React中createRoot函数原理解读——Element对象与Fiber对象、FiberRootNode与HostRootNode

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Element对象与Fiber对象

在 React 中，Element 对象 和 Fiber 对象 是核心概念，用于实现 React 的高效渲染和更新机制。以下是它们的详细解读：

1. Element 对象

定义

React 的 Element 对象 是通过 React.createElement 或 JSX 创建的**描述 UI 的普通 JavaScript 对象**。

结构

一个典型的 React Element 对象的结构如下：

const element = {
  type: 'div', // 或者是组件函数/类，表示元素类型
  props: {
    children: [/* 子元素 */],
    className: 'example',
  },
  key: null, // 用于唯一标识（diff 算法优化）
  ref: null, // 用于获取组件实例或 DOM
  $$typeof: Symbol(react.element), // 用于区分是否是 React 元素
};

特点

1. 不可变：React Element 是不可变的，描述的是 UI 的快照。
2. 轻量 ：它是 UI 的描述，并不包含状态或方法。
3. 静态描述 ：只表示渲染内容的静态信息，真正的 DOM 操作由 Fiber 对象实现。

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2. Fiber 对象

定义

Fiber 对象 是 React 16+ 引入的内部数据结构，用于管理组件的更新和渲染工作。

结构

一个 Fiber 对象的基本结构如下：

const fiber = {
  tag: 5, // 表示 Fiber 类型，比如函数组件、类组件、HostComponent（如 div）
  type: 'div', // 与 Element 的 type 对应
  key: null, // 用于唯一标识
  stateNode: DOM节点或类组件实例, // 当前 Fiber 的实际实例，DOM 节点或类组件实例
  child: Fiber, // 第一个子节点
  sibling: Fiber, // 下一个兄弟节点
  return: Fiber, // 父节点
  pendingProps: {}, // 本次更新的新 props
  memoizedProps: {}, // 上一次渲染的 props
  memoizedState: {}, // 上一次渲染的 state
  effectTag: 0, // 副作用标志，表示需要执行的操作类型
  nextEffect: null, // 下一个有副作用需要处理的 Fiber
  updateQueue: {}, // 存放 state 更新队列
};

特点

1. 动态：Fiber 是 React 的工作单元，包含组件的状态、更新等动态信息。
2. 链表结构 ：
   • Fiber 对象构成了一棵 Fiber 树。
   • 每个 Fiber 节点通过 child、sibling 和 return 连接。
3. 与 Element 不同的职责 ：
   • Element 是静态描述，Fiber 负责调度和计算实际的 UI 变化。
   • Fiber 引入了时间切片机制，支持任务中断和优先级调度。
4. 双缓存机制 ：
   • React 使用两棵 Fiber 树（current 和 workInProgress）来实现双缓存，减少不必要的 DOM 操作。

3. Element 和 Fiber 的关系

特性	Element 对象	Fiber 对象
职责	描述 UI	管理组件状态、更新任务和渲染
生成	由 React.createElement 创建	由 React 调度和渲染过程生成
结构	轻量、不可变的 JS 对象	复杂、包含状态和关系的动态对象
生命周期	创建后一直存在，描述 UI 快照	每次渲染会重新生成或复用
关系	是 Fiber 的静态输入	是 Element 的动态实现

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4. Fiber 的核心功能

1. 调度更新任务：通过优先级控制任务的执行，允许任务中断。
2. 状态管理 ：保存组件的状态和属性，管理 setState。
3. DOM 更新：对比新旧 Fiber 树，生成最小更新路径（Diff 算法）。
4. 副作用管理 ：通过 effectTag 管理 DOM 操作、生命周期回调等。

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5. 总结

• React Element 是 UI 的静态描述，简单且不可变。
• Fiber 是 React 内部的工作单元，负责处理状态、调度更新和渲染。

Fiber 的引入是 React 性能优化的关键，尤其是在构建复杂的 UI 和实现时间切片时。Element 和 Fiber 分工明确，共同构建了 React 的高效渲染机制。

FiberRootNode与HostRootFiber

在 React 的内部实现中，HostRootFiber 和 FiberRootNode 是 React 核心中的两个重要概念，分别与 Fiber 树的根节点和渲染树的管理密切相关。以下是对这两个概念的详细解析。

1. FiberRootNode

定义

• FiberRootNode 是 React 的根容器节点，用于管理整个应用的 Fiber 树和渲染环境。
• 它是 React 应用的真正入口点，通常与宿主环境（如 DOM 或 React Native）的根容器绑定。

作用

1. 管理宿主环境的渲染目标 ：
   • 保存与宿主环境相关的信息（如 DOM 容器）。
   • 对应浏览器中的根节点（如 document.getElementById('root')）。
2. 控制 Fiber 树的生命周期 ：
   • 通过 current 字段管理当前正在渲染的 Fiber 树。
   • 配合双缓存机制，切换 current 和 workInProgress。
3. 存储调度信息 ：
   • 保存任务的优先级（如时间切片相关）。
   • 存储更新队列和渲染进度。

结构

FiberRootNode 的典型结构如下：

const fiberRootNode = {
  containerInfo: DOMContainer, // 宿主环境的根容器，如 DOM 节点
  current: HostRootFiber, // 当前的根 Fiber
  finishedWork: null, // 已完成的 Fiber 树
  pendingLanes: 0, // 表示待处理更新的优先级队列
  eventTimes: [], // 记录事件触发时间，用于调度优化
  callbackNode: null, // 当前调度的回调函数
  callbackPriority: NoPriority, // 当前调度的优先级
};

2. HostRootFiber

定义

• HostRootFiber 是 React 应用的 Fiber 树的根节点。
• 它对应于 React 渲染树的入口点，表示整个应用的根。

作用

1. 承载应用的 Fiber 树 ：整个应用的组件树从 HostRootFiber 开始构建，作为 Fiber 树的根节点。
2. 关联 Fiber 树与渲染器 ：它是连接 Fiber 树与 DOM（或其他宿主环境，如 React Native）之间的桥梁。
3. 管理应用状态 ：
   • HostRootFiber 保存整个应用的状态（如 pendingProps 和 memoizedState）。
   • updateQueue 中记录了根节点的更新任务队列。

结构

HostRootFiber 是一个特殊的 Fiber 节点，具有以下字段：

const hostRootFiber = {
  tag: HostRoot, // Fiber 类型标记，表示是 HostRoot
  stateNode: FiberRootNode, // 指向 FiberRootNode 实例
  child: Fiber, // 子节点，指向应用的第一个组件（如 <App />）
  pendingProps: {}, // 本次更新传入的 props
  memoizedProps: {}, // 已保存的 props
  memoizedState: {}, // 当前组件状态
  updateQueue: {}, // 存储更新任务的队列
  alternate: WorkInProgressFiber, // 指向 workInProgress Fiber，用于双缓存机制
};

3.FiberRootNode 与 HostRootFiber 的关系

特性	HostRootFiber	FiberRootNode
定义	Fiber 树的根节点，代表 React 树的逻辑入口	React 根容器，管理 Fiber 树与宿主环境
存储内容	应用的根组件和状态（App 的入口）	宿主环境信息（如 DOM 容器）和调度状态
连接关系	通过 stateNode 引用 FiberRootNode	通过 current 引用 HostRootFiber
用途	描述 Fiber 树的根	管理整个应用的渲染和更新机制
生命周期	每次更新会创建新的 workInProgress 副本	始终存在，贯穿应用生命周期

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4. 运行机制中的作用

1. 初始化时：

   • React 创建 FiberRootNode 并将 HostRootFiber 挂载到 FiberRootNode 的 current 属性上。
   • containerInfo 保存宿主环境的信息。

2. 更新时：

   • 更新会从 HostRootFiber 开始，React 使用双缓存机制创建 workInProgress 树。
   • 在调和过程中，React 通过 FiberRootNode 调度任务，确保高优先级任务优先完成。

3. 渲染完成：

   • 当 Fiber 树完成渲染（即 finishedWork 不为 null），React 将 FiberRootNode.current 切换到新的 Fiber 树。

5. 总结

• FiberRootNode 是管理上的根节点，负责协调 Fiber 树和宿主环境之间的关系。
• HostRootFiber 是逻辑上的根节点，描述了 React 树的结构。

它们的协作是 React 内部运行机制的核心，支撑了高效的渲染与更新流程。