我们将深入实现这两个方法。

1. 开发环境打印日志

首先，在开发环境下增加 __DEV__ 标识，以便在开发环境中方便地打印日志：

pnpm i -D -w @rollup/plugin-replace

安装完成后，在 scripts/rollup/utils.js 中引入：

// scripts/rollup/utils.js
// ...
import replace from '@rollup/plugin-replace';

// ...

export function getBaseRollupPlugins({
    alias = { __DEV__: true },
    typescript = {}
} = {}) {
    return [replace(alias), cjs(), ts(typescript)];
}

这样我们就可以在开发环境中打印日志了。

2. 实现 beginWork

beginWork 函数在向下遍历阶段执行，根据 Fiber 节点的类型（HostRoot、HostComponent、HostText）分发任务给不同的处理函数，处理具体节点类型的更新逻辑：

HostRoot
- 表示根节点，即应用的最顶层节点；
- 调用 updateHostRoot 函数，处理根节点的更新，包括协调处理根节点的属性以及子节点的更新逻辑；
- 调用 reconcileChildren 函数，处理根节点的子节点，可能会递归调用其他协调函数；
- 返回 workInProgress.child 表示经过协调后的新的子节点链表；
HostComponent
- 表示原生 DOM 元素节点，例如 <div>、<span> 等；
- 调用 updateHostComponent 函数，处理原生 DOM 元素节点的更新，负责协调处理属性和子节点的更新逻辑；
- 调用 reconcileChildren 函数，处理原生 DOM 元素的子节点更新；
- 返回 workInProgress.child 表示经过协调后的新的子节点链表；
HostText
- 表示文本节点，即 DOM 中的文本内容，例如 <p>123</p> 中的 123；
- 调用 updateHostText 函数，协调处理文本节点的内容更新；
- 返回 null 表示已经是叶子节点，没有子节点了；

其中 reconcileChildren 函数的作用是，通过对比子节点的 current FiberNode 与子节点的 ReactElement，来生成子节点对应的 workInProgress FiberNode。（current 是与视图中真实 UI 对应的 Fiber 树，workInProgress 是触发更新后正在 Reconciler 中计算的 Fiber 树。）

// packages/react-reconciler/src/beginWork.ts
import { ReactElementType } from 'shared/ReactTypes';
import { FiberNode } from './fiber';
import { UpdateQueue, processUpdateQueue } from './updateQueue';
import { HostComponent, HostRoot, HostText } from './workTags';
import { reconcileChildFibers, mountChildFibers } from './childFiber';

// 比较并返回子 FiberNode
export const beginWork = (workInProgress: FiberNode) => {
    switch (workInProgress.tag) {
        case HostRoot:
            return updateHostRoot(workInProgress);
        case HostComponent:
            return updateHostComponent(workInProgress);
        case HostText:
            return updateHostText();
        default:
            if (__DEV__) {
                console.warn('beginWork 未实现的类型', workInProgress.tag);
            }
            break;
    }
};

function updateHostRoot(workInProgress: FiberNode) {
    // 根据当前节点和工作中节点的状态进行比较，处理属性等更新逻辑
    const baseState = workInProgress.memoizedState;
    const updateQueue = workInProgress.updateQueue as UpdateQueue<Element>;
    const pending = updateQueue.shared.pending;
    // 清空更新链表
    updateQueue.shared.pending = null;
    // 计算待更新状态的最新值
    const { memoizedState } = processUpdateQueue(baseState, pending);
    workInProgress.memoizedState = memoizedState;

    // 处理子节点的更新逻辑
    const nextChildren = workInProgress.memoizedState;
    reconcileChildren(workInProgress, nextChildren);

    // 返回新的子节点
    return workInProgress.child;
}

function updateHostComponent(workInProgress: FiberNode) {
    const nextProps = workInProgress.pendingProps;
    const nextChildren = nextProps.children;
    reconcileChildren(workInProgress, nextChildren);
    return workInProgress.child;
}

function updateHostText() {
    // 没有子节点，直接返回 null
    return null;
}

// 对比子节点的 current FiberNode 与 子节点的 ReactElement
// 生成子节点对应的 workInProgress FiberNode
function reconcileChildren(
    workInProgress: FiberNode,
    children?: ReactElementType
) {
    // alternate 指向节点的备份节点，即 current
    const current = workInProgress.alternate;
    if (current !== null) {
        // 组件的更新阶段
        workInProgress.child = reconcileChildFibers(
            workInProgress,
            current?.child,
            children
        );
    } else {
        // 首屏渲染阶段
        workInProgress.child = mountChildFibers(workInProgress, null, children);
    }
}

reconcileChildren 函数中调用了 reconcileChildFibers 和 mountChildFibers 两个函数，它们分别负责处理更新阶段和首次渲染阶段的子节点协调。

reconcileChildFibers:
- reconcileChildFibers 函数作用于组件的更新阶段，即当组件已经存在于 DOM 中，需要进行更新时。
- 主要任务是协调处理当前组件实例的子节点，对比之前的子节点（current）和新的子节点（workInProgress）之间的变化。
- 根据子节点的类型和 key 进行对比，决定是复用、更新、插入还是删除子节点，最终形成新的子节点链表。
mountChildFibers:
- mountChildFibers 函数作用于组件的首次渲染阶段，即当组件第一次被渲染到 DOM 中时。
- 主要任务是协调处理首次渲染时组件实例的子节点。
- 但此时是首次渲染，没有之前的子节点，所以主要是创建新的子节点链表。

// packages/react-reconciler/src/childFiber.ts
import { ReactElementType } from 'shared/ReactTypes';
import { FiberNode, createFiberFromElement } from './fiber';
import { REACT_ELEMENT_TYPE } from 'shared/ReactSymbols';
import { HostText } from './workTags';
import { Placement } from './fiberFlags';

function ChildReconciler(shouldTrackSideEffects: boolean) {
    // 处理单个 Element 节点的情况
    // 对比 currentFiber 与 ReactElement
    // 生成 workInProgress FiberNode
    function reconcileSingleElement(
        returnFiber: FiberNode,
        currentFiber: FiberNode | null,
        element: ReactElementType
    ) {
        const fiber = createFiberFromElement(element);
        fiber.return = returnFiber;
        return fiber;
    }

    // 处理文本节点的情况
    // 对比 currentFiber 与 ReactElement
    // 生成 workInProgress FiberNode
    function reconcileSingleTextNode(
        returnFiber: FiberNode,
        currentFiber: FiberNode | null,
        content: string | number
    ) {
        const fiber = new FiberNode(HostText, { content }, null);
        fiber.return = returnFiber;
        return fiber;
    }

    // 为 Fiber 节点添加更新 flags
    function placeSingleChild(fiber: FiberNode) {
        // 首屏渲染且追踪副作用时，才添加更新 flags
        if (shouldTrackSideEffects && fiber.alternate == null) {
            fiber.flags |= Placement;
        }
        return fiber;
    }

    // 闭包，根绝 shouldTrackSideEffects 返回不同 reconcileChildFibers 的实现
    return function reconcileChildFibers(
        returnFiber: FiberNode,
        currentFiber: FiberNode | null,
        newChild?: ReactElementType
    ) {
        // 判断当前 fiber 的类型
        // 单个 Element 节点
        if (typeof newChild == 'object' && newChild !== null) {
            switch (newChild.$$typeof) {
                case REACT_ELEMENT_TYPE:
                    return placeSingleChild(
                        reconcileSingleElement(returnFiber, currentFiber, newChild)
                    );

                default:
                    if (__DEV__) {
                        console.warn('未实现的 reconcile 类型', newChild);
                    }
                    break;
            }
        }

        // 多个 Element 节点
        if (Array.isArray(newChild)) {
            // TODO: 暂时不处理
            if (__DEV__) {
                console.warn('未实现的 reconcile 类型', newChild);
            }
        }

        // 文本节点
        if (typeof newChild == 'string' || typeof newChild == 'number') {
            return placeSingleChild(
                reconcileSingleTextNode(returnFiber, currentFiber, newChild)
            );
        }

        if (__DEV__) {
            console.warn('未实现的 reconcile 类型', newChild);
        }
        return null;
    };
}

// 组件的更新阶段中，追踪副作用
export const reconcileChildFibers = ChildReconciler(true);

// 首屏渲染阶段中不追踪副作用，只对根节点执行一次 DOM 插入操作
export const mountChildFibers = ChildReconciler(false);

// packages/react-reconciler/src/fiber.ts
// ...

// 根据 DOM 节点创建新的 Fiber 节点
export function createFiberFromElement(element: ReactElementType): FiberNode {
    const { type, key, props } = element;
    let fiberTag: WorkTag = FunctionComponent;
    if (typeof type == 'string') {
        // 如: <div/> 的 type: 'div'
        fiberTag = HostComponent;
    } else if (typeof type !== 'function' && __DEV__) {
        console.warn('未定义的 type 类型', element);
    }

    const fiber = new FiberNode(fiberTag, props, key);
    fiber.type = type;
    return fiber;
}

3. 实现 completeWork

completeWork 函数在向上遍历阶段执行，根据 Fiber 节点的类型（HostRoot、HostComponent、HostText 等）构建 DOM 节点，收集更新 flags，并根据更新 flags 执行不同的 DOM 操作：

HostComponent:
- 表示原生 DOM 元素节点；
- 构建 DOM 节点，并调用 appendAllChildren 函数将 DOM 插入到 DOM 树中；
- 收集更新 flags，并根据更新 flags 执行不同的 DOM 操作，例如插入新节点、更新节点属性、删除节点等；
HostText:
- 表示文本节点；
- 构建 DOM 节点，并将 DOM 插入到 DOM 树中；
- 收集更新 flags，根据 flags 的值，更新文本节点的内容；
HostRoot:
- 表示根节点；
- 会执行一些与根节点相关的最终操作，例如处理根节点的属性，确保整个应用更新完毕；

// packages/react-reconciler/src/completeWork.ts
import {
    appendInitialChild,
    createInstance,
    createTextInstance
} from 'hostConfig';
import { FiberNode } from './fiber';
import { HostComponent, HostRoot, HostText } from './workTags';
import { NoFlags } from './fiberFlags';

// 生成更新计划，计算和收集更新 flags
export const completeWork = (workInProgress: FiberNode) => {
    const newProps = workInProgress.pendingProps;
    const current = workInProgress.alternate;
    switch (workInProgress.tag) {
        case HostRoot:
            bubbleProperties(workInProgress);
            return null;

        case HostComponent:
            if (current !== null && workInProgress.stateNode !== null) {
                // TODO: 组件的更新阶段
            } else {
                // 首屏渲染阶段
                // 构建 DOM
                const instance = createInstance(workInProgress.type, newProps);
                // 将 DOM 插入到 DOM 树中
                appendAllChildren(instance, workInProgress);
                workInProgress.stateNode = instance;
            }
            // 收集更新 flags
            bubbleProperties(workInProgress);
            return null;

        case HostText:
            if (current !== null && workInProgress.stateNode !== null) {
                // TODO: 组件的更新阶段
            } else {
                // 首屏渲染阶段
                // 构建 DOM
                const instance = createTextInstance(newProps.content);
                workInProgress.stateNode = instance;
            }
            // 收集更新 flags
            bubbleProperties(workInProgress);
            return null;

        default:
            if (__DEV__) {
                console.warn('completeWork 未实现的类型', workInProgress);
            }
            return null;
    }
};

其中，appendAllChildren 函数负责递归地将组件的子节点添加到指定的 parent 中，它通过深度优先遍历 workInProgress 的子节点链表，处理每个子节点的类型。先处理当前节点的所有子节点，再处理兄弟节点。

如果它是原生 DOM 元素节点或文本节点，则将其添加到父节点中；如果是其他类型的组件节点并且有子节点，则递归处理其子节点。

// packages/react-reconciler/src/completeWork.ts
// ...

function appendAllChildren(
    parent: Container | Instance,
    workInProgress: FiberNode
) {
    let node = workInProgress.child;
    while (node !== null) {
        if (node.tag == HostComponent || node.tag == HostText) {
            // 处理原生 DOM 元素节点或文本节点
            appendInitialChild(parent, node.stateNode);
        } else if (node.child !== null) {
            // 递归处理其他类型的组件节点的子节点
            node.child.return = node;
            node = node.child;
            continue;
        }
        if (node == workInProgress) {
            return;
        }

        while (node.sibling === null) {
            if (node.return === null || node.return === workInProgress) {
                return;
            }
            node = node.return;
        }
        // 处理下一个兄弟节点
        node.sibling.return = node.return;
        node = node.sibling;
    }
}

而 bubbleProperties 函数则负责在 completeWork 函数向上遍历的过程中，通过向上冒泡子节点的 flags，将所有更新 flags 收集到根节点。主要包含以下步骤：

从当前需要冒泡属性的 Fiber 节点开始，检查是否有需要冒泡的属性。
如果当前节点有需要冒泡的属性，将这些属性冒泡到父节点的 subtreeFlags 或其他适当的属性中。
递归调用 bubbleProperties 函数，处理父节点，将属性继续冒泡到更上层的祖先节点，直至达到根节点。

// packages/react-reconciler/src/completeWork.ts
// ...

// 收集更新 flags，将子 FiberNode 的 flags 冒泡到父 FiberNode 上
function bubbleProperties(workInProgress: FiberNode) {
    let subtreeFlags = NoFlags;
    let child = workInProgress.child;
    while (child !== null) {
        subtreeFlags |= child.subtreeFlags;
        subtreeFlags |= child.flags;

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

    workInProgress.subtreeFlags |= subtreeFlags;
}

4. 位运算简介

flags 是 React 中很重要的一环，具体作用是通过二进制在每个 Fiber 节点保存其本身与子节点的 flags。在保存与处理 flags 时，使用了一些二进制运算符，我们来复习一下：

1. `|` 运算

| 运算的两个位都为 0 时，结果才为 0：

1 | 1 = 1
1 | 0 = 1
0 | 0 = 0

React 利用了 | 运算符的特性来存储 flags，如：

const NoFlags = /*            */ 0b0000000;
const PerformedWork = /*      */ 0b0000001;
const Placement = /*          */ 0b0000010;
const Update = /*             */ 0b0000100;
const ChildDeletion = /*      */ 0b0001000;

const flags = Placement | Update; //此时 flags = 0b0000110

2. `&` 运算

& 运算的两个位都为 1 时，结果才为 1：

1 & 1 = 1
1 & 0 = 0
0 & 0 = 0

React 中会用一个 flags & 某一个 flag，来判断 flags 中是否包含某一个 flag，如：

const flags = Placement | Update; //此时 flags = 0b0000110

Boolean(flags & Placement); // true, 说明 flags 中包含 Placement
Boolean(flags & ChildDeletion); // false, 说明 flags 中不包含 ChildDeletion

3. `~` 运算

～ 运算符会把每一位取反，0 变 1，1 变 0：

~1 = 0
~0 = 1

在 React 中，~ 运算符同样是常用操作，如：

let flags = Placement | Update; //此时 flags = 0b0000110

flags &= ~Placement; //此时 flags = 0b0000100

通过 ~ 运算符与 & 运算符的结合，从 flags 中删除了 Placement 这个 flag。

至此，我们就实现了 React 协调阶段中的 beginWork 和 completeWork 函数，生成了一棵表示更新的 Fiber 树，并收集了树中节点的更新 flags，下一节我们将根据这些 flags 执行对应的 DOM 操作。

相关代码可在 git tag v1.5 查看，地址：https://github.com/2xiao/my-react/tree/v1.5

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学完本书，你将有这些收获：
面试加分：框架底层原理是面试必问环节，熟悉 React 源码会为你的面试加分，也会为你拿下 offer 增加不少筹码；
提升开发效率：熟悉 React 源码之后，会对 React 的运行流程有新的认识，让你在日常的开发中，对性能优化、使用技巧和 bug 解决更加得心应手；
巩固基础知识：学习本书也顺便巩固了数据结构和算法，如 reconciler 中使用了 fiber、update、链表等数据结构，diff 算法要考虑怎样降低对比复杂度；
本书的特色：
教程详细，代码开源，带你构建自己的 React 库；
功能全面，可跑通官方测试用例；
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2. 实现 beginWork

3. 实现 completeWork

4. 位运算简介

1. `|` 运算

2. `&` 运算

3. `~` 运算

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