React的Fiber原理

我来详细解释React Fiber的原理。React Fiber是React 16中引入的新的协调算法（reconciliation algorithm），它是对React核心算法的完全重写。

Fiber的核心概念

1. 什么是Fiber

Fiber是React中的一个执行单元，每个React元素都对应一个Fiber节点。Fiber可以理解为：

一个数据结构，用来描述组件实例和DOM节点
一个工作单元，包含了组件的类型、props、state等信息
一个链表节点，通过指针连接形成Fiber树

2. Fiber的数据结构

function FiberNode(tag, pendingProps, key, mode) {
  // 节点类型
  this.tag = tag;
  this.key = key;
  this.elementType = null;
  this.type = null;
  this.stateNode = null;
 
  // Fiber链表结构
  this.return = null;      // 父节点
  this.child = null;       // 第一个子节点
  this.sibling = null;     // 下一个兄弟节点
  this.index = 0;
 
  // 工作相关
  this.pendingProps = pendingProps;
  this.memoizedProps = null;
  this.updateQueue = null;
  this.memoizedState = null;
  
  // 调度相关
  this.mode = mode;
  this.flags = NoFlags;
  this.subtreeFlags = NoFlags;
  this.deletions = null;
  
  // 双缓存
  this.alternate = null;
}

Fiber的核心特性

1. 可中断的渲染

传统的React使用递归遍历组件树，一旦开始就无法中断，可能导致主线程阻塞：

// 传统递归方式（简化）
function reconcileChildren(element) {
  // 递归处理子元素，无法中断
  element.children.forEach(child => {
    reconcileChildren(child);
  });
}

Fiber通过时间切片（Time Slicing）实现可中断：

// Fiber方式（简化）
function workLoop(deadline) {
  let shouldYield = false;
  
  while (nextUnitOfWork && !shouldYield) {
    nextUnitOfWork = performUnitOfWork(nextUnitOfWork);
    shouldYield = deadline.timeRemaining() < 1;
  }
  
  if (nextUnitOfWork) {
    // 还有工作未完成，继续调度
    requestIdleCallback(workLoop);
  }
}

2. 优先级调度

Fiber引入了优先级概念，不同类型的更新有不同的优先级：

// 优先级等级（简化）
const ImmediatePriority = 1;      // 立即执行（如用户输入）
const UserBlockingPriority = 2;   // 用户交互
const NormalPriority = 3;         // 普通更新
const LowPriority = 4;           // 低优先级
const IdlePriority = 5;          // 空闲时执行

3. 双缓存机制

Fiber使用双缓存技术，维护两棵Fiber树：

current树：当前显示在屏幕上的Fiber树
workInProgress树：正在内存中构建的Fiber树

// 双缓存切换
function commitRoot(finishedWork) {
  // 切换current指针
  root.current = finishedWork;
  // 原来的current树变成workInProgress树
  finishedWork.alternate = root.current;
}

Fiber的工作流程

1. Render阶段（可中断）

function performUnitOfWork(fiber) {
  // 1. beginWork: 处理当前fiber节点
  let next = beginWork(fiber);
  
  if (next) {
    // 有子节点，继续处理子节点
    return next;
  }
  
  // 2. completeWork: 完成当前节点的工作
  completeUnitOfWork(fiber);
}
 
function beginWork(fiber) {
  switch (fiber.tag) {
    case FunctionComponent:
      return updateFunctionComponent(fiber);
    case ClassComponent:
      return updateClassComponent(fiber);
    case HostComponent:
      return updateHostComponent(fiber);
  }
}

2. Commit阶段（不可中断）

function commitRoot(root) {
  const finishedWork = root.finishedWork;
  
  // 1. before mutation阶段
  commitBeforeMutationEffects(finishedWork);
  
  // 2. mutation阶段 - 执行DOM操作
  commitMutationEffects(finishedWork);
  
  // 3. layout阶段 - 执行生命周期
  commitLayoutEffects(finishedWork);
}

Fiber的遍历算法

Fiber使用深度优先遍历，但是是非递归的：

function workLoop() {
  while (workInProgress !== null) {
    performUnitOfWork(workInProgress);
  }
}
 
function performUnitOfWork(unitOfWork) {
  const next = beginWork(unitOfWork);
  
  if (next === null) {
    completeUnitOfWork(unitOfWork);
  } else {
    workInProgress = next;
  }
}
 
function completeUnitOfWork(unitOfWork) {
  let completedWork = unitOfWork;
  
  do {
    const returnFiber = completedWork.return;
    const siblingFiber = completedWork.sibling;
    
    // 完成当前节点的工作
    completeWork(completedWork);
    
    if (siblingFiber !== null) {
      // 有兄弟节点，处理兄弟节点
      workInProgress = siblingFiber;
      return;
    }
    
    // 回到父节点
    completedWork = returnFiber;
    workInProgress = completedWork;
  } while (completedWork !== null);
}

Fiber的优势

1. 解决性能问题

时间切片：将长任务分解为多个小任务
优先级调度：高优先级任务可以打断低优先级任务
并发渲染：支持并发模式下的渲染

2. 更好的用户体验

// 示例：用户输入优先级更高
function handleUserInput() {
  // 高优先级更新，会打断低优先级的渲染
  scheduleUpdateOnFiber(fiber, SyncLane);
}
 
function handleDataFetch() {
  // 低优先级更新，可以被用户交互打断
  scheduleUpdateOnFiber(fiber, DefaultLane);
}

3. 支持新特性

Suspense：异步组件加载
Concurrent Features：并发特性
useTransition：标记非紧急更新

实际应用示例

// 使用Concurrent Features
import { useTransition, startTransition } from 'react';
 
function SearchComponent() {
  const [isPending, startTransition] = useTransition();
  const [query, setQuery] = useState('');
  const [results, setResults] = useState([]);
  
  const handleSearch = (value) => {
    // 立即更新输入框（高优先级）
    setQuery(value);
    
    // 延迟更新搜索结果（低优先级）
    startTransition(() => {
      setResults(searchData(value));
    });
  };
  
  return (
    <div>
      <input onChange={e => handleSearch(e.target.value)} />
      {isPending && <div>搜索中...</div>}
      <SearchResults results={results} />
    </div>
  );
}

Fiber架构的引入使React能够：

提供更流畅的用户体验
支持并发渲染
更好地处理复杂应用的性能问题
为未来的新特性奠定基础

这就是React Fiber的核心原理 - 通过可中断的渲染、优先级调度和双缓存机制，实现了更高效、更流畅的用户界面更新。

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