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说说你对Fiber架构的理解？解决了什么问题？

2024-08-09 18:22:41 225
React 的 Fiber 架构是 React 在 v16 中引入的全新内部实现架构，它主要是为了解决 React 在处理大型应用程序时的性能问题，尤其是在 UI 更新方面。理解 Fiber 架构及其背后的问题，可以更好地理解 React 的工作机制和优化策略。

1. 传统 React Stack Reconciler 的局限性

在 React v16 之前，React 使用的是 "Stack Reconciler" 架构。在这个架构中，React 通过递归的方式遍历整个组件树，并一次性完成虚拟 DOM 树的比较和更新操作。这种同步、阻塞的更新方式有几个局限性：

  • 不可中断：一旦开始更新，React 会一直执行完所有任务。如果组件树非常大，或更新操作很复杂，这可能导致浏览器长时间挂起，导致用户体验不佳，尤其是在动画、输入等场景中。

  • 没有优先级：所有更新任务都被一视同仁地处理，没有优先级的概念。即使是微小的非关键性更新，也可能导致整个应用卡顿。

  • 低效的时间分配：在复杂场景中，React 没有足够的时间分配机制来确保关键任务（如用户输入响应）优先完成。

2. Fiber 架构：解决方案

Fiber 架构的引入，正是为了解决这些局限性。它将 React 的更新机制从同步变为可中断的异步更新，使得 React 能够更好地响应用户交互，避免长时间的阻塞。

2.1 Fiber 的核心思想

  • 可中断的更新：Fiber 架构将更新任务拆分为多个小任务，使得每次更新只处理一小部分组件树。这些小任务之间可以暂停、终止或重启，从而避免长时间的阻塞。

  • 优先级处理：Fiber 引入了优先级机制。React 会根据任务的类型和紧急性，决定在什么时间段处理这些任务。比如，用户输入相关的更新会被赋予较高的优先级，而非关键性动画或日志更新则会被延迟。

  • 增量渲染：通过 Fiber，React 可以在空闲时间段逐步更新 UI，而不必一次性完成所有的渲染操作。这使得 React 在处理大型应用程序时，能够更流畅地更新界面。

2.2 Fiber 的实现机制

  • Fiber 节点：每个组件对应一个 Fiber 节点，Fiber 节点是一个普通的 JavaScript 对象，保存了组件的状态、DOM 信息、子组件引用等。Fiber 节点组成的链表结构，可以轻松地遍历和修改。

  • 双缓存树（Double Buffering）：React 通过在内存中维护两棵 Fiber 树：current 树和 workInProgress 树。current 树代表当前显示在页面上的 UI，workInProgress 树是正在计算的新 UI 树。在渲染完成后，React 会将 workInProgress 树切换为 current 树。

  • 时间切片（Time Slicing）：通过时间切片，React 将渲染工作分割成多个小任务。每个小任务在完成后，React 会检查是否有更高优先级的任务需要处理。如果有，则暂停当前任务，优先处理高优先级任务。 React Fiber 是为了优化 UI 更新而引入的架构，它引入了一种新的数据结构来描述组件树。这种数据结构就是 “Fiber”，每个 Fiber 是一个对象，用来表示组件实例和它的状态。理解 Fiber 的数据结构对于深入理解 React 的工作机制和优化策略至关重要。

2.3 Fiber 数据结构

一个 Fiber 对象可以看作是 React 中每个组件的最小单元，它存储了组件的各种信息，包括组件的类型、状态、子组件、父组件等。以下是 Fiber 数据结构的主要字段：

{
  type: any,                 // 组件类型，可以是函数组件、类组件、DOM 元素等
  key: string | null,        // 组件的 key 属性，用于识别唯一性
  stateNode: any,            // 组件的实例，对于类组件是类的实例，对于 DOM 元素是对应的 DOM 节点
  child: Fiber | null,       // 第一个子节点
  sibling: Fiber | null,     // 下一个兄弟节点
  return: Fiber | null,      // 父节点
  index: number,             // 当前 Fiber 在兄弟节点中的索引
  memoizedState: any,        // 组件的状态，用于保存 useState 或者 setState 的状态
  pendingProps: any,         // 新的 props
  memoizedProps: any,        // 上一次渲染时的 props
  alternate: Fiber | null,   // 指向另一棵 Fiber 树中的对应节点（双缓存树机制中的另一个节点）
  effectTag: number,         // 表示当前 Fiber 需要执行哪些操作（增、删、更新等）
  updateQueue: UpdateQueue | null, // 更新队列，用于保存状态更新的任务
}

1. type

  • type 字段表示组件的类型。对于函数组件来说，它是一个函数；对于类组件来说，它是一个类；对于 DOM 元素来说，它是一个字符串（如 div、span）。

2. key

  • key 是 React 用于优化渲染性能的关键字段，它帮助 React 识别列表中的元素，并在重新渲染时决定哪些元素需要更新或移动。

3. stateNode

  • stateNode 保存了组件的实例。对于类组件来说，它是类的实例；对于 DOM 元素来说，它是对应的 DOM 节点。

4. child 和 sibling

  • child 指向当前组件的第一个子节点（Fiber 节点）。
  • sibling 指向当前组件的下一个兄弟节点。

通过 child 和 sibling 字段，React 能够遍历组件树中的所有节点，完成递归渲染或更新操作。

5. return

  • return 指向当前组件的父节点。通过 return 字段，React 能够回溯到父组件，从而完成组件树的遍历。

6. memoizedState

  • memoizedState 保存了当前 Fiber 节点的状态。对于函数组件，它保存 useState 和 useReducer 的状态，对于类组件，它保存 setState 的状态。

7. pendingProps 和 memoizedProps

  • pendingProps 是在 Fiber 刚创建时接收到的新的 props。
  • memoizedProps 是上一次渲染时使用的 props。这两个字段帮助 React 比较新旧 props，决定是否需要重新渲染组件。

8. alternate

  • alternate 指向同一个组件在另一棵 Fiber 树中的对应节点。这是双缓存树机制的核心，用于优化渲染性能。在一次更新中，React 会维护两棵 Fiber 树：当前树和正在构建的新树。alternate 连接这两棵树上的对应节点。

9. effectTag

  • effectTag 是一个标记，用于指示当前 Fiber 需要执行哪些操作，例如插入、更新、删除等。React 会根据这个标记决定如何更新真实 DOM。

10. updateQueue

  • updateQueue 保存了需要应用到当前组件的更新队列。这些更新可能是通过 setState、useState 等触发的。React 在处理更新时，会从 updateQueue 中提取更新任务并应用到组件上。

2.4 Fiber 树结构

Fiber 树并不是一棵传统的树，而是由 Fiber 节点组成的链表结构，这种设计使得 React 可以更高效地遍历和操作组件树：

  • 单链表结构：每个 Fiber 节点通过 child、sibling 和 return 字段连接其他节点。这种结构使得 React 可以从父节点遍历到子节点，然后遍历到兄弟节点，再回到父节点，从而高效地处理组件树的递归操作。

  • 双缓存树：通过 alternate 字段，React 可以在内存中维护两棵 Fiber 树：current 树和 workInProgress 树。在一次渲染中，React 会更新 workInProgress 树，最终将其替换为 current 树。

3. Fiber 架构解决的问题

  1. 提高响应速度：通过任务的可中断性和优先级机制，Fiber 使得 React 可以在处理复杂更新的同时，仍然保持对用户交互的快速响应。

  2. 减少卡顿：通过增量渲染，Fiber 减少了因为长时间阻塞而导致的卡顿问题，使得应用在处理复杂更新时更加流畅。

  3. 更灵活的更新机制：Fiber 的架构使得 React 可以根据设备性能、应用复杂度等因素，灵活调整更新策略，从而在各种环境下都能提供良好的用户体验。

4. Fiber 的未来潜力

Fiber 架构不仅解决了当前 React 面临的一些性能瓶颈，也为未来的扩展奠定了基础。比如：

  • 并发模式（Concurrent Mode）：Fiber 为并发模式的实现提供了基础，通过并发模式，React 能够在后台准备更新，而不打断用户的交互，进一步提升用户体验。

  • Suspense 和 Lazy Loading：Fiber 使得 React 能够更好地管理和处理异步操作，像 Suspense 和 Lazy Loading 这些特性，都是基于 Fiber 的架构来实现的。

总结

React 的 Fiber 架构是一种新的内部实现机制，旨在解决传统 Stack Reconciler 的局限性。通过引入可中断的更新、优先级机制和增量渲染等概念，Fiber 极大地提升了 React 在大型应用中的性能表现，使得 React 能够更好地处理复杂的 UI 更新任务。Fiber 架构不仅提升了当前的性能，还为未来 React 的进一步扩展和优化打下了坚实的基础。