Fiber

Fiber 的前因后果

Stack Reconciler

在 React 15.x 版本及以前，Reconciliation 算法使用栈调和器（ Stack Reconciler ）实现，但这个时期的栈调和器存在一些缺陷。

对于之前 JSX 方法执行后返回 ReactElement，因为它只记录自身的数据，如组件的类型、属性和子元素，但是不会记录与它相关的父节点，兄弟节点的关系。

导致 react 在调和的时候不能暂停渲染任务，也不能切分任务。

此外，它无法有效平衡组件更新渲染和动画相关任务的执行顺序，这也就意味着无法划分任务的优先级，可能导致重要任务的卡顿，以及动画掉帧等问题。因此，Stack Reconciler 的实现方式需要改进。

基于 Stack Reconciler 的页面效果

Fiber Reconciler

在 React 16 版本中，引入了 Fiber 调和器（Fiber Reconciler）来替代栈调和器，从而推出了新的 Reconciliation 算法。Fiber Reconciler 利用调度器（Scheduler）来帮助处理组件的渲染/更新工作。此外，引入 Fiber 这个后，原来的 React Element Tree 有了一棵对应的 Fiber Node Tree。在 diff 两棵 React Element Tree 的差异时，Fiber Reconciler 基于 Fiber Node Tree 使用 diff 算法，通过 Fiber node 的 return、child、sibling 属性能够更方便地遍历 Fiber Node Tree，从而更高效地完成 diff 算法。

Fiber 的出现，可以最明显的两层含义：

1. 作为 element 元素，它保存该组件的类型和 dom 信息
2. 保存本次更新中该组件改变的状态、要执行的任务（需要插入/删除/更新等）

Fiber 调度的优点：

• 能够将可中断的任务切片处理；
• 能够调整任务优先级、重置并复用任务；
• 可以在父子组件任务间前进后退切换任务；
• render 方法可以返回多个元素（即可以返回数组）；
• 支持异常边界处理异常；

基于 Fiber Reconciler 的页面效果

通过上面两组动画能够比较出来，Fiber 的动画比 Stack 的动画要顺滑很多。

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element，Fiber、Dom 三者的关系

• element 是开发者写的 jsx 语法，写的是元素结构，保存了 props，children 等内容
• dom 是元素在浏览器上用户直观可以看到的内容
• fiber 是 element 和 dom 之间的连接桥，每一个 element 对应一个 fiber 对象

在 React 中，我们通过 JSX 写入以下的代码

<div className="sanmu" sex="male">
  <p>三木</p>
</div>

经过 babel 转义，会变成以下的方法，将一个 html 的结构编程一个方法函数，其中 div 的属性，都变成_jsx 方法的一个 key-value

import { jsx as _jsx } from 'react/jsx-runtime';
/*#__PURE__*/ _jsx('div', {
  className: 'sanmu',
  sex: 'male',
  children: /*#__PURE__*/ _jsx('p', {
    children: '\u4E09\u6728',
  }),
});

通过上面的方法在转成 fiber 对象，多个 fiber 对象构成了一课 fiber 树，fiber 树是构成 DOM 树的数据模型，fiber 树的任何改动，最终都体现在 DOM 树中。

换句话说：

开发人员通过编写JSX代码来形成Fiber，之后Fiber来构建DOM。

element 与 fiber 之间的对应关系

通过这个对应关系，当遇到不同的类型时，可以创建不同结构的 fiber 对象。

展示一些常见的类型：

	element
FunctionComponent = 0	函数组件
ClassComponent = 1	类组件
IndeterminateComponent = 2	初始化不知道是函数组件还是类组件
HostRoot = 3
HostPortal = 4	ReactDOM.createPortal 产生的 Portal
HostComponent = 5	dom 元素，如 div，span
HostText = 6	文本节点
Fragment = 7	React.Fragment
Mode = 8	React.StrictMode
ContextConsumer = 9	Context.Consumer
ContextProvider = 10	Context.Provider
ForwardRef = 11	React.ForwardRef
…

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Fiber 是什么

fiber 既是一个数据结构，也是一个执行单元。

一、数据结构

1、Fiber 保存的信息

fiber 有很多属性，大体分为以下 5 种：

• 结构信息，用于表示节点在树中的位置。
• 节点类型信息，tag 表示节点的分类，type 保存具体类型值，例如 div，mycomp。
• 节点状态，节点的组件实例，props，state 等。
• 副作用 effectTag，通过 nextEffect 连接。
• 替身，React 会构建一颗新的树——workInProgress Tree，通过 alternate 指向旧树的相同节点。

export type Fiber = {
  /**
  *  作为静态数据结构的属性
  */
  tag: WorkTag,   // fiber类型，例如函数组件、类、Ref等等
  key: null | string, // 子节点的唯一标识，用于调和子节点使用
  elementType: any,  // 节点元素类型，是具体的类组件、函数组件等，elmentType 与 element 中的type一样
  type: any, fiber节点的类型，如span，div
  /** 指向真实的dom元素
   * 1. 若当前fiber节点是dom元素，则对应的是真实DOM元素；
   * 2. 若当前是function component，则值为null；
   * 3. 若当前是class component，则值为class初始化出来的实例；
   * 4. 若当前是 host component，即树的根节点，stateNode为 FiberRootNode；
   */
  stateNode: any,  // 节点实例(状态),若不存在走创建，存在走更新


  /**
  *  作为静态数据结构的属性
  */
  return: Fiber | null, // 指向父级fiber
  child: Fiber | null, // 指向子级fiber
  sibling: Fiber | null,// 指向兄弟fiber
  index: number, // 索引
  ref:
    | null
    | (((handle: mixed) => void) & {_stringRef: ?string, ...})
    | RefObject,

  /**
  *  作为动态的工作单元的属性
  */
  pendingProps: any, // 在一次更新中，代表element创建
  memoizedProps: any, // 记录上一次更新完毕后的props
  updateQueue: mixed, // 类组件存放setState更新队列，函数组件存放
  memoizedState: any // 类组件保存state信息，函数组件保存hooks信息，dom元素为null
  dependencies: Dependencies | null, // context或者时间的依赖项

  mode: TypeOfMode, // fiber树的模式，比如ConcurrentMode

  nextEffect: Fiber | null, // 串联下一个副作用的fiber节点
  firstEffect: Fiber | null, // 副作用的第一个节点
  lastEffect: Fiber | null, // 副作用的最后一个节点

  // 副作用
  flags: Flags,  // 节点更新的优先级
  subtreeFlags: Flags, // 子节点的更新情况
  deletions: Fiber[], // 子节点需要删除的节点

  // 调度优先级相关
  lanes: Lanes,
  childLanes: Lanes,

  alternate: Fiber | null, // 双缓存树，指向缓存fiber。用于更新阶段，两棵树相互交替
};

tag

fiber 中的 tag 类型是 workType，用于标记不同的 react 类型

export const FunctionComponent = 0;
export const ClassComponent = 1;
export const IndeterminateComponent = 2;
export const HostRoot = 3;
export const HostPortal = 4;
export const HostComponent = 5;
export const HostText = 6;
export const Fragment = 7;
export const Mode = 8;
export const ContextConsumer = 9;
export const ContextProvider = 10;
export const ForwardRef = 11;
export const Profiler = 12;
export const SuspenseComponent = 13;
export const MemoComponent = 14;
export const SimpleMemoComponent = 15;
...

key 和 type

key 和 type 用于 react diff 过程中判断 fiber 是否可以复用。

key 为用户定义的唯一值。

type 定义与此 fiber 关联的功能或者类。对于组件，它指向函数或者类本身；对于 DOM 元素，它指向 HTML Tag。

stateNode

记录当前 fiber 对应的真实 dom 节点或者当前虚拟组件的实例，方便真实dom的追踪和 Ref。

2、Fiber 节点与 Fiber 节点之间的联系

每个 Fiber 记录了它上面的信息，而且 Fiber 与 Fiber 之间也会相互关联。

每个 Fiber 通过 child、sibling、return 三个属性建立连接。

• child 指子 Fiber 节点
• sibling 指兄弟 Fiber 节点
• return 指父 Fiber 节点

二、执行单元

Fiber 可以被理解为一个执行单元。每次执行完一个执行单元，React 就会检查现在是否还有多少时间，如果没有时间就将控制权让出去。

1. 首先 React 向浏览器请求调度。
2. 若浏览器在一帧时间内有空闲时间，则去判断是否有可疑执行的任务。
   1. 如果存在，则执行它。若执行完成后还有时间，继续执行下一个。
   2. 如果不存在，则将控制权交给浏览器。

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几个概念

workInProgress

正在内存中构建的 fiber 树称为WorkInProgress Fiber树。在一次更新中，通过定义一个workInProgress变量来指向下一个工作单元。更新之后，workInProgress树上的状态是最新的状态，它将变成current树用于渲染视图。

current

正在视图渲染的树，也就是当前页面上 dom 所对应的那个节点树。

副作用

节点的增删改，比如修改了 state、props 等数据，除了数据变化之外，还会造成 dom的变化，这种在 render阶段不能完成的工作，称之为副作用。在Reconciliation过程中发现的“副作用”保存在fiber的effectTag中，在本次渲染的所有包含副节点的 fiber 通过它们的nextEffect连接起来。

Fiber 的执行阶段

从根节点开始渲染和调度的过程可以分为两个阶段：render阶段和commit阶段。

• render阶段：可以中断，会找出所有节点的变更。
• commit阶段：不可以中断，会执行所有的变更。

render 阶段

在这个阶段，我们要找出所有节点的变更，如节点新增、删除、属性变更等等。这些变更被统称为副作用（effect），vdom 变为 fiber 的过程称之为“reconcile”。在这个阶段中，我们会构建一棵 Fiber Tree 并通过连接这些变更产生一个 effect list。

在workLoop中，通过performUnitOfWork函数返回下一个工作单元。

文件地址：/packages/react-reconciler/src/ReactFiberWorkLoop.old.js
function workLoopConcurrent() {
  while (workInProgress !== null && !shouldYield()) {
    performUnitOfWork(workInProgress);
  }
}

在performUnitOfWork中，workInProgress会一直更新指向需要操作的fiber的节点，当next=null则表明没有下一个工作单元了。

在beginWork中，next始终查找当前 fiber 节点的fiber.child。如果next为null，则表示当前 fiber 没有子节点。然后进入completeUnitOfWork工作。在completeUnitOfWork中，会执行completeWork函数。

function performUnitOfWork(unitOfWork: Fiber): void {
  let next;
  // 省略了一些判断代码
  next = beginWork(current, unitOfWork, renderLanes);

  if (next === null) {
    // 当找不到下一个工作单元后，就执行completeUnitOfWork的逻辑
    completeUnitOfWork(unitOfWork);
  } else {
    workInProgress = next;
  }
}

在completeUnitOfWork中会查询是否存在sibling，若不存在就直接回道parent了

const siblingFiber = completedWork.sibling;
if (siblingFiber !== null) {
  // If there is more work to do in this returnFiber, do that next.
  workInProgress = siblingFiber;
  return;
}
// Otherwise, return to the parent
completedWork = returnFiber;
workInProgress = completedWork;

基于以上分析，可以说 fiber 的遍历过程是先找child，如果child不存在再找sibling，若sibling也没有了就返回到parent。

这是后序遍历。

在beginWork阶段，除了查找子节点之外，还会根据标签的不同创建不同的Fiber节点。这里的 switch 的类型就是用的我们上面表格的类型。

// beginWork
// 根据tag执行不同的函数
switch (workInProgress.tag) {
  case IndeterminateComponent:
  case LazyComponent:
  case FunctionComponent:
  case ClassComponent:
  case HostRoot:
  case HostComponent:
  case HostText:
  case SuspenseComponent:
}

effect list

在 commit 节点时，需要找到所有带有 effectTag 的 Fiber 节点，并一次性执行 effectTag 的对应操作（创建、更新、删除）。

在 completeUnitOfWork 中，每个执行完 completeWork 且存在 effectTag 的 Fiber 节点都会保存在一条 effectList 的单项链表中。

effectList 中第一个 Fiber 节点保存在 fiber.firstEffect，最后一个节点保存在 fiber.lastEffect。

最终形成一条以 rootFiber.firstEffect 为起点的单项链表。

commit 阶段

commit 阶段主要工作分为三个阶段：

• before mutation 阶段（执行 DOM 操作之前）
• mutation 阶段（执行 DOM 操作）
• layout 阶段（执行 DOM 操作后）

遍历过程

将 jsx 转化为 fiber tree，每个节点有 child、sibling、return 属性，通过后序遍历 fiber tree。

任务执行过程

// 保存当前的处理现场
let nextUnitOfWork: Fiber | undefined; // 保存下一个需要处理的工作单元
let topWork: Fiber | undefined; // 保存第一个工作单元

function workLoop(deadline: IdleDeadline) {
  // updateQueue中获取下一个或者恢复上一次中断的执行单元
  if (nextUnitOfWork == null) {
    nextUnitOfWork = topWork = getNextUnitOfWork();
  }

  // 🔴 每执行完一个执行单元，检查一次剩余时间
  // 如果被中断，下一次执行还是从 nextUnitOfWork 开始处理
  while (nextUnitOfWork && deadline.timeRemaining() > ENOUGH_TIME) {
    // 下文我们再看performUnitOfWork
    nextUnitOfWork = performUnitOfWork(nextUnitOfWork, topWork);
  }

  // 提交工作，下文会介绍
  if (pendingCommit) {
    commitAllWork(pendingCommit);
  }
}

参考文章

https://www.xiabingbao.com/post/react/jsx-element-fiber-rfztfs.html

https://juejin.cn/post/7212603037667786813

https://juejin.cn/post/7202085514400038969