React Fiber 架构的任务中断与恢复机制原理

题目描述
React Fiber 架构通过任务中断与恢复机制实现了可中断的异步渲染，这是 React 并发模式的核心基础。这个机制解决了传统递归渲染过程中 JavaScript 长时间阻塞主线程导致页面卡顿的问题。面试官会考察你对 Fiber 节点结构、工作循环、中断检查点以及恢复机制的理解。

解题过程

1. 传统渲染的瓶颈与 Fiber 的解决方案

• 问题根源：React 15 及之前采用递归方式处理虚拟 DOM，一旦开始渲染就无法中断，如果组件树庞大，JavaScript 会长时间占用主线程
• Fiber 创新：将渲染任务拆解为多个小工作单元（Fiber 节点），每个单元执行后可让出主线程，通过浏览器内置的 requestIdleCallback 机制实现任务调度

2. Fiber 节点的数据结构设计

function createFiber(vnode, returnFiber) {
  return {
    // 组件类型信息
    type: vnode.type,
    key: vnode.key,
    
    // 构成链表的关键指针
    child: null,      // 第一个子 Fiber
    sibling: null,    // 下一个兄弟 Fiber
    return: returnFiber, // 父 Fiber
    
    // 状态信息
    stateNode: null,  // 对应的真实 DOM/组件实例
    memoizedProps: null, // 本次渲染的 props
    memoizedState: null, // 本次渲染的 state
    
    // 工作单元状态
    flags: null,      // 标记需要执行的副作用（增、删、改）
    subtreeFlags: null, // 子树中的副作用标记
    
    // 用于中断恢复的进度指针
    alternate: null   // 指向上一次渲染的 Fiber（用于 Diff）
  }
}

3. 工作循环的核心流程

• 单元化处理：将整棵树遍历转化为对单个 Fiber 节点的处理
• 深度优先遍历：采用"子节点 → 兄弟节点 → 父节点"的遍历顺序
• 循环控制：通过 while 循环替代递归，每个循环处理一个 Fiber 节点

function workLoop(deadline) {
  let shouldYield = false; // 是否应该让出主线程
  
  while (nextUnitOfWork !== null && !shouldYield) {
    nextUnitOfWork = performUnitOfWork(nextUnitOfWork);
    
    // 检查剩余时间，决定是否中断
    shouldYield = deadline.timeRemaining() < 1;
  }
  
  if (nextUnitOfWork !== null) {
    // 任务未完成，请求下一次调度
    requestIdleCallback(workLoop);
  } else {
    // 所有工作完成，提交到 DOM
    commitRoot();
  }
}

4. 中断检查点的实现机制

• 时间切片：将渲染任务分割为 5ms 左右的时间片
• 中断判断：在每个 Fiber 处理完成后检查剩余帧时间
• 进度保存：通过 Fiber 节点的链表结构记录当前处理位置

function performUnitOfWork(fiber) {
  // 1. 开始工作：创建 DOM/更新组件（可中断点）
  if (!fiber.stateNode) {
    fiber.stateNode = createDom(fiber);
  }
  
  // 2. 递归处理子节点（构建链表结构）
  const elements = fiber.props.children;
  let index = 0;
  let prevSibling = null;
  
  while (index < elements.length) {
    const element = elements[index];
    const newFiber = createFiber(element, fiber);
    
    if (index === 0) {
      fiber.child = newFiber; // 第一个子节点
    } else {
      prevSibling.sibling = newFiber; // 兄弟节点链接
    }
    prevSibling = newFiber;
    index++;
  }
  
  // 3. 返回下一个工作单元（关键：确定遍历路径）
  if (fiber.child) {
    return fiber.child; // 优先处理子节点
  }
  
  let nextFiber = fiber;
  while (nextFiber) {
    if (nextFiber.sibling) {
      return nextFiber.sibling; // 然后处理兄弟节点
    }
    nextFiber = nextFiber.return; // 最后回溯父节点
  }
  
  return null; // 遍历完成
}

5. 任务恢复的精确控制

• 指针保存：中断时 nextUnitOfWork 指向当前处理的 Fiber
• 状态保持：所有中间状态都保存在 Fiber 节点的 memoizedProps/State 中
• 断点续传：恢复时直接从上次中断的 Fiber 继续执行

6. 优先级调度与中断协同

• 多优先级支持：不同更新任务有不同的优先级（紧急、普通、过渡）
• 高优先级中断低优先级：用户交互等高优任务可以中断正在进行的渲染
• 状态复用与丢弃：被中断的低优任务结果可能被丢弃，重新开始渲染

关键理解点

1. Fiber 本质是包含组件信息和遍历指针的链表节点
2. 中断发生在每个工作单元完成后，不是任意位置强制中断
3. 恢复的精确性依赖于 Fiber 树的完整链表结构
4. 时间切片让浏览器有机会处理更高优先级的用户交互

这种机制使 React 能够实现流畅的用户体验，即使在渲染大型组件树时也能保持界面响应性。