React Fiber 架构的核心原理

字数 2390 2025-11-03 08:33:37

React Fiber 架构的核心原理

题目描述
React Fiber 是 React 16 中引入的新的协调引擎（reconciliation engine），它重新实现了虚拟 DOM 的 diff 算法，核心目标是支持异步可中断的渲染过程，以解决大型应用更新时的页面卡顿问题。请解释 Fiber 架构是如何实现可中断更新和优先级调度的。

知识讲解

问题背景：Stack Reconciler 的局限
- 在 React 16 之前，React 使用被称为 "Stack Reconciler" 的算法。
- 它的工作模式是递归。当开始一次组件更新（例如 setState）时，Reconciler 会从根组件开始，递归地调用每个组件的 render 方法，生成新的虚拟 DOM 树，然后与旧的树进行完整的 Diff 比较。这个 "渲染"（Render Phase）和 "Diff" 过程是同步、一气呵成的。
- 缺点：如果组件树非常庞大，这个递归计算过程会长时间占用 JavaScript 主线程。由于浏览器的主线程还负责布局、绘制等任务，长时间被 JS 计算占用会导致用户交互（如点击、输入）无法及时响应，动画也会掉帧，造成页面卡顿的感觉。
Fiber 的解决方案：可中断与分片
- Fiber 的根本思路是将一个漫长的同步更新任务，分解成多个小的异步工作单元，并赋予不同的优先级。
- 实现这一目标需要两个核心能力：
  - 可中断：允许 React 在完成一个小单元后，暂停当前更新，将主线程让给更高优先级的任务（如用户输入），稍后再回来继续执行。
  - 可恢复：当 React 暂停后，需要能保存当前进度，以便后续能从中断的地方继续工作。
Fiber 节点：工作单元的数据结构
- 为了实现可中断和可恢复，React 不再简单地递归虚拟 DOM 树。它将每个虚拟 DOM 节点对应地转换成一个 Fiber 节点。
- 一个 Fiber 节点就是一个 JavaScript 对象，它包含了比普通 VNode 丰富得多的信息，主要可以归为三类：
  - 实例信息：如 type（组件类型，是 div 还是 MyComponent）、stateNode（对应的真实 DOM 节点或类组件实例）、props。
  - 结构信息：用于描述 Fiber 节点构成的树形关系。
    - return：指向父 Fiber 节点。
    - child：指向第一个子 Fiber 节点。
    - sibling：指向下一个兄弟 Fiber 节点。
    - （这形成了一个链表树，遍历从递归变成了循环，这是实现可中断的关键。）
  - 副作用和工作信息：
    - flags（旧版 React 中叫 effectTag）：标记这个 Fiber 节点在本次渲染中需要执行何种副作用（如 Placement-插入，Update-更新，Deletion-删除）。
    - alternate：指向另一个 Fiber 节点，通常是当前节点对应的"旧"Fiber 或"新"Fiber，用于 Diff 比较。
    - lanes：优先级相关的字段，表示这个更新任务的紧急程度。
工作循环与双缓存机制
- React 在内存中同时维护着两棵 Fiber 树：
  - Current Tree：当前屏幕上显示内容对应的 Fiber 树。
  - WorkInProgress Tree：正在内存中构建的、下一次更新要渲染的 Fiber 树。
- 渲染阶段（Render/Reconciliation Phase）：
  1. React 收到更新后，会为每个更新分配一个优先级（Lane）。
  2. 从根节点开始，React 会尝试遍历 Current Tree，为每个需要更新的 Fiber 节点在 WorkInProgress Tree 中创建一个"替身"（或复用）。
  3. 这个遍历过程不是递归，而是在一个大循环（workLoop） 中进行。循环每次只处理一个 Fiber 节点（一个工作单元）。
  4. 处理完一个节点后，React 会检查当前帧剩余的时间（使用 requestIdleCallback 的 polyfill）。如果时间充足，就继续处理下一个节点；如果时间不够了，React 就会中断遍历，将控制权交还给浏览器，让浏览器去处理高优先级的任务（如渲染、响应用户输入）。
  5. 浏览器空闲时（通过 requestIdleCallback 得知），React 会恢复工作，从上次中断的那个 Fiber 节点继续往下遍历。
  6. 在此阶段，React 会进行 Diff 算法，计算出需要更新的部分，并标记副作用（flags）。
- 提交阶段（Commit Phase）：
  1. 当整个 WorkInProgress Tree 全部构建完成，并且所有副作用的计算都结束后，React 会一次性、同步地执行这个阶段。
  2. 在这个阶段，React 会遍历整个 WorkInProgress Tree，根据在 Render 阶段标记的副作用，同步地更新真实 DOM。这个阶段不能被中断，因为 DOM 的变更必须是连续的，否则会导致UI不一致。
  3. 更新完成后，WorkInProgress Tree 就变成了新的 Current Tree，用于下一次更新。

总结
Fiber 架构的核心原理是通过将组件树表示为链表结构的 Fiber 节点，将渲染过程分解为可量化的工作单元。利用浏览器的空闲时间进行增量式渲染，在每一小段任务执行后检查是否有更高优先级的任务需要处理，从而实现可中断和恢复。最后通过提交阶段一次性更新 DOM，保证UI一致性。这极大地改善了大型 React 应用的用户体验，为 Concurrent Mode（并发模式）奠定了基础。

React Fiber 架构的核心原理题目描述 React Fiber 是 React 16 中引入的新的协调引擎（reconciliation engine），它重新实现了虚拟 DOM 的 diff 算法，核心目标是支持异步可中断的渲染过程，以解决大型应用更新时的页面卡顿问题。请解释 Fiber 架构是如何实现可中断更新和优先级调度的。知识讲解问题背景：Stack Reconciler 的局限在 React 16 之前，React 使用被称为 "Stack Reconciler" 的算法。它的工作模式是递归。当开始一次组件更新（例如 setState ）时，Reconciler 会从根组件开始，递归地调用每个组件的 render 方法，生成新的虚拟 DOM 树，然后与旧的树进行完整的 Diff 比较。这个 "渲染"（Render Phase）和 "Diff" 过程是同步、一气呵成的。缺点：如果组件树非常庞大，这个递归计算过程会长时间占用 JavaScript 主线程。由于浏览器的主线程还负责布局、绘制等任务，长时间被 JS 计算占用会导致用户交互（如点击、输入）无法及时响应，动画也会掉帧，造成页面卡顿的感觉。 Fiber 的解决方案：可中断与分片 Fiber 的根本思路是将一个漫长的同步更新任务，分解成多个小的异步工作单元，并赋予不同的优先级。实现这一目标需要两个核心能力：可中断：允许 React 在完成一个小单元后，暂停当前更新，将主线程让给更高优先级的任务（如用户输入），稍后再回来继续执行。可恢复：当 React 暂停后，需要能保存当前进度，以便后续能从中断的地方继续工作。 Fiber 节点：工作单元的数据结构为了实现可中断和可恢复，React 不再简单地递归虚拟 DOM 树。它将每个虚拟 DOM 节点对应地转换成一个 Fiber 节点。一个 Fiber 节点就是一个 JavaScript 对象，它包含了比普通 VNode 丰富得多的信息，主要可以归为三类：实例信息：如 type （组件类型，是 div 还是 MyComponent）、 stateNode （对应的真实 DOM 节点或类组件实例）、 props 。结构信息：用于描述 Fiber 节点构成的树形关系。 return ：指向父 Fiber 节点。 child ：指向第一个子 Fiber 节点。 sibling ：指向下一个兄弟 Fiber 节点。（这形成了一个链表树，遍历从递归变成了循环，这是实现可中断的关键。）副作用和工作信息： flags （旧版 React 中叫 effectTag ）：标记这个 Fiber 节点在本次渲染中需要执行何种副作用（如 Placement -插入， Update -更新， Deletion -删除）。 alternate ：指向另一个 Fiber 节点，通常是当前节点对应的"旧"Fiber 或"新"Fiber，用于 Diff 比较。 lanes ：优先级相关的字段，表示这个更新任务的紧急程度。工作循环与双缓存机制 React 在内存中同时维护着两棵 Fiber 树： Current Tree ：当前屏幕上显示内容对应的 Fiber 树。 WorkInProgress Tree ：正在内存中构建的、下一次更新要渲染的 Fiber 树。渲染阶段（Render/Reconciliation Phase）： React 收到更新后，会为每个更新分配一个优先级（Lane）。从根节点开始，React 会尝试遍历 Current Tree，为每个需要更新的 Fiber 节点在 WorkInProgress Tree 中创建一个"替身"（或复用）。这个遍历过程不是递归，而是在一个大循环（workLoop）中进行。循环每次只处理一个 Fiber 节点（一个工作单元）。处理完一个节点后，React 会检查当前帧剩余的时间（使用 requestIdleCallback 的 polyfill）。如果时间充足，就继续处理下一个节点；如果时间不够了，React 就会中断遍历，将控制权交还给浏览器，让浏览器去处理高优先级的任务（如渲染、响应用户输入）。浏览器空闲时（通过 requestIdleCallback 得知），React 会恢复工作，从上次中断的那个 Fiber 节点继续往下遍历。在此阶段，React 会进行 Diff 算法，计算出需要更新的部分，并标记副作用（ flags ）。提交阶段（Commit Phase）：当整个 WorkInProgress Tree 全部构建完成，并且所有副作用的计算都结束后，React 会一次性、同步地执行这个阶段。在这个阶段，React 会遍历整个 WorkInProgress Tree，根据在 Render 阶段标记的副作用，同步地更新真实 DOM。这个阶段不能被中断，因为 DOM 的变更必须是连续的，否则会导致UI不一致。更新完成后，WorkInProgress Tree 就变成了新的 Current Tree，用于下一次更新。总结 Fiber 架构的核心原理是通过将组件树表示为链表结构的 Fiber 节点，将渲染过程分解为可量化的工作单元。利用浏览器的空闲时间进行增量式渲染，在每一小段任务执行后检查是否有更高优先级的任务需要处理，从而实现可中断和恢复。最后通过提交阶段一次性更新 DOM，保证UI一致性。这极大地改善了大型 React 应用的用户体验，为 Concurrent Mode（并发模式）奠定了基础。