Fiber изнутри: Обновления состояния и пропсов в React

В этой статье используется базовая компоновка с родительским и дочерними компонентами для демонстрации внутренних процессов архитектуры Fiber, на которую опирается React для передачи пропсов в дочерние компоненты.

Предыдущая статья серии (ссылка на перевод) - Fiber изнутри: Погружение в новый алгоритм согласования React

Содержание:

• Введение

• Планирование обновлений

• Обработка обновлений fiber-узла ClickCounter

• beginWork

• Обработка обновлений fiber-узла ClickCounter

• Согласование дочерних элементов fiber-узла ClickCounter

• Обработка обновлений fiber-узла ClickCounter

• Согласование дочерних элементов fiber-узла ClickCounter

• Завершение работы для fiber-узла span

• Effects list (список эффектов)

• Commit фаза

• Применение эффектов

• Обновления DOM

• Вызов хуков жизненного цикла после мутации

Введение

В своей предыдущей статье Fiber изнутри: погружение в новый алгоритм согласования React я заложил фундамент, необходимый для понимания технических деталей процесса обновления, который я опишу в этой статье.

Там я описал основные структуры данных и концепции, которые я буду использовать в текущей статье, в частности fiber-узлы, текущее и work in progress деревья, побочные эффекты и список эффектов. Я также представил высокоуровневый обзор основного алгоритма и объяснил разницу между фазами render и commit. Если вы еще не читали ту статью, я рекомендую вам начать с нее.

Я также познакомил вас с примером приложения с кнопкой, которая просто увеличивает число, отображаемое на экране:

Вы можете поиграть с этим примером здесь. Он реализован как простой компонент, который возвращает два дочерних элемента button и span из метода render. Когда вы нажимаете на кнопку, состояние компонента обновляется внутри обработчика. Это приводит к обновлению текста элемента span:

class ClickCounter extends React.Component {
    constructor(props) {
        super(props);
        this.state = {count: 0};
        this.handleClick = this.handleClick.bind(this);
    }

    handleClick() {
        this.setState((state) => {
            return {count: state.count + 1};
        });
    }

    componentDidUpdate() {}

    render() {
        return [
            <button key="1" onClick={this.handleClick}>Update counter</button>,
            <span key="2">{this.state.count}</span>
        ]
    }
}

Здесь я также добавил метод жизненного цикла componentDidUpdate к компоненту. Это необходимо для демонстрации того, как React добавляет effects для вызова этого метода на этапе commit.

В этой статье я хочу показать вам, как React обрабатывает обновления состояния и строит список эффектов. Мы рассмотрим, что происходит в высокоуровневых функциях в фазах render и commit.

В частности, мы увидим, как в completeWork React:

• обновляет свойство count в state компонента ClickCounter

• вызывает метод render для получения списка дочерних элементов и выполняет сравнение

• обновляет props элемента span.

И как commitRoot React:

• обновляет свойство textContent элемента span

• вызывает метод жизненного цикла componentDidUpdate.

Но перед этим давайте быстро посмотрим, как планируется работа, когда мы вызываем setState в обработчике клика.

Обратите внимание, что вам не нужно знать ничего из этого, чтобы использовать React. Эта статья о том, как React работает внутри.

Планирование обновлений

Когда мы нажимаем на кнопку, срабатывает событие click, и React выполняет обратный вызов, который мы передаем в пропсе кнопки. В нашем приложении он просто увеличивает счетчик и обновляет состояние:

class ClickCounter extends React.Component {
    ...
    handleClick() {
        this.setState((state) => {
            return {count: state.count + 1};
        });
    }
}

Каждый React компонент имеет связанный с ним updater, который действует как мост между компонентами и ядром React. Это позволяет реализовать setState по-разному в ReactDOM, React Native, рендеринге на стороне сервера и утилитах тестирования.

В этой статье мы рассмотрим реализацию объекта updater в ReactDOM, который использует Fiber reconciler. Для компонента ClickCounter это classComponentUpdater. Он отвечает за получение экземпляра Fiber, постановку обновлений в очередь и планирование работы.

Когда обновления ставятся в очередь, они, по сути, просто добавляются в очередь обновлений для обработки на Fiber узле. В нашем случае Fiber узел, соответствующий компоненту ClickCounter, будет иметь следующую структуру:

{
    stateNode: new ClickCounter,
    type: ClickCounter,
    updateQueue: {
         baseState: {count: 0}
         firstUpdate: {
             next: {
                 payload: (state) => { return {count: state.count + 1} }
             }
         },
         ...
     },
     ...
}

Как вы видите, функция в updateQueue.firstUpdate.next.payload - это обратный вызов, который мы передали в setState в компоненте ClickCounter. Он представляет первое обновление, которое должно быть обработано на этапе render.

Обработка обновлений fiber-узла ClickCounter

Глава о цикле работы в моей предыдущей статье объясняет роль глобальной переменной nextUnitOfWork. В частности, там говорится, что эта переменная хранит ссылку на fiber-узел из workInProgress дерева, которому предстоит выполнить определенную работу. Когда React обходит fiber-дерево, он использует эту переменную, чтобы узнать, есть ли еще какой-нибудь fiber-узел с незавершенной работой.

Начнем с предположения, что метод setState был вызван. React добавляет обратный вызов из setState в updateQueue на fiber-узле ClickCounter и планирует работу. React вступает в фазу render. Он начинает обход с самого верхнего fiber-узла HostRoot, используя функцию renderRoot. Однако он обходит (пропускает) уже обработанные узлы Fiber, пока не найдет узел с незавершенной работой. На данный момент есть только один fiber-узел, над которым еще нужно поработать. Это fiber-узел ClickCounter.

Вся работа, выполненная на клонированной копии этого fiber-узла, сохраняется в поле alternate. Если альтернативный узел еще не создан, React создает копию в функции createWorkInProgress перед обработкой обновлений. Предположим, что переменная nextUnitOfWork содержит ссылку на альтернативный fiber-узел ClickCounter.

beginWork

Во-первых, наш fiber попадает в функцию beginWork.

Поскольку эта функция выполняется для каждого fiber-узла в дереве, это хорошее место для установки точки останова, если вы хотите отладить render фазу. Я часто так делаю и проверяю тип fiber-узла, чтобы определить нужный мне узел.

Функция beginWork - это, по сути, большой оператор switch, который определяет тип работы, которую необходимо выполнить для fiber-узла с помощью тега (свойство tag), а затем выполняет соответствующую функцию для выполнения этой работы. В случае CountClicks это классовый компонент, поэтому будет взята эта ветвь:

function beginWork(current$$1, workInProgress, ...) {
    ...
    switch (workInProgress.tag) {
        ...
        case FunctionalComponent: {...}
        case ClassComponent:
        {
            ...
            return updateClassComponent(current$$1, workInProgress, ...);
        }
        case HostComponent: {...}
        case ...
}

и мы попадаем в функцию updateClassComponent. В зависимости от того, является ли это первым рендерингом компонента, возобновлением работы или React обновлением, React либо создает экземпляр и монтирует компонент, либо просто обновляет его:

function updateClassComponent(current, workInProgress, Component, ...) {
    ...
    const instance = workInProgress.stateNode;
    let shouldUpdate;
    if (instance === null) {
        ...
        // При первом проходе нам понадобится сконструировать экземпляр
        constructClassInstance(workInProgress, Component, ...);
        mountClassInstance(workInProgress, Component, ...);
        shouldUpdate = true;
    } else if (current === null) {
        // При возобновлении у нас уже будет экземпляр, который мы можем использовать повторно
        shouldUpdate = resumeMountClassInstance(workInProgress, Component, ...);
    } else {
        shouldUpdate = updateClassInstance(current, workInProgress, ...);
    }
    return finishClassComponent(current, workInProgress, Component, shouldUpdate, ...);
}

Обработка обновлений fiber-узла ClickCounter

У нас уже есть экземпляр компонента ClickCounter, поэтому мы попадаем в updateClassInstance. Именно здесь React выполняет большую часть работы для классовых компонентов. Вот наиболее важные операции, выполняемые в функции, в порядке их выполнения:

• вызов хука UNSAFE_componentWillReceiveProps() (устарел)

• обработка обновлений в updateQueue и генерация нового состояния

• вызов getDerivedStateFromProps с этим новым состоянием и получение результата

• вызов shouldComponentUpdate, чтобы убедиться, что компонент хочет обновиться; если false, пропустить весь процесс рендеринга, включая вызов render для этого компонента и его дочерних компонентов; в противном случае продолжить обновление

• вызов UNSAFE_componentWillUpdate (устарел)

• добавление эффекта для запуска хука жизненного цикла componentDidUpdate

Хотя эффект вызова componentDidUpdate добавлен в render фазе, метод будет выполнен в следующей commit фазе.

• обновление state и props на экземпляре компонента

state и props должны быть обновлены в экземпляре компонента до вызова метода render, поскольку вывод метода render обычно зависит от state и props. Если этого не сделать, то метод будет возвращать один и тот же результат каждый раз.

Вот упрощенная версия функции:

function updateClassInstance(current, workInProgress, ctor, newProps, ...) {
    const instance = workInProgress.stateNode;
    const oldProps = workInProgress.memoizedProps;
    instance.props = oldProps;
    if (oldProps !== newProps) {
        callComponentWillReceiveProps(workInProgress, instance, newProps, ...);
    }

    let updateQueue = workInProgress.updateQueue;
    if (updateQueue !== null) {
        processUpdateQueue(workInProgress, updateQueue, ...);
        newState = workInProgress.memoizedState;
    }

    applyDerivedStateFromProps(workInProgress, ...);
    newState = workInProgress.memoizedState;

    const shouldUpdate = checkShouldComponentUpdate(workInProgress, ctor, ...);
    if (shouldUpdate) {
        instance.componentWillUpdate(newProps, newState, nextContext);
        workInProgress.effectTag |= Update;
        workInProgress.effectTag |= Snapshot;
    }

    instance.props = newProps;
    instance.state = newState;

    return shouldUpdate;
}

Я удалил некоторый вспомогательный код в приведенном выше фрагменте. Например, прежде чем вызывать методы жизненного цикла или добавлять эффекты для их запуска, React проверяет, реализует ли компонент метод с помощью оператора typeof. Вот, например, как React проверяет наличие метода componentDidUpdate перед добавлением эффекта:

if (typeof instance.componentDidUpdate === 'function') {
    workInProgress.effectTag |= Update;
}

Итак, теперь мы знаем, какие операции выполняются для fiber-узла компонента ClickCounter на render фазе. Давайте теперь посмотрим, как эти операции изменяют значения на fiber-узлах. Когда React начинает работу, fiber-узел компонента ClickCounter выглядит следующим образом:

{
    effectTag: 0,
    elementType: class ClickCounter,
    firstEffect: null,
    memoizedState: {count: 0},
    type: class ClickCounter,
    stateNode: {
        state: {count: 0}
    },
    updateQueue: {
        baseState: {count: 0},
        firstUpdate: {
            next: {
                payload: (state, props) => {…}
            }
        },
        ...
    }
}

После завершения работы мы получаем fiber-узел, который выглядит следующим образом:

{
    effectTag: 4,
    elementType: class ClickCounter,
    firstEffect: null,
    memoizedState: {count: 1},
    type: class ClickCounter,
    stateNode: {
        state: {count: 1}
    },
    updateQueue: {
        baseState: {count: 1},
        firstUpdate: null,
        ...
    }
}

Обратите внимание на различия в значениях свойств.

После применения обновления значение свойства count изменяется на 1 в memoizedState и baseState в updateQueue. React также обновил состояние в экземпляре компонента ClickCounter.

На данный момент у нас больше нет обновлений в очереди, поэтому firstUpdate равно null. И что важно, у нас есть изменения в свойстве effectTag. Оно больше не 0, его значение 4. В двоичном формате это 100, что означает, что установлен третий бит, который как раз и является битом для Update side-effect tag:

export const Update = 0b00000000100;

Итак, в заключение, при работе над родительским fiber-узлом ClickCounter, React вызывает методы жизненного цикла премутации, обновляет состояние и определяет соответствующие побочные эффекты.

Согласование дочерних элементов fiber-узла ClickCounter

После этого React приступает к finishClassComponent. Здесь React вызывает метод render на экземпляре компонента и применяет свой алгоритм диффинга (сравнения) к дочерним элементам, возвращаемым компонентом. Высокоуровневый обзор описан в документации. Вот соответствующая часть:

При сравнении двух элементов React DOM одного типа, React просматривает атрибуты обоих, сохраняет один и тот же базовый узел DOM и обновляет только измененные атрибуты.

Однако если копнуть глубже, то можно узнать, что на самом деле сравниваются fiber-узлы с React-элементами. Но я не буду сейчас вдаваться в подробности, поскольку процесс довольно сложный. Я напишу отдельную статью, которая будет посвящена именно процессу согласования дочерних элементов.

Если вам не терпится узнать подробности самостоятельно, ознакомьтесь с функцией reconcileChildrenArray, поскольку в нашем приложении метод render возвращает массив React элементов.

На этом этапе важно понять две вещи. Во-первых, когда React проходит через процесс согласования дочерних элементов, он создает или обновляет узлы Fiber для дочерних элементов React, возвращенных из метода render. Функция finishClassComponent возвращает ссылку на первого ребенка текущего узла Fiber. Она будет присвоена nextUnitOfWork и обработана позже в цикле работ. Во-вторых, React обновляет пропсы дочерних компонентов в рамках работы, выполняемой для родителя. Для этого он использует данные из элементов React, возвращаемых из метода render.

Например, вот как выглядит fiber-узел, соответствующий элементу span, до того, как React выверит дочерние элементы для fiber-узла ClickCounter:

{
    stateNode: new HTMLSpanElement,
    type: "span",
    key: "2",
    memoizedProps: {children: 0},
    pendingProps: {children: 0},
    ...
}

Как вы можете видеть, свойство children в обоих memoizedProps и pendingProps равно 0. Вот структура элемента React, возвращаемого из render для элемента span:

{
    $$typeof: Symbol(react.element)
    key: "2"
    props: {children: 1}
    ref: null
    type: "span"
}

Как вы можете видеть, есть разница между пропсами в fiber-узле и возвращаемым React-элементом. Внутри функции createWorkInProgress`, которая используется для создания альтернативных fiber-узлов, React скопирует обновленные свойства из элемента React в fiber-узел.

Таким образом, после того как React завершит сверку дочерних элементов для компонента ClickCounter, fiber-узел span получит обновленные pendingProps. Они будут соответствовать значению в элементе span React:

{
    stateNode: new HTMLSpanElement,
    type: "span",
    key: "2",
    memoizedProps: {children: 0},
    pendingProps: {children: 1},
    ...
}

Позже, когда React будет выполнять работу для fiber-узла span, он скопирует их в memoizedProps и добавит эффекты для обновления DOM.

Вот и вся работа, которую React выполняет для fiber-узла ClickCounter на этапе render. Поскольку кнопка является первым дочерним компонентом ClickCounter, она будет назначена переменной nextUnitOfWork. С ней ничего нельзя сделать, поэтому React перейдет к ее сиблингу, которым является fiber-узел span. Согласно алгоритму описанному здесь, это происходит в функции completeUnitOfWork.

Обработка обновлений для fiber-узла span

Итак, переменная nextUnitOfWork теперь указывает на альтернативу fiber-узла span, и React начинает работать над ним. Аналогично шагам, выполненным для ClickCounter, мы начинаем с функции beginWork.

Поскольку наш узел span имеет тип HostComponent, на этот раз в операторе switch React берет эту ветвь:

function beginWork(current$$1, workInProgress, ...) {
    ...
    switch (workInProgress.tag) {
        case FunctionalComponent: {...}
        case ClassComponent: {...}
        case HostComponent:
          return updateHostComponent(current, workInProgress, ...);
        case ...
}

и попадает в функцию updateHostComponent. Вы можете увидеть параллель с функцией updateClassComponent, вызываемой для компонентов класса. Для функционального компонента это будет updateFunctionComponent и так далее. Все эти функции вы можете найти в файле ReactFiberBeginWork.js.

Согласование дочерних элементов для fiber-узла span

В нашем случае для fiber-узла span в updateHostComponent не происходит ничего важного.

Завершение работы для fiber-узла span

После завершения beginWork узел попадает в функцию completeWork. Но перед этим React необходимо обновить memoizedProps на fiber-узле span. Вы можете помнить, что при согласовании дочерних элементов для компонента ClickCounter, React обновил pendingProps у fiber-узла span:

{
    stateNode: new HTMLSpanElement,
    type: "span",
    key: "2",
    memoizedProps: {children: 0},
    pendingProps: {children: 1},
    ...
}

Поэтому, как только beginWork завершается для fiber-узла span, React обновляет pendingProps для соответствия memoizedProps:

function performUnitOfWork(workInProgress) {
    ...
    next = beginWork(current$$1, workInProgress, nextRenderExpirationTime);
    workInProgress.memoizedProps = workInProgress.pendingProps;
    ...
}

Затем он вызывает функцию completeWork, которая по сути является большим оператором switch, подобным тому, который мы видели в beginWork:

function completeWork(current, workInProgress, ...) {
    ...
    switch (workInProgress.tag) {
        case FunctionComponent: {...}
        case ClassComponent: {...}
        case HostComponent: {
            ...
            updateHostComponent(current, workInProgress, ...);
        }
        case ...
    }
}

Поскольку наш fiber-узел span является HostComponent, он запускает функцию updateHostComponent. В этой функции React в основном делает следующее:

• подготавливает обновления DOM

• добавляет их в updateQueue fiber-узла span

• добавляет эффект для обновления DOM

До выполнения этих операций fiber-узел span выглядит следующим образом:

{
    stateNode: new HTMLSpanElement,
    type: "span",
    effectTag: 0
    updateQueue: null
    ...
}

и когда работа завершена, это выглядит следующим образом:

{
    stateNode: new HTMLSpanElement,
    type: "span",
    effectTag: 4,
    updateQueue: ["children", "1"],
    ...
}

Обратите внимание на разницу в полях effectTag и updateQueue. Теперь это не 0, а 4. В двоичном формате это 100, что означает, что установлен третий бит, который как раз и является битом для тега побочного эффекта Update. Это единственная работа, которую React должен выполнить для этого узла во время следующей фазы commit. В поле updateQueue хранится полезная нагрузка, которая будет использована для обновления.

Как только React обработает ClickCounter и его дочерние узлы, он завершает фазу render. Теперь он может назначить завершенное альтернативное дерево свойству finishedWork у FiberRoot. Это новое дерево, которое должно быть выведено на экран. Оно может быть обработано сразу после фазы render или получено позже, когда браузер предоставит React время.

Effects list (список эффектов)

В нашем случае, поскольку узел span и компонент ClickCounter имеют побочные эффекты, React добавит ссылку на fiber-узел span в свойство firstEffect компонента HostFiber.

React строит список эффектов в функции compliteUnitOfWork. Вот как выглядит дерево Fiber с эффектами для обновления текста узла span и вызовами хуков на ClickCounter:

А вот линейный список узлов с эффектами:

Commit фаза

Эта фаза начинается с функции completeRoot. Прежде чем приступить к работе, она устанавливает свойство finishedWork для FiberRoot в null:

root.finishedWork = null;

В отличие от первой фазы render, фаза commit всегда синхронна, поэтому она может безопасно обновить HostRoot, чтобы указать, что работа по фиксации изменений началась.

На фазе commit React обновляет DOM и вызывает метод жизненного цикла постмутации componentDidUpdate. Для этого он просматривает список эффектов, составленный во время предыдущей фазы render, и применяет их.

У нас есть следующие эффекты, определенные в фазе render для наших узлов span и ClickCounter:

{ type: ClickCounter, effectTag: 5 }
{ type: 'span', effectTag: 4 }

Значение тега эффекта для ClickCounter равно 5 **** или 101 в двоичном виде и определяет работу Update , которая в основном транслируется в метод жизненного цикла componentDidUpdate в случае классовых компонентов. Наименьший значащий бит также устанавливается, чтобы сигнализировать, что вся работа была завершена для этого fiber-узла в фазе render.

Значение тега эффекта для span равно 4 или 100 в двоичном формате и определяет работу update для обновления DOM компонента узла. В случае элемента span, React должен будет обновить textContent у элемента.

Применение эффектов

Давайте посмотрим, как React применяет эти эффекты. Функция commitRoot, которая используется для применения эффектов, состоит из 3 подфункций:

function commitRoot(root, finishedWork) {
    commitBeforeMutationLifecycles()
    commitAllHostEffects();
    root.current = finishedWork;
    commitAllLifeCycles();
}

Каждая из этих подфункций реализует цикл, который итерирует список эффектов и проверяет их типы. Когда он находит эффект, относящийся к цели функции, он применяет его. В нашем случае она вызовет метод жизненного цикла componentDidUpdate для компонента ClickCounter и обновит текст элемента span.

Первая функция commitBeforeMutationLifeCycles ищет эффект Snapshot и вызывает метод getSnapshotBeforeUpdate. Но, поскольку мы не реализовали метод на компоненте ClickCounter, React не добавил эффект на этапе render. Поэтому в нашем случае эта функция ничего не делает.

Обновления DOM

Далее React переходит к функции commitAllHostEffects. Здесь React изменит текст на элементе span с 0 на 1. Для fiber-узла ClickCounter ничего делать не нужно, потому что узлы, соответствующие классовым компонентам, не имеют никаких обновлений DOM.

Суть функции в том, что она выбирает нужный тип эффекта и применяет соответствующие операции. В нашем случае нам нужно обновить текст на элементе span, поэтому здесь мы берем ветвь Update:

function updateHostEffects() {
    switch (primaryEffectTag) {
      case Placement: {...}
      case PlacementAndUpdate: {...}
      case Update:
        {
          var current = nextEffect.alternate;
          commitWork(current, nextEffect);
          break;
        }
      case Deletion: {...}
    }
}

Спустившись в commitWork, мы в конечном итоге попадем в функцию updateDOMProperties. Она принимает полезную нагрузку updateQueue, которая была добавлена на этапе render к узлу Fiber, и обновляет свойство textContent элемента span:

function updateDOMProperties(domElement, updatePayload, ...) {
  for (let i = 0; i < updatePayload.length; i += 2) {
    const propKey = updatePayload[i];
    const propValue = updatePayload[i + 1];
    if (propKey === STYLE) { ...}
    else if (propKey === DANGEROUSLY_SET_INNER_HTML) {...}
    else if (propKey === CHILDREN) {
      setTextContent(domElement, propValue);
    } else {...}
  }
}

После выполнения обновлений DOM, React присваивает дерево finishedWork в HostRoot. Это устанавливает альтернативное дерево в качестве текущего:

root.current = finishedWork;

Вызов хуков жизненного цикла после мутации

Последняя оставшаяся функция - commitAllLifecycles. Здесь React вызывает методы жизненного цикла после мутации. Во время фазы render React добавил эффект Update к компоненту ClickCounter. Это один из эффектов, который ищет функция commitAllLifecycles и вызывает метод componentDidUpdate:

function commitAllLifeCycles(finishedRoot, ...) {
    while (nextEffect !== null) {
        const effectTag = nextEffect.effectTag;
        if (effectTag & (Update | Callback)) {
            const current = nextEffect.alternate;
            commitLifeCycles(finishedRoot, current, nextEffect, ...);
        }

        if (effectTag & Ref) {
            commitAttachRef(nextEffect);
        }

        nextEffect = nextEffect.nextEffect;
    }
}

Функция также обновляет refs, но поскольку у нас их нет, эта функциональность не будет использоваться. Метод вызывается в функции commitLifeCycles:

function commitLifeCycles(finishedRoot, current, ...) {
  ...
  switch (finishedWork.tag) {
    case FunctionComponent: {...}
    case ClassComponent: {
      const instance = finishedWork.stateNode;
      if (finishedWork.effectTag & Update) {
        if (current === null) {
          instance.componentDidMount();
        } else {
          ...
          instance.componentDidUpdate(prevProps, prevState, ...);
        }
      }
    }
    case HostComponent: {...}
    case ...
}

Вы также можете видеть, что в этой функции React вызывает метод componentDidMount для компонентов, которые были отрендерены в первый раз.

Предыдущая статья серии (ссылка на перевод) - Fiber изнутри: Погружение в новый алгоритм согласования React