深入了解React Fiber：React的新架构

React Fiber 是 React 16 引入的一种全新的协调引擎，旨在解决旧版 React 在性能和灵活性方面的不足。本文将深入探讨 React Fiber 的工作原理、其背后的设计理念，以及它如何提升应用的性能。我们会用通俗易懂的语言，帮助你轻松理解这个复杂的概念，并通过代码示例来进一步解释。

1. 什么是 React Fiber？

React Fiber 是对 React 核心算法的一次彻底重构。旧版的 React 使用的是"Stack Reconciler"，它会在一次更新中同步地遍历整个组件树，这样的方式对于大型应用来说，可能会导致卡顿和不流畅的用户体验。而 Fiber 则采用了一种增量式的更新方式，使得渲染过程可以被中断和恢复，从而提升性能和响应速度。

2. React Fiber 的设计理念

2.1 异步可中断的渲染

React Fiber 最重要的设计目标之一就是使渲染过程变得可中断。传统的同步渲染方式在处理大型组件树时，可能会阻塞主线程，导致用户界面无响应。Fiber 通过将渲染工作分成一个个小任务，使得渲染过程可以在必要时被中断，从而让浏览器有机会处理用户输入等高优先级的任务。

任务切片

Fiber 的异步渲染是通过任务切片实现的。任务切片将渲染过程分解为多个小步骤，这样在执行过程中可以插入高优先级任务，如用户输入或动画。

2.2 优先级控制

Fiber 允许为不同类型的更新分配不同的优先级。例如，用户输入的更新通常比动画更新优先级更高。通过这种机制，React 可以确保高优先级的任务（如用户输入）能够快速得到响应，而不会被低优先级的任务（如动画或网络请求）所阻塞。

优先级调度

Fiber 的调度器会根据任务的类型和优先级来调度任务，确保高优先级任务能够尽快得到处理。这是通过 React 内部的"优先级队列"实现的。

示例代码

javascript 复制代码

class MyComponent extends React.Component {
  state = {
    text: '',
    items: []
  };

  handleChange = event => {
    this.setState({ text: event.target.value });
  };

  handleClick = () => {
    this.setState(prevState => ({
      items: [...prevState.items, prevState.text],
      text: ''
    }));
  };

  render() {
    return (
      <div>
        <input
          type="text"
          value={this.state.text}
          onChange={this.handleChange}
        />
        <button onClick={this.handleClick}>Add Item</button>
        <ul>
          {this.state.items.map((item, index) => (
            <li key={index}>{item}</li>
          ))}
        </ul>
      </div>
    );
  }
}

在示例中，handleChange 方法处理用户输入，handleClick 方法处理按钮点击。这两者的优先级会高于渲染 items 列表，从而保证用户输入和交互的流畅性。

2.3 更好的错误边界处理

React Fiber 提供了更强大的错误边界处理机制。当组件在渲染过程中抛出错误时，Fiber 可以捕获这些错误并执行恢复操作，而不会影响到整个应用。这使得开发者可以更容易地处理错误并提供更好的用户体验。

示例代码

javascript 复制代码

class ErrorBoundary extends React.Component {
  state = { hasError: false };

  static getDerivedStateFromError(error) {
    return { hasError: true };
  }

  componentDidCatch(error, info) {
    console.error("Error caught by Error Boundary:", error, info);
  }

  render() {
    if (this.state.hasError) {
      return <h1>Something went wrong.</h1>;
    }
    return this.props.children;
  }
}

class MyComponent extends React.Component {
  render() {
    if (this.props.shouldThrow) {
      throw new Error("Intentional error");
    }
    return <div>My Component</div>;
  }
}

// 使用 ErrorBoundary 包裹 MyComponent
function App() {
  return (
    <ErrorBoundary>
      <MyComponent shouldThrow={true} />
    </ErrorBoundary>
  );
}

在这个示例中，ErrorBoundary 组件捕获了 MyComponent 抛出的错误，并展示了一个错误信息，而不会导致整个应用崩溃。

3. React Fiber 的工作原理

3.1 Fiber 节点

在 Fiber 架构中，每个组件对应一个 Fiber 节点。这些 Fiber 节点构成了一个链表结构，每个节点都包含了该组件的状态、更新队列以及指向子组件、兄弟组件和父组件的指针。通过这种结构，React 可以灵活地遍历和操作组件树。

Fiber 节点的结构

javascript 复制代码

const fiberNode = {
  type: MyComponent, // 组件类型
  key: null, // 唯一键
  stateNode: null, // 组件实例
  child: null, // 子节点
  sibling: null, // 兄弟节点
  return: null, // 父节点
  // 其他属性
};

3.2 双缓存机制

React Fiber 使用了一种双缓存机制，分别称为"current"和"workInProgress"。"current"表示当前屏幕上显示的 UI，而"workInProgress"表示正在构建的新 UI 树。当"workInProgress"构建完成后，它将替换"current"成为新的 UI 树。这种机制确保了 UI 的一致性和稳定性。

双缓存机制示意

javascript 复制代码

// current 表示当前屏幕上显示的树
let current = {
  // 当前树的 Fiber 节点
};

// workInProgress 表示正在构建的新树
let workInProgress = {
  // 新树的 Fiber 节点
};

// 当 workInProgress 构建完成后，将其设为 current
current = workInProgress;

3.3 调度和协调

React Fiber 的调度器负责管理任务的优先级和执行顺序。调度器会根据任务的优先级决定何时执行每个任务，并在需要时中断和恢复任务。协调器则负责遍历组件树，比较新旧状态并生成需要更新的部分。通过这种方式，React 可以高效地更新 UI，而不会造成卡顿。

调度器示意代码

javascript 复制代码

function performUnitOfWork(fiber) {
  // 执行当前任务
  // 省略具体逻辑
  return fiber.child; // 返回下一个任务
}

function workLoop(deadline) {
  let shouldYield = false;
  while (nextUnitOfWork && !shouldYield) {
    nextUnitOfWork = performUnitOfWork(nextUnitOfWork);
    shouldYield = deadline.timeRemaining() < 1; // 检查剩余时间
  }
  requestIdleCallback(workLoop); // 请求下一个空闲时间继续执行
}

let nextUnitOfWork = initialFiber; // 初始任务
requestIdleCallback(workLoop); // 开始工作循环

4. React Fiber 带来的性能提升

4.1 平滑的用户体验

由于 Fiber 的可中断特性，React 在处理大型组件树时不会阻塞主线程，从而保证了用户界面的流畅性和响应速度。这对于需要频繁更新的应用（如动画、复杂交互）来说尤为重要。

4.2 精细的控制

开发者可以利用 Fiber 提供的优先级控制机制，精细地管理不同任务的执行顺序，从而优化应用的性能。例如，可以将用户输入和动画更新设置为高优先级，而将数据加载和后台任务设置为低优先级。

4.3 更好的错误处理

通过增强的错误边界处理机制，React Fiber 可以在组件渲染过程中捕获并处理错误，从而避免整个应用崩溃。这不仅提高了应用的稳定性，也简化了开发者的调试工作。

5. 结论

React Fiber 是 React 框架的一次重要升级，它通过异步可中断的渲染、优先级控制和增强的错误处理机制，显著提升了应用的性能和用户体验。尽管 Fiber 的内部实现相对复杂，但其核心理念和优势对于开发者来说是非常有价值的。通过理解和应用这些理念，开发者可以创建更高效、更流畅的 React 应用。

希望这篇文章能帮助你更好地理解 React Fiber 的工作原理和设计理念。如果你对 Fiber 有更多的兴趣，建议深入阅读 React 官方文档和相关的技术博客，以获得更全面的了解。