解析 `useSyncExternalStore`：为什么它是解决外部状态库（如 Redux）在并发模式下撕裂问题的唯一标准？ - 智猿学院-前后端，数据库，人工智能，云计算等领域前沿技术讲座

各位同仁，大家好。今天我们将深入探讨一个在现代React应用开发中至关重要的话题：useSyncExternalStore。这个Hook的出现，标志着React在处理外部状态管理方面的一个里程碑，尤其是在其并发模式（Concurrent Mode）下，它被认为是解决“撕裂”（Tearing）问题的唯一标准方案。

我们将从React的渲染机制基础讲起，逐步引入并发模式带来的挑战，剖析什么是“撕裂”问题，然后详细解析useSyncExternalStore如何优雅地解决了这一难题，并阐明它为何成为不可替代的唯一标准。

React的渲染机制：同步与异步的演进

在理解useSyncExternalStore之前，我们必须回顾React的渲染机制。React应用的核心是UI与状态的同步。当状态发生变化时，React会调度一次更新，经过“渲染”和“提交”两个主要阶段，最终将更新后的UI呈现在屏幕上。

渲染阶段 (Render Phase)：
- React调用组件函数（或类组件的render方法）。
- 计算新的虚拟DOM树。
- 这是一个“纯”阶段，不应该有副作用，不应该直接操作DOM。
- 这个阶段可能会被多次执行，甚至被暂停、中断和重新开始。
提交阶段 (Commit Phase)：
- React将渲染阶段计算出的虚拟DOM与上一次的虚拟DOM进行比较（diff算法）。
- 将差异应用到真实的DOM上。
- 在这个阶段，副作用（如useEffect中的代码、DOM操作）才会被执行。
- 这是一个同步阶段，一旦开始就不能中断。

在React的早期版本（我们称之为“传统模式”或“同步模式”），这两个阶段是紧密耦合且同步执行的。一次更新一旦开始渲染，就会一直进行到提交完成。这在大多数情况下运行良好。

示例：传统模式下的外部状态订阅

假设我们有一个简单的外部状态存储，例如一个简化的Redux store：

// src/store.js
let count = 0;
const listeners = new Set();

export const externalStore = {
  getCount: () => count,
  increment: () => {
    count++;
    listeners.forEach(listener => listener());
  },
  decrement: () => {
    count--;
    listeners.forEach(listener => listener());
  },
  subscribe: (listener) => {
    listeners.add(listener);
    return () => listeners.delete(listener);
  },
  // 用于测试的同步更新方法
  setCount: (newCount) => {
    count = newCount;
    listeners.forEach(listener => listener());
  }
};

在一个React组件中，我们会这样使用它：

// src/components/CounterTraditional.js
import React, { useState, useEffect } from 'react';
import { externalStore } from '../store';

function CounterTraditional() {
  const [count, setCount] = useState(externalStore.getCount());

  useEffect(() => {
    const unsubscribe = externalStore.subscribe(() => {
      // 当外部store更新时，调度一次React状态更新
      setCount(externalStore.getCount());
    });

    // 确保在组件卸载时取消订阅
    return () => unsubscribe();
  }, []); // 仅在组件挂载和卸载时执行

  const handleIncrement = () => {
    externalStore.increment();
  };

  const handleDecrement = () => {
    externalStore.decrement();
  };

  return (
    <div style={{ border: '1px solid gray', padding: '10px', margin: '10px' }}>
      <h3>传统模式计数器</h3>
      <p>当前计数: {count}</p>
      <button onClick={handleIncrement}>增加</button>
      <button onClick={handleDecrement}>减少</button>
      <p>（使用 useState + useEffect 订阅外部状态）</p>
    </div>
  );
}

export default CounterTraditional;

这种模式在传统React中是完全可行的，因为React的渲染是同步的。当externalStore.setCount()或increment()被调用时，它会同步更新外部状态，并通过listeners通知所有订阅者。订阅者中的setCount(externalStore.getCount())会立即触发React的更新流程，从渲染到提交一气呵成。外部状态的读取 (externalStore.getCount()) 和React组件的更新总是紧密同步的。

并发模式的崛起与挑战

React引入并发模式（Concurrent Mode，现在更倾向于称之为并发特性或并发渲染）是为了解决UI响应性问题，尤其是在处理大量计算或低优先级更新时。它的核心思想是：可中断的渲染。

并发模式允许React：

时间切片 (Time Slicing)：将一个耗时的渲染任务分成小块，在每一小块之间让出主线程控制权，浏览器可以处理用户输入或动画，保持UI响应。
任务优先级 (Prioritization)：区分高优先级更新（如用户输入）和低优先级更新（如数据加载），优先处理高优先级任务。
可中断性 (Interruptibility)：如果一个低优先级的渲染任务正在进行，但有更高优先级的更新（例如用户输入）到来，React可以暂停当前渲染，处理高优先级任务，然后再选择继续或废弃之前的渲染。
多版本渲染 (Multiple Renders)：React可以在后台准备多个UI版本，而不阻塞主线程。

这些特性极大地提升了用户体验，但也引入了一个新的、棘手的问题：渲染阶段不再是原子操作。这意味着：

一个组件可能在不同的时间点被多次渲染。
一个组件在渲染开始时读取的外部状态值，可能在渲染结束前或提交前就已经改变。

这就是“撕裂”问题产生的根源。

撕裂问题 (Tearing) 的本质

撕裂（Tearing）是指在并发模式下，由于React的渲染阶段可能被中断，或者一个更新的渲染结果被废弃，导致用户界面在某个时刻显示了不一致的、旧的或半成品的状态。具体到外部状态管理，它表现为：一个组件在同一次渲染中，或者一个组件树中，从外部存储读取到了不同时间点的状态值。

让我们通过一个具体的场景来理解撕裂：

场景描述：
假设我们有一个外部计数器externalStore，初始值为 0。
我们有两个React组件 ComponentA 和 ComponentB，都订阅并显示这个计数器的值。
现在，我们模拟一个并发模式下可能发生的情况：

用户操作：触发 externalStore.increment()，count 从 0 变为 1。
React调度：externalStore 通知订阅者，React调度一次更新。
渲染开始：React进入渲染阶段，准备渲染 ComponentA 和 ComponentB。
- 步骤 3a (ComponentA 渲染)：React开始渲染 ComponentA。ComponentA 调用 externalStore.getCount()，读取到 1。React内部记录 ComponentA 的状态为 1。
- 步骤 3b (中断)：此时，一个高优先级的更新发生（例如，用户快速点击了另一个按钮，或者一个网络请求返回并更新了外部状态）。假设 externalStore.increment() 再次被调用，count 从 1 变为 2。externalStore 再次通知订阅者。
- 步骤 3c (React处理高优先级更新)：React暂停当前对 ComponentA 和 ComponentB 的渲染，开始处理高优先级更新。
- 步骤 3d (继续渲染 ComponentB)：React决定继续之前的渲染任务（或重新开始）。现在轮到 ComponentB 渲染。ComponentB 调用 externalStore.getCount()，读取到 2。React内部记录 ComponentB 的状态为 2。
提交阶段：React提交渲染结果。
- ComponentA 显示 1。
- ComponentB 显示 2。

结果： 在同一个屏幕上，用户看到了 ComponentA 显示 1，而 ComponentB 显示 2。但实际上，外部存储的真实状态已经是 2 了。这种显示上的不一致就是“撕裂”。

撕裂的根本原因：
在并发模式下，React在渲染阶段读取外部状态时，无法保证该状态在整个渲染过程中保持不变，也无法保证在渲染结束后到提交阶段开始前不被外部修改。
传统的 useState + useEffect 订阅模式，在 setCount(externalStore.getCount()) 被调用时，externalStore.getCount() 读取的是当前外部状态的“快照”。但这个快照是在渲染阶段的某个时间点获取的，如果渲染被中断或重试，并且外部状态在这期间发生了变化，那么最终提交的UI可能就基于一个过时的快照。

表格对比：同步模式 vs. 并发模式下的外部状态读取

特性/模式	传统同步模式	并发模式
渲染阶段特性	不可中断，原子性	可中断，可暂停，可重试
外部状态读取时机	渲染开始时读取一次，并在一次完整的渲染-提交周期内保持一致	渲染阶段可能多次读取，每次读取的结果可能不同；渲染可能被中断或废弃
副作用执行时机	渲染完成后，提交阶段执行	渲染完成后，提交阶段执行
撕裂风险	无	高，因为外部状态可能在渲染过程中或渲染-提交间隙发生变化
`useEffect`订阅	工作正常，及时反映外部状态	无法保证渲染阶段的快照一致性，可能导致撕裂

`useSyncExternalStore`：唯一的标准解决方案

为了解决并发模式下的撕裂问题，React 18 引入了一个专门的Hook：useSyncExternalStore。这个Hook的出现，正是为了让外部状态存储能够安全地、无撕裂地与React的并发渲染机制协同工作。

useSyncExternalStore 的设计理念是：

让React知道如何获取外部状态的当前快照。
让React知道何时外部状态可能发生了变化。
最重要的是，它赋予了React在提交阶段之前，重新检查外部状态的权力，以保证最终提交的UI是基于最新的、一致的状态。

`useSyncExternalStore` 的签名

import { useSyncExternalStore } from 'react';

function useSyncExternalStore(subscribe, getSnapshot, getServerSnapshot?)

它接受三个参数：

subscribe: 一个函数，接收一个 callback 参数。当外部存储发生变化时，它必须调用 callback。它应该返回一个取消订阅的函数。
- React会使用这个函数来订阅外部存储的更新。当 callback 被调用时，React知道外部状态可能已经改变，需要重新检查。
- 这个函数必须是稳定的（例如使用 useCallback 包裹），否则每次渲染都会导致重新订阅。
getSnapshot: 一个函数，返回外部存储的当前状态快照。
- React会在组件渲染期间调用它来获取状态值。
- 关键点： React还会在提交阶段之前再次调用它，以确保在渲染和提交之间没有发生撕裂。如果两次调用 getSnapshot 返回的值不同，React会废弃之前的渲染，并使用最新的快照重新渲染。
- 这个函数也必须是稳定的。
- 它必须返回一个不可变的值。如果外部存储是可变的，你需要返回它的一个副本，或者确保你的存储本身就返回不可变的数据。
getServerSnapshot (可选)：一个函数，返回在服务器渲染（SSR）或客户端水合（hydration）期间使用的初始快照。
- 在SSR环境中，它用于在服务器端获取初始状态。
- 在客户端水合期间，如果外部存储在JavaScript加载和水合之间发生了变化，getServerSnapshot 可以提供一个在客户端初始渲染时使用的值，避免水合不匹配警告。
- 如果客户端的 getSnapshot 在水合后与服务器渲染的结果不匹配，React会触发一次客户端更新。
- 如果你的应用程序不进行SSR，或者你的外部存储在SSR和客户端水合之间不会改变，你可以省略此参数。

`useSyncExternalStore` 的工作原理

订阅通知：当你调用 useSyncExternalStore 并传入 subscribe 函数时，React会订阅你的外部存储。当外部存储发生变化时，它会调用你提供的 callback，通知React需要更新。
渲染阶段的快照：在组件的渲染阶段，React会调用 getSnapshot 来获取外部状态的当前值，并将其用于生成虚拟DOM。
提交阶段前的双重检查：
- 这是 useSyncExternalStore 解决撕裂问题的核心机制。
- 在渲染阶段完成后，进入提交阶段之前，React会再次调用 getSnapshot。
- 它会将这次获取的快照与渲染阶段最初获取的快照进行比较。
- 如果两次快照值不一致（意味着外部存储在渲染期间或渲染与提交之间发生了变化），React会废弃当前的渲染结果，并使用最新的快照重新开始整个渲染流程。
- 如果两次快照值一致，React则安全地提交渲染结果。

通过这个“双重检查”机制，useSyncExternalStore 确保了：

原子性：组件在同一次渲染中，以及在整个提交周期内，看到的外部状态值是统一的。
最新性：最终呈现在UI上的状态，总是外部存储在提交前一刻的最新状态。

使用 `useSyncExternalStore` 改造计数器组件

现在，让我们用 useSyncExternalStore 改造之前的计数器组件：

// src/components/CounterSyncExternalStore.js
import React, { useCallback, useSyncExternalStore } from 'react';
import { externalStore } from '../store';

function CounterSyncExternalStore() {
  // getSnapshot 函数，用于获取外部store的当前状态快照
  // 必须是稳定的，所以使用 useCallback 包裹
  const getSnapshot = useCallback(() => externalStore.getCount(), []);

  // subscribe 函数，用于订阅外部store的变化
  // 必须是稳定的，所以使用 useCallback 包裹
  const subscribe = useCallback((listener) => {
    return externalStore.subscribe(listener);
  }, []);

  // 使用 useSyncExternalStore Hook
  const count = useSyncExternalStore(subscribe, getSnapshot);

  const handleIncrement = () => {
    externalStore.increment();
  };

  const handleDecrement = () => {
    externalStore.decrement();
  };

  return (
    <div style={{ border: '1px solid green', padding: '10px', margin: '10px' }}>
      <h3>useSyncExternalStore 计数器</h3>
      <p>当前计数: {count}</p>
      <button onClick={handleIncrement}>增加</button>
      <button onClick={handleDecrement}>减少</button>
      <p>（使用 useSyncExternalStore 订阅外部状态）</p>
    </div>
  );
}

export default CounterSyncExternalStore;

为什么 useCallback 很重要？
subscribe 和 getSnapshot 函数都应该被 useCallback 包裹。如果它们不是稳定的，那么每次组件渲染时，都会创建新的函数实例。这将导致 useSyncExternalStore 认为 subscribe 函数发生了变化，从而取消旧的订阅并创建新的订阅，这会带来不必要的性能开销，甚至可能导致逻辑错误（例如在某些库中可能重复订阅）。

为什么 `useSyncExternalStore` 是“唯一标准”？

现在我们深入探讨为什么 useSyncExternalStore 被视为解决外部状态库在并发模式下撕裂问题的唯一标准。

React的内部协调器 (Reconciler) 唯一入口：
useSyncExternalStore 是React团队专门为这个特定问题设计的API。它是React协调器（负责渲染和提交逻辑的核心引擎）唯一知道如何安全地与外部可变存储交互的机制。其他任何尝试在并发模式下直接读取外部状态的自定义Hook或模式，都无法获得React在提交阶段之前执行的“双重检查”特权。
保证快照一致性：
前面已经详细解释，useSyncExternalStore 保证了在整个渲染-提交周期内，组件读取到的外部状态快照是一致的。它通过在提交阶段前再次调用 getSnapshot 并进行比较来实现这一保证。这是任何其他用户态Hook（如 useState, useEffect, useRef）都无法提供的保证。
处理渲染中断和重试：
并发模式下，渲染任务可能被中断，然后从头开始或从中断处继续。如果外部状态在此期间发生变化，useSyncExternalStore 的机制会确保新的渲染会基于最新的状态快照。如果渲染被废弃，并且在新的渲染开始前外部状态再次变化，useSyncExternalStore 同样会保证新的渲染从最新的快照开始。
优化与性能：
useSyncExternalStore 是一个底层Hook，它被设计得非常高效。React可以优化对 subscribe 回调的调用，避免不必要的重新渲染。同时，由于它直接与React的调度器集成，能够更好地管理更新的优先级，确保高优先级更新（例如用户输入）能够及时反映外部状态的变化，而不会被低优先级的渲染任务阻塞。
避免竞态条件：
在并发模式下，如果没有 useSyncExternalStore，外部状态库很容易陷入竞态条件。例如，组件A渲染时读取了状态X，但组件B渲染时状态X已经变为Y。提交时，部分UI显示X，部分UI显示Y。useSyncExternalStore 通过强制快照一致性，完全消除了这种竞态条件导致的撕裂。
官方推荐与未来兼容性：
React团队明确指出，对于外部可变存储，useSyncExternalStore 是唯一的推荐方案。这意味着所有主流的外部状态管理库（如Redux、Zustand、Jotai、Recoil等）都已采用或正在转型采用此Hook来构建其React集成层。遵循官方标准不仅保证了当前应用的稳定性，也确保了对未来React版本和特性的兼容性。

表格对比：常见React Hook与useSyncExternalStore在外部状态处理上的差异

Hook/机制	主要用途	并发模式下撕裂风险	解决撕裂的机制	适用场景
`useState` + `useEffect`	管理组件内部状态；订阅副作用	高	无，仅在effect中更新，无法保证渲染阶段快照一致	传统模式外部状态；非并发模式；无撕裂风险
`useRef`	存储可变值，不触发重新渲染	极高	无，仅为 mutable 引用，不通知 React 更新	存储不参与渲染的 mutable 值
`useReducer`	管理复杂组件内部状态逻辑	高	无，reducer 内部状态管理，不处理外部 mutable store	复杂组件内部状态，替代 `useState`
`useContext`	跨组件共享 React 内部状态	无（对于 Context 值）	React 内部机制保证 context value 的一致性	React 内部状态共享
`useSyncExternalStore`	安全订阅和同步外部可变存储	无	在渲染和提交阶段前进行双重快照检查，强制一致性	所有外部可变存储的 React 集成

高级考量与实践

1. `getSnapshot` 的稳定性与性能

getSnapshot 必须返回一个不可变的值。如果外部存储是可变的，你需要在 getSnapshot 中返回一个它的副本或不可变派生值。例如，如果 externalStore.state 是一个对象，你应该返回 Object.freeze({ ...externalStore.state }) 或使用不可变数据结构。
getSnapshot 会被 React 调用多次，因此它应该是高性能的，不应执行昂贵的计算。如果 getSnapshot 的计算成本较高，考虑在外部存储层进行memoization，或者只返回你组件实际需要的那部分状态。

2. 服务端渲染 (SSR) 和水合 (Hydration)

getServerSnapshot 参数对于SSR应用至关重要。

在SSR期间，getSnapshot 会在服务器上被调用以获取初始HTML。
在客户端，当React应用开始水合时，如果外部存储在JavaScript加载完成之前发生了变化，getServerSnapshot 提供的快照可以帮助React避免水合不匹配的错误。
如果 getServerSnapshot 返回的值与客户端首次渲染时 getSnapshot 返回的值不一致，React会立即触发一次客户端更新以纠正UI。

// 假设在SSR期间，externalStore.getCount() 返回 0
// 客户端水合期间，如果 JS 加载前 count 变为 1
// getServerSnapshot 应该返回在 SSR 时期 count 的值 (0)
// 这样 React 在客户端第一次渲染时会使用 0，避免水合不匹配
// 然后，由于 getSnapshot 会返回 1，React 会立即调度一次更新，显示 1
const count = useSyncExternalStore(
  subscribe,
  getSnapshot,
  () => 0 // 假设这是服务器渲染时的初始快照
);

3. 库作者的责任

useSyncExternalStore 主要面向外部状态管理库的作者。作为库的消费者，我们通常不需要直接使用 useSyncExternalStore，而是通过库提供的自定义Hook来间接使用它。例如：

Redux：react-redux 库在内部使用 useSyncExternalStore 来实现 useSelector。
Zustand：Zustand 的 useStore Hook 也使用了 useSyncExternalStore。
Jotai / Recoil：这些原子状态管理库也依赖 useSyncExternalStore 来确保在并发模式下的数据一致性。

作为库作者，使用 useSyncExternalStore 需要确保你的 subscribe 和 getSnapshot 函数是幂等的、高效的，并且正确处理了取消订阅逻辑。

展望未来

useSyncExternalStore 不仅仅是一个解决当前问题的工具，它更代表了React团队在设计可预测且高性能的并发UI框架方面的思考。它明确了React与外部世界交互的边界和规范，使得React能够更好地掌控其渲染生命周期，同时给予外部状态库足够的灵活性来集成。

随着React并发特性的进一步普及和成熟，useSyncExternalStore 将成为所有外部状态管理库的基石，确保React应用无论在何种渲染模式下，都能提供一致、流畅且无撕裂的用户体验。它赋予了React处理异步、中断和优先级的能力，同时不牺牲状态的完整性，这无疑是现代前端开发的一次重大进步。

useSyncExternalStore 是React并发模式下解决外部状态撕裂问题的核心API。它通过提供一个受React内部协调器控制的订阅和快照机制，确保了UI在任何情况下都能显示一致且最新的外部状态。所有外部状态管理库都应采纳此Hook，以保证其在现代React应用中的健壮性和未来兼容性。

React的渲染机制：同步与异步的演进

并发模式的崛起与挑战

撕裂问题 (Tearing) 的本质

useSyncExternalStore：唯一的标准解决方案

useSyncExternalStore 的签名

useSyncExternalStore 的工作原理

使用 useSyncExternalStore 改造计数器组件

为什么 useSyncExternalStore 是“唯一标准”？