react?hooks實現原理源碼分析

React Hooks 實現原理源碼分析

引言

React Hooks 是 React 16.8 引入的一項新特性，它允許你在不編寫 class 的情況下使用 state 和其他 React 特性。Hooks 的引入極大地簡化了 React 組件的編寫方式，使得函數組件能夠擁有類組件的能力。本文將深入探討 React Hooks 的實現原理，并通過源碼分析來揭示其背后的工作機制。

1. React Hooks 概述

1.1 什么是 React Hooks

React Hooks 是一組函數，允許你在函數組件中使用 state、生命周期方法、context 等 React 特性。常見的 Hooks 包括 useState、useEffect、useContext、useReducer 等。

1.2 Hooks 的優勢

• 簡化代碼：Hooks 使得函數組件能夠擁有類組件的能力，減少了代碼的復雜性。
• 邏輯復用：Hooks 使得邏輯復用更加容易，可以通過自定義 Hooks 來封裝和復用邏輯。
• 更好的代碼組織：Hooks 允許你將相關的邏輯放在一起，而不是分散在不同的生命周期方法中。

2. React Hooks 的實現原理

2.1 Hooks 的核心概念

React Hooks 的核心概念是 “狀態與邏輯的分離”。Hooks 允許你在函數組件中定義和管理狀態，而不需要將其與組件的生命周期方法耦合在一起。

2.2 Hooks 的實現機制

React Hooks 的實現依賴于 React 的 Fiber 架構。Fiber 是 React 16 引入的一種新的渲染機制，它允許 React 在渲染過程中進行中斷和恢復。Hooks 的實現利用了 Fiber 架構中的 鏈表結構 來管理組件的狀態和副作用。

2.3 Hooks 的數據結構

在 React 內部，每個組件都有一個對應的 Fiber 節點。Fiber 節點中有一個 memoizedState 字段，用于存儲組件的狀態。對于使用 Hooks 的函數組件，memoizedState 字段指向一個鏈表，鏈表中的每個節點對應一個 Hook。

type Hook = {
  memoizedState: any, // 當前 Hook 的狀態
  baseState: any, // 初始狀態
  baseQueue: Update<any, any> | null, // 更新隊列
  queue: UpdateQueue<any, any> | null, // 更新隊列
  next: Hook | null, // 下一個 Hook
};

2.4 Hooks 的執行順序

React Hooks 的一個重要特性是 Hooks 的執行順序必須保持一致。這是因為 React 依賴于 Hooks 的執行順序來正確地管理狀態。如果 Hooks 的執行順序發生變化，React 將無法正確地跟蹤和更新狀態。

3. useState 的實現原理

3.1 useState 的基本用法

useState 是 React 提供的一個 Hook，用于在函數組件中定義和管理狀態。

const [state, setState] = useState(initialState);

3.2 useState 的實現機制

useState 的實現依賴于 React 的 Fiber 架構 和 鏈表結構。當組件首次渲染時，React 會為每個 useState 調用創建一個 Hook 對象，并將其添加到鏈表中。當狀態更新時，React 會遍歷鏈表，找到對應的 Hook 對象，并更新其狀態。

function useState(initialState) {
  const hook = mountWorkInProgressHook();
  if (typeof initialState === 'function') {
    initialState = initialState();
  }
  hook.memoizedState = hook.baseState = initialState;
  const queue = (hook.queue = {
    pending: null,
    dispatch: null,
    lastRenderedReducer: basicStateReducer,
    lastRenderedState: initialState,
  });
  const dispatch = (queue.dispatch = dispatchAction.bind(
    null,
    currentlyRenderingFiber,
    queue,
  ));
  return [hook.memoizedState, dispatch];
}

3.3 useState 的狀態更新

當調用 setState 時，React 會創建一個更新對象，并將其添加到 Hook 的更新隊列中。然后，React 會調度一次重新渲染，并在渲染過程中處理更新隊列，更新狀態。

function dispatchAction(fiber, queue, action) {
  const update = {
    action,
    next: null,
  };
  const pending = queue.pending;
  if (pending === null) {
    update.next = update;
  } else {
    update.next = pending.next;
    pending.next = update;
  }
  queue.pending = update;
  scheduleWork(fiber, expirationTime);
}

4. useEffect 的實現原理

4.1 useEffect 的基本用法

useEffect 是 React 提供的一個 Hook，用于在函數組件中執行副作用操作。

useEffect(() => {
  // 副作用操作
  return () => {
    // 清理操作
  };
}, [dependencies]);

4.2 useEffect 的實現機制

useEffect 的實現依賴于 React 的 Fiber 架構 和 調度機制。當組件首次渲染時，React 會為每個 useEffect 調用創建一個 Hook 對象，并將其添加到鏈表中。當組件更新時，React 會遍歷鏈表，找到對應的 Hook 對象，并執行副作用操作。

function useEffect(create, deps) {
  const hook = mountWorkInProgressHook();
  const nextDeps = deps === undefined ? null : deps;
  hook.memoizedState = pushEffect(
    HookHasEffect | hookEffectTag,
    create,
    undefined,
    nextDeps,
  );
}

4.3 useEffect 的副作用執行

當組件渲染完成后，React 會調度一次副作用操作。在副作用操作執行之前，React 會先執行上一次的清理操作（如果存在）。然后，React 會執行當前的副作用操作，并將其清理操作保存起來，以便在下一次更新時執行。

function commitHookEffectList(unmountTag, mountTag, finishedWork) {
  let updateQueue = finishedWork.updateQueue;
  let lastEffect = updateQueue !== null ? updateQueue.lastEffect : null;
  if (lastEffect !== null) {
    let firstEffect = lastEffect.next;
    let effect = firstEffect;
    do {
      if ((effect.tag & unmountTag) !== NoEffect) {
        const destroy = effect.destroy;
        effect.destroy = undefined;
        if (destroy !== undefined) {
          destroy();
        }
      }
      if ((effect.tag & mountTag) !== NoEffect) {
        const create = effect.create;
        effect.destroy = create();
      }
      effect = effect.next;
    } while (effect !== firstEffect);
  }
}

5. useReducer 的實現原理

5.1 useReducer 的基本用法

useReducer 是 React 提供的一個 Hook，用于在函數組件中管理復雜的狀態邏輯。

const [state, dispatch] = useReducer(reducer, initialState);

5.2 useReducer 的實現機制

useReducer 的實現與 useState 類似，都是依賴于 React 的 Fiber 架構 和 鏈表結構。不同的是，useReducer 使用了一個 reducer 函數 來處理狀態更新。

function useReducer(reducer, initialState, initialAction) {
  const hook = mountWorkInProgressHook();
  let initialStateArg = initialState;
  if (initialAction !== undefined) {
    initialStateArg = reducer(initialState, initialAction);
  }
  hook.memoizedState = hook.baseState = initialStateArg;
  const queue = (hook.queue = {
    pending: null,
    dispatch: null,
    lastRenderedReducer: reducer,
    lastRenderedState: initialStateArg,
  });
  const dispatch = (queue.dispatch = dispatchAction.bind(
    null,
    currentlyRenderingFiber,
    queue,
  ));
  return [hook.memoizedState, dispatch];
}

5.3 useReducer 的狀態更新

當調用 dispatch 時，React 會創建一個更新對象，并將其添加到 Hook 的更新隊列中。然后，React 會調度一次重新渲染，并在渲染過程中處理更新隊列，更新狀態。

function dispatchAction(fiber, queue, action) {
  const update = {
    action,
    next: null,
  };
  const pending = queue.pending;
  if (pending === null) {
    update.next = update;
  } else {
    update.next = pending.next;
    pending.next = update;
  }
  queue.pending = update;
  scheduleWork(fiber, expirationTime);
}

6. useContext 的實現原理

6.1 useContext 的基本用法

useContext 是 React 提供的一個 Hook，用于在函數組件中訪問 Context 的值。

const value = useContext(MyContext);

6.2 useContext 的實現機制

useContext 的實現依賴于 React 的 Context API。當組件渲染時，React 會從當前的 Context 中獲取值，并將其存儲在 Hook 對象中。

function useContext(Context) {
  const contextItem = {
    context: Context,
    memoizedValue: null,
    next: null,
  };
  const hook = mountWorkInProgressHook();
  hook.memoizedState = contextItem;
  return readContext(Context);
}

6.3 useContext 的 Context 更新

當 Context 的值發生變化時，React 會重新渲染所有依賴該 Context 的組件，并更新其 Hook 對象中的值。

function readContext(Context) {
  const contextValue = Context._currentValue;
  return contextValue;
}

7. 自定義 Hooks 的實現原理

7.1 自定義 Hooks 的基本用法

自定義 Hooks 是一種將組件邏輯提取到可重用函數中的方式。自定義 Hooks 可以調用其他 Hooks，并且可以在多個組件中復用。

function useCustomHook() {
  const [state, setState] = useState(initialState);
  useEffect(() => {
    // 副作用操作
  }, [state]);
  return [state, setState];
}

7.2 自定義 Hooks 的實現機制

自定義 Hooks 的實現機制與 React 內置的 Hooks 類似，都是依賴于 React 的 Fiber 架構 和 鏈表結構。自定義 Hooks 可以調用其他 Hooks，并且可以在多個組件中復用。

function useCustomHook() {
  const [state, setState] = useState(initialState);
  useEffect(() => {
    // 副作用操作
  }, [state]);
  return [state, setState];
}

7.3 自定義 Hooks 的狀態管理

自定義 Hooks 的狀態管理與 React 內置的 Hooks 類似，都是通過 useState 或 useReducer 來管理狀態。自定義 Hooks 可以封裝復雜的邏輯，并將其暴露給組件使用。

function useCustomHook() {
  const [state, setState] = useState(initialState);
  useEffect(() => {
    // 副作用操作
  }, [state]);
  return [state, setState];
}

8. React Hooks 的源碼分析

8.1 React 源碼結構

React 的源碼結構非常復雜，包含了大量的模塊和文件。Hooks 的實現主要集中在 react-reconciler 和 react 模塊中。

8.2 Hooks 的核心源碼

Hooks 的核心源碼主要集中在 ReactFiberHooks.js 文件中。該文件定義了 Hooks 的數據結構、執行順序、狀態更新等核心邏輯。

// ReactFiberHooks.js
function mountWorkInProgressHook() {
  const hook = {
    memoizedState: null,
    baseState: null,
    baseQueue: null,
    queue: null,
    next: null,
  };
  if (workInProgressHook === null) {
    currentlyRenderingFiber.memoizedState = workInProgressHook = hook;
  } else {
    workInProgressHook = workInProgressHook.next = hook;
  }
  return workInProgressHook;
}

8.3 Hooks 的狀態更新源碼

Hooks 的狀態更新源碼主要集中在 ReactFiberHooks.js 文件中。該文件定義了 Hooks 的狀態更新邏輯，包括 useState、useReducer 等。

// ReactFiberHooks.js
function dispatchAction(fiber, queue, action) {
  const update = {
    action,
    next: null,
  };
  const pending = queue.pending;
  if (pending === null) {
    update.next = update;
  } else {
    update.next = pending.next;
    pending.next = update;
  }
  queue.pending = update;
  scheduleWork(fiber, expirationTime);
}

8.4 Hooks 的副作用執行源碼

Hooks 的副作用執行源碼主要集中在 ReactFiberCommitWork.js 文件中。該文件定義了 Hooks 的副作用執行邏輯，包括 useEffect、useLayoutEffect 等。

// ReactFiberCommitWork.js
function commitHookEffectList(unmountTag, mountTag, finishedWork) {
  let updateQueue = finishedWork.updateQueue;
  let lastEffect = updateQueue !== null ? updateQueue.lastEffect : null;
  if (lastEffect !== null) {
    let firstEffect = lastEffect.next;
    let effect = firstEffect;
    do {
      if ((effect.tag & unmountTag) !== NoEffect) {
        const destroy = effect.destroy;
        effect.destroy = undefined;
        if (destroy !== undefined) {
          destroy();
        }
      }
      if ((effect.tag & mountTag) !== NoEffect) {
        const create = effect.create;
        effect.destroy = create();
      }
      effect = effect.next;
    } while (effect !== firstEffect);
  }
}

9. React Hooks 的性能優化

9.1 Hooks 的性能問題

雖然 Hooks 提供了更簡潔的代碼組織方式，但在某些情況下，Hooks 可能會導致性能問題。例如，頻繁的狀態更新或副作用操作可能會導致組件頻繁重新渲染。

9.2 使用 useMemo 和 useCallback 優化性能

useMemo 和 useCallback 是 React 提供的兩個 Hook，用于優化組件的性能。useMemo 用于緩存計算結果，useCallback 用于緩存回調函數。

const memoizedValue = useMemo(() => computeExpensiveValue(a, b), [a, b]);
const memoizedCallback = useCallback(() => {
  doSomething(a, b);
}, [a, b]);

9.3 使用 React.memo 優化組件渲染

React.memo 是一個高階組件，用于優化函數組件的渲染。React.memo 會對組件的 props 進行淺比較，如果 props 沒有變化，則不會重新渲染組件。

const MyComponent = React.memo(function MyComponent(props) {
  // 組件邏輯
});

10. 總結

React Hooks 是 React 16.8 引入的一項新特性，它允許你在不編寫 class 的情況下使用 state 和其他 React 特性。Hooks 的實現依賴于 React 的 Fiber 架構和鏈表結構，通過鏈表來管理組件的狀態和副作用。本文通過源碼分析，深入探討了 useState、useEffect、useReducer、useContext 等 Hooks 的實現原理，并介紹了如何通過 useMemo、useCallback 和 React.memo 來優化組件的性能。

通過本文的學習，你應該對 React Hooks 的實現原理有了更深入的理解，并能夠在實際開發中更好地使用和優化 Hooks。