解析 ‘Layout Thrashing’ 防御：React 为什么将所有的 DOM 操作都挤在 `commitRoot` 阶段？

各位编程专家，晚上好！

今天，我们将深入探讨一个在前端性能优化领域常常被提及，却又容易被忽视的“幽灵”——Layout Thrashing。特别是，我们将聚焦于现代前端框架的翘楚 React，解析它如何通过其独特的设计哲学，尤其是将所有的 DOM 操作都集中在 commitRoot 阶段，来有效地防御这一性能杀手。

在高性能Web应用的构建中，我们追求的不仅是功能的完善，更是用户体验的流畅。而流畅的体验，很大程度上取决于浏览器能否以每秒60帧（60fps）的速度进行渲染，这意味着每一帧的绘制时间不能超过约16.6毫秒。Layout Thrashing，正是那个可能悄无声息地将你的帧率拖垮，让用户感受到卡顿和延迟的罪魁祸首。

一、性能瓶颈的幽灵：Layout Thrashing

前端性能的优化是一个永恒的话题。从网络请求优化到代码分割，从图片懒加载到虚拟列表，我们投入了大量精力去提升应用的响应速度。然而，即使所有的网络请求都已优化到极致，JavaScript 执行效率也无可挑剔，一个看似简单的 DOM 操作序列仍然可能导致严重的性能问题。

1. 什么是 Layout Thrashing？

Layout Thrashing，又称作强制同步布局（Forced Synchronous Layout）或布局抖动，是指在JavaScript代码中，频繁地交替进行DOM的读操作（获取布局信息，如 offsetWidth, offsetHeight, getComputedStyle 等）和写操作（修改DOM样式或结构，如 element.style.width = '100px', appendChild 等）。

当JavaScript修改DOM的样式或结构时，浏览器通常会尝试将这些更改批处理，并在下一个渲染周期中统一计算布局（Layout）和绘制（Paint）。这是一个异步的、高效的过程。然而，一旦在修改DOM之后立即尝试读取依赖于最新布局信息的属性，浏览器就会被迫同步地执行布局计算，以确保返回的数据是准确的。如果这个“修改-读取”的模式被重复多次，浏览器就会在短时间内反复进行布局计算，导致大量的CPU资源消耗，从而引发性能瓶颈。

2. Layout Thrashing 的危害

Layout Thrashing 的主要危害体现在以下几个方面：

• 性能下降： 每次强制同步布局都会消耗宝贵的CPU时间。在复杂的页面或涉及大量DOM操作时，这会导致显著的性能开销，使得帧率远低于60fps，用户界面出现卡顿。
• 用户体验差： 卡顿的动画、延迟的交互响应都会严重损害用户体验，让应用显得不专业和低效。
• 电池消耗： 频繁的CPU计算会增加设备的能耗，对于移动设备用户而言，这会加速电池耗尽。
• 难以调试： Layout Thrashing 往往不是由单一代码行引起的，而是由一系列操作的交错导致的，这使得它的定位和修复变得复杂。

理解 Layout Thrashing 的核心在于理解浏览器是如何渲染页面的。

二、浏览器渲染管线的奥秘

要深入理解 Layout Thrashing，我们必须先简要回顾一下浏览器从 HTML、CSS 和 JavaScript 文件到最终屏幕像素的渲染过程。这个过程通常被称为关键渲染路径（Critical Rendering Path），它包含了一系列阶段：

1. DOM (Document Object Model) 构建： 浏览器解析 HTML 文档，将其转换为 DOM 树。
2. CSSOM (CSS Object Model) 构建： 浏览器解析 CSS 样式，将其转换为 CSSOM 树。
3. Render Tree (渲染树) 构建： DOM 树和 CSSOM 树合并形成渲染树。渲染树只包含需要渲染的节点（例如，display: none 的元素不会被包含）。每个节点都包含其样式信息。
4. Layout (布局/回流/重排)： 浏览器根据渲染树计算每个可见元素的几何属性（位置和大小）。这个阶段会确定元素在屏幕上的确切坐标和尺寸。
5. Paint (绘制/重绘)： 浏览器将布局阶段计算出的每个元素绘制到屏幕上的像素。这包括文本、颜色、边框、阴影等。
6. Composite (合成)： 如果页面包含分层（例如，通过 transform 或 opacity 创建的层），浏览器会将这些层合并为一个图像，并将其发送到屏幕。

1. Layout 阶段的代价

在这些阶段中，Layout 阶段是计算成本最高的一个。当元素的几何属性（如宽度、高度、位置）发生变化时，浏览器需要重新计算所有受影响元素的位置和大小。这可能是一个级联效应，一个元素的改变可能导致其所有子元素、兄弟元素甚至祖先元素的重新布局。

以下操作会触发 Layout（回流）：

• 添加、删除或更新 DOM 节点。
• 改变元素的 width, height, padding, margin, border, display, position, top, left, right, bottom 等几何属性。
• 改变字体大小、文本内容。
• 改变浏览器窗口大小（resize）。
• 激活 CSS 伪类，例如 :hover。
• 某些 JavaScript 属性的读取，这是 Layout Thrashing 的直接诱因。

2. 强制同步布局：Layout Thrashing 的根源

浏览器为了性能考虑，通常会尝试将多个 DOM 写操作批处理起来，等到下一个动画帧（大约16.6ms一次）再统一执行布局和绘制。这样，即使在短时间内有多次 DOM 修改，也只会触发一次布局和绘制。

然而，当你在修改了 DOM 样式或结构之后，立即读取一个会触发布局计算的属性时，浏览器就没有办法等到下一个动画帧了。它必须立即执行布局计算，以确保你读取到的值是最新的、准确的。这种行为就叫做强制同步布局。

关键点：

• 写操作： 改变样式、添加/删除元素。
• 读操作（触发布局）： offsetWidth, offsetHeight, clientWidth, clientHeight, scrollWidth, scrollHeight, offsetTop, offsetLeft, scrollTop, scrollLeft, getComputedStyle(), getBoundingClientRect() 等。

当这两类操作频繁交替出现时，浏览器就陷入了“布局-读取-布局-读取”的恶性循环，这正是 Layout Thrashing 的核心。

考虑以下表格，它对比了触发回流和重绘的常见操作：

操作类型	触发回流 (Layout)	触发重绘 (Paint)
几何属性	width, height, padding, margin, border, display
定位	position, top, left, right, bottom
内容	文本内容改变，字体大小，overflow	color, background-color, text-decoration, visibility, outline, box-shadow
DOM 结构	添加/删除 DOM 节点
窗口事件	窗口 resize
JS 读取	offsetWidth, offsetHeight, getComputedStyle() 等

三、Layout Thrashing 的诊断与模拟

理解理论后，我们来看看 Layout Thrashing 在实践中是如何发生的，以及如何使用浏览器开发者工具来诊断它。

1. 典型场景分析

假设我们有一个列表，需要动态地调整每个列表项的宽度，使其与前一个列表项的某个属性相关联。

function updateItemWidthsBad() {
  const items = document.querySelectorAll('.item');
  let previousItemWidth = 0;

  items.forEach(item => {
    // 1. 读取操作 (会触发布局，因为浏览器需要确保 previousItemWidth 是最新的)
    const currentItemOffsetWidth = item.offsetWidth;

    // 2. 写操作 (修改样式，通常会等待下一个动画帧)
    item.style.width = `${previousItemWidth + 10}px`;

    // 3. 再次读取，但这里的 previousItemWidth 是上一个元素的宽度，
    //    如果 item.style.width 的改变影响了后续元素的布局，
    //    那么这里实际上可能也间接导致了强制布局。
    //    更直接的例子是：
    //    const newWidth = item.offsetWidth; // 立即读取刚刚设置的宽度
    //    item.style.height = `${newWidth / 2}px`; // 再次写操作
    //    previousItemWidth = newWidth;
    previousItemWidth = currentItemOffsetWidth; // 存储当前元素的原始宽度
  });
}

// 假设页面上有这样的 HTML
// <div class="container">
//   <div class="item">Item 1</div>
//   <div class="item">Item 2</div>
//   <div class="item">Item 3</div>
// </div>

在这个 updateItemWidthsBad 函数中：

1. 在 item.offsetWidth 这一行，我们读取了元素的布局信息。
2. 紧接着在 item.style.width = ... 这一行，我们修改了元素的样式，这是一个写操作。
3. 如果这个循环执行了 N 次，那么就会有 N 次的“读取-写入”交替，导致浏览器被迫进行 N 次同步布局计算。

2. 代码示例：如何制造 Layout Thrashing

让我们用一个更具体的例子来演示。

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
    <title>Layout Thrashing Demo</title>
    <style>
        body { font-family: sans-serif; }
        .box-container {
            display: flex;
            flex-wrap: wrap;
            width: 80%;
            margin: 20px auto;
            border: 1px solid #ccc;
            padding: 10px;
        }
        .box {
            width: 50px;
            height: 50px;
            margin: 5px;
            background-color: #4CAF50;
            color: white;
            display: flex;
            justify-content: center;
            align-items: center;
            font-size: 14px;
            transition: all 0.1s ease-out; /* 增加过渡效果，让问题更明显 */
        }
        .box.active {
            background-color: #f44336;
        }
    </style>
</head>
<body>
    <h1>Layout Thrashing 演示</h1>
    <button id="thrashButton">制造 Layout Thrashing (1000次)</button>
    <button id="optimizeButton">优化后的操作 (1000次)</button>
    <div class="box-container" id="boxContainer"></div>

    <script>
        const boxContainer = document.getElementById('boxContainer');
        const thrashButton = document.getElementById('thrashButton');
        const optimizeButton = document.getElementById('optimizeButton');
        const NUM_BOXES = 1000; // 增加盒子数量以放大效果

        // 初始化盒子
        for (let i = 0; i < NUM_BOXES; i++) {
            const box = document.createElement('div');
            box.classList.add('box');
            box.textContent = i + 1;
            boxContainer.appendChild(box);
        }

        const boxes = document.querySelectorAll('.box');

        // 制造 Layout Thrashing 的函数
        function causeLayoutThrashing() {
            console.time('Layout Thrashing');
            boxes.forEach(box => {
                // 1. 写操作：改变宽度
                box.style.width = Math.random() * 50 + 20 + 'px'; // 随机宽度

                // 2. 读操作：立即读取 offsetWidth，强制浏览器重新布局
                //    这里是关键，每次循环都会强制同步布局
                const currentWidth = box.offsetWidth;

                // 3. 写操作：根据读取到的新宽度设置高度
                box.style.height = currentWidth + 'px';

                // 4. 读操作：再次读取 offsetHeight，再次强制布局
                const currentHeight = box.offsetHeight;

                // 5. 写操作：根据高度设置 margin-left
                box.style.marginLeft = currentHeight / 10 + 'px';

                // 随机添加/移除 class 触发重绘/回流
                if (Math.random() > 0.5) {
                    box.classList.add('active');
                } else {
                    box.classList.remove('active');
                }
            });
            console.timeEnd('Layout Thrashing');
        }

        // 优化后的函数：分离读写操作
        function avoidLayoutThrashing() {
            console.time('Optimized Operations');
            const widths = [];
            const heights = [];
            const newClasses = [];

            // 阶段1: 批量读取所有需要的布局信息
            boxes.forEach(box => {
                widths.push(Math.random() * 50 + 20); // 预计算随机宽度
                // 这里没有读取任何会强制布局的属性
                newClasses.push(Math.random() > 0.5);
            });

            // 阶段2: 批量写入所有样式更改
            boxes.forEach((box, index) => {
                box.style.width = widths[index] + 'px';
                // 此时，浏览器会尝试批处理这些写操作，只在最后进行一次布局

                // 假设这里我们需要根据新宽度设置高度，但在实际优化中，
                // 应该在第一阶段收集所有信息，或使用 requestAnimationFrame
                // 为了演示，我们暂时假设这里的计算不依赖于前一个 box 的新布局
                // 如果必须依赖，则需要更复杂的调度或分步进行。
                // 这里的 `widths[index]` 是我们预设的值，不是 `box.offsetWidth`
                box.style.height = widths[index] + 'px';
                box.style.marginLeft = widths[index] / 10 + 'px'; // 依赖预设的宽度

                if (newClasses[index]) {
                    box.classList.add('active');
                } else {
                    box.classList.remove('active');
                }
            });
            console.timeEnd('Optimized Operations');
        }

        thrashButton.addEventListener('click', causeLayoutThrashing);
        optimizeButton.addEventListener('click', avoidLayoutThrashing);
    </script>
</body>
</html>

在 Chrome DevTools 的 Performance 面板中运行 causeLayoutThrashing 函数，你会看到：

• 大量的紫色长条，代表“Layout”事件。
• 每个 Layout 事件之间穿插着 JavaScript 的执行。
• 整个执行时间会显著长于 avoidLayoutThrashing 函数。

而运行 avoidLayoutThrashing 函数，你会看到：

• JavaScript 执行时间虽然也存在，但其后的 Layout 事件是少数且集中的。
• 整体执行时间大幅缩短。

3. 性能分析工具的应用

Chrome DevTools 的 Performance 面板是诊断 Layout Thrashing 的利器。

1. 打开 DevTools： 按 F12 或右键检查。
2. 切换到 Performance 面板。
3. 点击录制按钮（小圆点）。
4. 执行会触发 Layout Thrashing 的操作。
5. 停止录制。

在录制结果中，你需要关注：

• Main 线程的火焰图： 查找大量的紫色 Layout 块。如果这些 Layout 块之间频繁地穿插着 Scripting（JavaScript 执行）块，那么很可能就是 Layout Thrashing。
• Summary 标签页： 查看 Layout 的总耗时，如果占比过高，则需要警惕。
• Bottom-Up 或 Call Tree 标签页： 可以帮助你定位是哪些 JavaScript 函数触发了 Layout。

通过这些工具，我们可以直观地看到浏览器为了响应我们的代码，是如何反复地进行昂贵的布局计算的。

四、防御 Layout Thrashing 的策略

既然我们已经理解了 Layout Thrashing 的成因和危害，那么如何防御它呢？

1. 手动优化方法

在没有 React 这样的框架帮助下，我们可以遵循一些基本原则来减少 Layout Thrashing：

• 读写分离原则 (Read-Write Batching)：

  • 将所有读取 DOM 布局信息的操作集中在一起，先全部读取完毕。
  • 然后，将所有修改 DOM 样式或结构的操作集中在一起，一次性写入。
  • 这样，浏览器就有机会将所有的写操作批处理，只触发一次布局。

  function updateItemWidthsOptimized() {
      const items = document.querySelectorAll('.item');
      const readValues = []; // 存储所有读取到的值
  
      // 阶段1: 批量读取
      items.forEach(item => {
          readValues.push(item.offsetWidth); // 只读取，不写入
      });
  
      // 阶段2: 批量写入
      items.forEach((item, index) => {
          item.style.width = `${readValues[index] + 10}px`; // 只写入，不读取
          item.style.height = `${readValues[index] / 2}px`;
      });
  }

• 使用 requestAnimationFrame：

  • requestAnimationFrame 是浏览器提供的 API，用于在下一次浏览器重绘之前执行回调函数。它会在浏览器准备好进行下一次渲染时调度你的代码，这使得它非常适合进行动画或任何需要高效 DOM 操作的任务。
  • 通过将 DOM 修改放入 requestAnimationFrame 的回调中，可以确保这些修改与浏览器的渲染周期同步，并且与其他渲染任务一起批处理。

  function animateBoxes() {
      const boxes = document.querySelectorAll('.box');
      let frame = 0;
  
      function updateFrame() {
          boxes.forEach((box, index) => {
              const newSize = 50 + Math.sin((frame + index) * 0.1) * 20;
              box.style.width = `${newSize}px`;
              box.style.height = `${newSize}px`;
              box.style.transform = `rotate(${frame * 2}deg)`;
          });
          frame++;
          requestAnimationFrame(updateFrame); // 循环调用
      }
      requestAnimationFrame(updateFrame);
  }
  // animateBoxes();

  在这个动画函数中，所有的 DOM 写操作都集中在 updateFrame 函数内部，并且通过 requestAnimationFrame 调度，确保它们在浏览器渲染帧的正确时机执行，从而避免强制同步布局。

2. React 为什么需要更高级的策略？

手动优化方法对于小规模或特定场景是有效的。然而，在现代复杂前端应用中，这种手动管理 DOM 操作的方式面临巨大挑战：

• 声明式编程与底层细节的抽象： React 的核心思想是声明式编程。开发者只需要描述 UI 的“应该是什么样子”，而不是“如何去改变它”。如果每次状态更新都需要开发者手动考虑 DOM 读写分离，那么就违背了 React 的设计初衷，大大增加了开发心智负担。
• 复杂应用的挑战： 大型应用中，状态更新可能来源于多个不同的组件、异步操作、事件回调等。这些更新可能在短时间内交织发生，手动协调所有 DOM 操作的批处理和读写分离几乎是不可能完成的任务。
• 组件化带来的局部性： 每个组件只关心自身的状态和渲染，难以感知整个应用层面的 DOM 操作序列。

因此，React 需要一套自动化的、全局的机制来管理 DOM 更新，使其在保持声明式编程范式的同时，也能高效地防御 Layout Thrashing。这正是其“渲染与提交”机制，特别是 commitRoot 阶段的核心价值所在。

五、React 的核心机制：渲染与提交

React 为了实现高效的 UI 更新，将整个更新过程分解为两个主要阶段：Render 阶段和 Commit 阶段。这两个阶段是 React Fiber 架构的核心，它们协同工作，共同确保了应用的性能和响应能力。

1. React 的心跳：调和（Reconciliation）过程

当组件的状态或 props 发生变化时，React 会启动一个“调和”（Reconciliation）过程。在这个过程中，React 会比较新旧的 Virtual DOM 树（或 Fiber 树），找出需要更新的部分，并最终将这些更新应用到真实的 DOM 上。

2. Render 阶段：纯计算，无副作用

Render 阶段是 React 进行“思考”的阶段。它的主要职责是：

• 构建 Fiber 树的更新： 根据组件的 render 方法（或函数组件的执行结果），以及新的 state 和 props，React 会遍历组件树，生成一个新的 Fiber 树（或更新现有 Fiber 树上的节点）。
• DIFF 算法： 在遍历过程中，React 会对比当前 Fiber 节点与其对应的旧 Fiber 节点（如果存在），计算出需要进行的最小化变更（增、删、改）。
• 工作单元 (Work Unit)： 每个 Fiber 节点都可以看作是一个工作单元。Render 阶段会以这些工作单元为基础，从根节点开始向下遍历。
• 可中断性与优先级： 这是 Fiber 架构的关键特性。Render 阶段是可中断的。这意味着 React 可以在处理高优先级任务（如用户输入）时暂停当前的渲染工作，稍后再恢复。它也是异步的，可以根据任务的优先级和剩余时间来调度工作。
• 纯计算，无副作用： 在 Render 阶段，React 不会执行任何会修改真实 DOM 的操作。它只是计算出将要进行的 DOM 变更。所有的副作用（如 DOM 操作、生命周期方法调用、useEffect 回调）都会被收集起来，等待 Commit 阶段执行。

Render 阶段的特点：

• 可中断： 可以随时暂停和恢复。
• 异步： 可以利用 requestIdleCallback 或自定义调度器在浏览器空闲时执行。
• 纯净： 不触碰真实 DOM，不触发任何副作用。
• 可重入： 由于纯净性，可以多次执行而不会产生不一致的结果。

3. Commit 阶段：副作用的集中处理

Commit 阶段是 React 进行“行动”的阶段。当 Render 阶段计算出所有的变更后，React 会进入 Commit 阶段。这个阶段的主要职责是：

• 同步执行： Commit 阶段是不可中断的，并且是同步执行的。一旦进入 Commit 阶段，React 会一气呵成地完成所有任务，直到将所有变更应用到真实 DOM 并执行所有副作用。
• DOM 操作的批处理： 这是我们今天讨论的核心。在 Commit 阶段，React 会遍历 Render 阶段标记为“有副作用”的 Fiber 节点，并将其收集到的所有 DOM 更新操作（如插入、删除、更新属性）一次性地应用到真实 DOM 上。
• 生命周期方法与 Effect Hook 的执行：
  • 在 DOM 更新前：调用 getSnapshotBeforeUpdate 生命周期方法。
  • 在 DOM 更新后：调用 componentDidMount, componentDidUpdate, componentWillUnmount (在卸载时) 等生命周期方法，以及执行 useEffect 和 useLayoutEffect 的回调函数。

Commit 阶段的特点：

• 不可中断： 一旦开始，必须完成。
• 同步： 快速执行，确保 UI 的一致性。
• 有副作用： 直接操作真实 DOM，触发各种生命周期和 Effect 回调。
• 批处理： 集中所有 DOM 操作，最大程度地避免 Layout Thrashing。

通过将 Render 和 Commit 阶段分离，React 实现了高度的灵活性和性能优化。Render 阶段的异步和可中断性使得 React 能够更好地响应用户输入和调度优先级任务，而 Commit 阶段的同步和批处理则确保了 DOM 更新的效率和避免 Layout Thrashing。

六、commitRoot：Layout Thrashing 的最终防线

在 React 的内部实现中，commitRoot 函数是 Commit 阶段的入口点。它是整个更新流程的最后一步，也是所有计算出的 DOM 变更被实际应用到浏览器 DOM 树上的关键时刻。

1. commitRoot 的职责

commitRoot 函数承担着将 Render 阶段计算出的所有 Fiber 树上的更新，原子性地、高效地应用到真实 DOM 的核心职责：

1. 遍历 Effect List： Render 阶段会创建一个“Effect List”（副作用列表），其中包含了所有需要进行 DOM 操作或触发副作用的 Fiber 节点。commitRoot 会遍历这个列表。
2. 执行 DOM 变更： 对于列表中的每个 Fiber 节点，commitRoot 会根据其 effectTag（标记，如 Placement – 插入，Update – 更新，Deletion – 删除）执行相应的 DOM 操作。这包括：
   • 插入新节点 (appendChild, insertBefore)
   • 删除旧节点 (removeChild)
   • 更新节点属性 (setAttribute, style.setProperty)
   • 更新文本内容 (nodeValue)
3. 执行生命周期/Effect Hook： 在 DOM 变更发生前、发生中、发生后，commitRoot 还会按照既定顺序调用相关的生命周期方法（如 getSnapshotBeforeUpdate、componentDidMount、componentDidUpdate）和 Effect Hook 回调（useLayoutEffect、useEffect）。

2. 为什么所有的 DOM 操作都挤在 commitRoot？

这正是 React 防御 Layout Thrashing 的核心策略。将所有 DOM 操作集中在 commitRoot 阶段的原因是：

• 核心论点：确保读写分离的自动化与全局性。
  React 通过其内部机制，在 Render 阶段只进行纯粹的计算和副作用收集，绝不触碰真实 DOM。这意味着所有的 DOM 读操作（例如在 render 方法中通过 ref 获取 DOM 元素的尺寸，但这是反模式，应该在 useLayoutEffect 或 componentDidMount 中做）都集中在 Commit 阶段之前或在 Commit 阶段的特定时机。
  而所有的 DOM 写操作，则被严格限制在 commitRoot 的一个连续执行块中。这样，React 就自动实现了我们在手动优化中提到的“读写分离”原则，并且是在整个应用层面，而非单个组件层面。

  commitRoot 内部通常会分为三个子阶段来处理副作用，以进一步优化：

  1. beforeMutation（变更前）： 执行 getSnapshotBeforeUpdate 等，这些方法可能需要读取 DOM 布局信息。
  2. mutation（变更）： 执行所有真实的 DOM 插入、更新、删除操作。这是所有的 DOM 写操作集中发生的地方。
  3. layout（布局后）： 执行 useLayoutEffect、componentDidMount/Update 等，这些方法在 DOM 已经更新并渲染到屏幕前执行，可能需要读取更新后的 DOM 布局信息。

  通过这种严格的阶段划分，React 确保了：

  • 在 mutation 阶段之前，可以进行安全的 DOM 读操作（例如在 getSnapshotBeforeUpdate 中）。
  • 在 mutation 阶段，所有的 DOM 写操作被批量执行。
  • 在 layout 阶段，可以进行安全的 DOM 读操作，因为 DOM 已经更新完毕。

  这种设计使得在 mutation 阶段执行的 DOM 写操作，不会被紧随其后的 DOM 读操作（来自其他组件或同一个组件的后续逻辑）所打断，从而避免了强制同步布局。

• 防止渲染管线的反复触发：
  如果 React 在 Render 阶段的每个小更新单元（Fiber）都去操作一次 DOM，那么在整个组件树更新过程中，浏览器将不得不频繁地触发 Layout 和 Paint。这会导致渲染管线反复重启，造成巨大的性能浪费。
  通过集中处理，React 确保在一次更新周期中，所有的 DOM 变更只在 commitRoot 中被一次性提交给浏览器。浏览器接收到所有变更后，可以高效地计算一次布局和一次绘制，大大减少了不必要的重排和重绘。

• 减少不必要的重绘和重排：
  浏览器在处理 DOM 变更时，会尝试优化。例如，如果多个元素的 width 属性在短时间内被修改，浏览器可能会等待所有修改完成后再进行一次布局计算。commitRoot 正是利用了这一点，它将所有零散的 DOM 操作汇聚成一个大的批处理任务，交给浏览器去执行，从而最大化地利用浏览器的内部优化机制。

• 批处理的效率优势：
  单个 DOM 操作的开销很小，但如果数量巨大且交错执行，开销就会累积。批处理将这些操作打包，可以减少 JavaScript 和渲染引擎之间的上下文切换开销，提升整体效率。

3. commitRoot 内部的 DOM 操作顺序

React 的 commitRoot 阶段是一个精心编排的舞蹈，确保了 DOM 更新的正确性和效率。其大致流程如下：

1. commitBeforeMutationEffects：

   • 遍历 Effect List。
   • 执行 getSnapshotBeforeUpdate 生命周期方法。在这个阶段，DOM 尚未更新，可以安全地读取旧的 DOM 状态和布局信息。
   • 调度 useLayoutEffect 回调，但此时不执行。

2. commitMutationEffects：

   • 再次遍历 Effect List。
   • 执行所有的 DOM 增、删、改操作。 这是真正的 DOM 写操作发生的地方。例如，appendChild、removeChild、setAttribute、style.setProperty 等。
   • 这个阶段是整个更新过程中唯一会直接修改真实 DOM 的地方。
   • 由于所有写操作是连续执行的，它们之间不会穿插 DOM 读取，从而避免了 Layout Thrashing。

3. commitLayoutEffects：

   • 再次遍历 Effect List。
   • 执行 useLayoutEffect 回调函数。
   • 执行 componentDidMount 和 componentDidUpdate 生命周期方法。
   • 在这个阶段，DOM 已经更新完毕，可以安全地读取更新后的 DOM 布局信息（例如 getBoundingClientRect）。

4. commitPassiveEffects (调度 useEffect)：

   • 最后，调度 useEffect 回调。useEffect 是异步执行的，它会在浏览器绘制完成后，并且浏览器空闲时执行。这是为了避免阻塞渲染，进一步提升用户体验。

通过这种精细的阶段划分，React 在 commitMutationEffects 集中执行所有 DOM 写操作，确保其原子性和批处理。而对 DOM 布局信息的读取，则被安排在 commitBeforeMutationEffects 和 commitLayoutEffects 阶段，与写操作严格分离。

七、Fiber 架构的贡献

React Fiber 是 React 16 引入的全新协调引擎，它是实现 Render/Commit 阶段分离以及可中断渲染的关键。

• Fiber 如何支撑 Render 阶段的可中断性：
  Fiber 架构将渲染工作分解为可中断的“工作单元”（Fiber）。每个 Fiber 节点代表一个组件实例、DOM 元素或文本节点。React 在 Render 阶段遍历这些 Fiber 节点，构建一个工作循环。
  当浏览器需要执行高优先级任务（如用户输入）时，React 调度器可以暂停当前的工作循环，让出主线程。待高优先级任务完成后，React 可以从上次暂停的地方恢复工作，而无需从头开始。这得益于 Fiber 节点保存了足够多的上下文信息，使得工作状态可以被保存和恢复。

• Fiber 如何将副作用收集到 Commit 阶段：
  在 Render 阶段，当 React 处理 Fiber 节点时，如果发现某个节点需要进行 DOM 操作（例如，它的 type 或 props 发生了变化），它不会立即操作 DOM。相反，它会在这个 Fiber 节点上打上一个 effectTag（例如 Update, Placement, Deletion），并将其添加到当前 Fiber 树的“Effect List”中。
  这个 Effect List 是一个单链表，它只包含了那些带有副作用的 Fiber 节点。当 Render 阶段完成后，React 会得到一个完整的 Effect List，其中包含了所有需要执行的 DOM 操作和生命周期/Effect 回调。这个 Effect List 会被传递给 Commit 阶段，由 commitRoot 函数统一处理。

• 双缓冲机制与状态一致性：
  Fiber 架构采用了一种双缓冲（double buffering）技术。在 Render 阶段，React 会在后台构建和更新一颗新的 Fiber 树（被称为“work-in-progress tree”）。当这棵新的 Fiber 树构建完成并通过了所有的验证后，它会一次性地替换掉当前的旧 Fiber 树（“current tree”），这个切换发生在 commitRoot 的最后。
  这种机制确保了 UI 的原子性更新：用户看到的永远是完整且一致的 UI 状态，而不会看到中间的、不完整的渲染过程。

总而言之，Fiber 架构为 React 提供了一个强大的底层基础，使得它能够将复杂的 UI 更新过程分解、调度和批处理，从而有效地规避 Layout Thrashing，提供流畅的用户体验。

八、深入代码：React 如何实现批处理

虽然我们不会深入到 React 源码的每一个文件和每一行代码，但了解其高层次的执行流有助于我们更好地理解 commitRoot 的重要性。

当我们在 React 组件中调用 setState 或 useState 的更新函数时，会触发一个更新。这个更新会经历以下简化流程：

1. scheduleUpdateOnFiber： 这是更新的起点。它会标记需要更新的 Fiber 节点，并将其添加到调度队列。
2. 调度器 (Scheduler)： React 内部有一个调度器，它会根据更新的优先级和当前浏览器的空闲时间，决定何时开始 Render 阶段。它可能会使用 requestHostCallback (内部封装 MessageChannel 或 setTimeout) 来模拟 requestIdleCallback 的行为，或者在同步更新时直接执行。
3. performSyncWorkOnRoot / performConcurrentWorkOnRoot： 这是 Render 阶段的入口。它会启动一个工作循环，从根 Fiber 节点开始，遍历并更新 Fiber 树，收集副作用。
4. completeUnitOfWork / beginWork： 在工作循环中，React 会对每个 Fiber 节点执行 beginWork（向下遍历）和 completeUnitOfWork（向上归并）。在这个过程中，如果发现有变更，就会打上 effectTag 并添加到 Effect List。
5. commitRoot： 当 Render 阶段完成，并且 Effect List 被构建完毕后，就会调用 commitRoot。如前所述，commitRoot 会遍历 Effect List，依次执行 commitBeforeMutationEffects (读)，commitMutationEffects (写)，commitLayoutEffects (读)，commitPassiveEffects (调度 useEffect)。

在 commitMutationEffects 内部，React 通过一系列抽象层来操作真实 DOM。例如：

• ReactDOMHostConfig： 这是一个抽象层，它定义了 React 如何与特定宿主环境（如浏览器 DOM、React Native）交互的接口。所有具体的 DOM 操作（如 appendChild, removeChild, setAttribute）都是通过这个配置对象来调用的。
• commitPlacement： 用于将新的 DOM 节点插入到正确的位置。
• commitTextUpdate： 用于更新文本节点的内容。
• commitUpdate： 用于更新元素节点的属性和样式。

这些底层的 DOM 操作函数，在 commitMutationEffects 阶段被连续调用，形成了一个统一的、批处理的 DOM 写操作序列。

// 伪代码：commitMutationEffects 的简化视图
function commitMutationEffects(root, finishedWork) {
    // 遍历 Effect List
    let nextEffect = finishedWork.firstEffect;
    while (nextEffect !== null) {
        const effectTag = nextEffect.effectTag;
        const current = nextEffect.alternate; // 旧 Fiber 节点

        // 处理 Placement (插入/移动)
        if (effectTag & Placement) {
            commitPlacement(nextEffect);
        }

        // 处理 Deletion (删除)
        if (effectTag & Deletion) {
            commitDeletion(nextEffect);
        }

        // 处理 Update (更新属性/样式/文本)
        if (effectTag & Update) {
            commitUpdate(nextEffect, current);
        }

        // 其他副作用类型...

        nextEffect = nextEffect.nextEffect;
    }
}

// commitUpdate 的简化示例
function commitUpdate(finishedWork, current) {
    const instance = finishedWork.stateNode; // 真实 DOM 元素
    const updatePayload = finishedWork.updateQueue; // 收集到的属性变更

    // 应用所有属性变更到真实 DOM
    if (updatePayload !== null) {
        // 例如，更新 style
        for (let i = 0; i < updatePayload.length; i += 2) {
            const propKey = updatePayload[i];
            const propValue = updatePayload[i + 1];
            if (propKey === 'style') {
                // 批量更新样式属性
                Object.assign(instance.style, propValue);
            } else {
                // 更新其他属性
                instance[propKey] = propValue;
            }
        }
    }
}

从上面的伪代码中可以看到，所有的 DOM 写入操作都被封装在 commitPlacement, commitDeletion, commitUpdate 等函数中，并在 commitMutationEffects 阶段被顺序调用，从而实现了高效的批处理。

九、特殊情况与高级考量

尽管 React 的 commitRoot 机制在很大程度上防御了 Layout Thrashing，但作为开发者，我们仍然需要了解一些特殊情况和高级考量。

1. SSR/SSG 环境下的 Layout Thrashing

在服务器端渲染 (SSR) 或静态站点生成 (SSG) 的场景中，初始的 HTML 是在服务器上生成的。当这个 HTML 被发送到浏览器后，React 会在客户端进行“hydrate”（水合）过程，将服务器生成的静态标记与客户端的 React 组件关联起来。

在这个过程中，如果客户端的 React 组件在 useLayoutEffect 或 componentDidMount 中立即读取 DOM 布局信息，并根据这些信息修改样式，可能会导致“内容跳动”（Content Shift）或短暂的 Layout Thrashing。虽然不是传统的 JS 循环导致的 Layout Thrashing，但效果类似：页面在首次渲染后，由于客户端 JS 的干预，布局可能会再次发生变化。

最佳实践： 在 SSR/SSG 应用中，如果需要在客户端测量 DOM 元素尺寸并进行布局调整，应尽量在 useEffect 中进行，或者使用一个状态来延迟渲染，直到所有的尺寸测量完成后再显示。或者，确保服务器和客户端的样式和布局逻辑高度一致。

2. flushSync 的使用与警示

ReactDOM.flushSync(callback) 是一个逃生舱口，它允许你强制 React 同步地执行所有挂起的更新，并立即将变更提交到 DOM。这意味着它会跳过 React 的异步调度机制，直接进入 Commit 阶段。

用途：

• 当你需要立即测量 DOM 元素（例如，在用户交互后需要立即获取焦点或滚动位置）。
• 当你需要确保某个 DOM 变更在下一个浏览器绘制前完成，以避免视觉闪烁。

警示：

• 滥用 flushSync 会破坏 React 的批处理和调度优化，增加 Layout Thrashing 的风险。 因为它会强制同步执行，如果在 flushSync 内部执行了 DOM 写操作，然后又立即读取，就会触发 Layout Thrashing。
• 它会阻塞主线程，影响应用的响应性。

function measureImmediately() {
  const element = document.getElementById('myElement');
  // 模拟写操作
  element.style.width = '100px';

  // BAD: 强制同步布局
  const width = element.offsetWidth; // 立即读取，触发 Layout Thrashing

  // GOOD: 如果需要在写操作后立即读取，但又想避免 Layout Thrashing
  // 应该在写操作前读取，或者通过 flushSync 将读写分离
  // 实际上，更推荐的方式是使用 useLayoutEffect
}

function safeMeasureWithFlushSync() {
  const element = document.getElementById('myElement');

  // 1. 先进行所有写操作
  element.style.width = '100px'; 
  element.style.height = '50px';

  // 2. 使用 flushSync 确保所有写操作被提交到 DOM
  //    注意：这里只是提交了当前的 DOM 修改，并没有强制立即读取
  ReactDOM.flushSync(() => {
    // 理论上，这里可以包含一些同步的 React 状态更新
    // 但DOM操作已经发生在上面了
  });

  // 3. 然后安全地读取，因为 DOM 已经更新
  const width = element.offsetWidth;
  const height = element.offsetHeight;
  console.log(`Width: ${width}, Height: ${height}`);
}

即便如此，flushSync 仍应谨慎使用。React 内部的 useLayoutEffect 和 componentDidMount/Update 通常是更安全的进行 DOM 测量和操作的时机，因为它们天然地集成在 commitLayoutEffects 阶段，确保了读写分离。

3. 测量 DOM 元素尺寸：getBoundingClientRect 的正确时机

当你需要在 React 中测量 DOM 元素的尺寸或位置时，例如使用 element.getBoundingClientRect() 或 offsetWidth，你应该在以下时机进行：

• useLayoutEffect (函数组件)：
  useLayoutEffect 在所有 DOM 变更完成后，浏览器绘制之前同步执行。这是测量 DOM 元素最安全和推荐的时机，因为它保证了你读取到的是最新的、真实的 DOM 状态，并且不会导致 Layout Thrashing。
• componentDidMount / componentDidUpdate (类组件)：
  这两个生命周期方法在组件挂载/更新后，DOM 已经更新完毕时执行。它们与 useLayoutEffect 类似，都是测量 DOM 的安全时机。
• getSnapshotBeforeUpdate (类组件)：
  此方法在 DOM 变更之前同步执行，可以用来获取旧的 DOM 状态（例如滚动位置），以便在更新后恢复。但请注意，此时读取的是更新前的 DOM 状态。

避免在 render 函数或函数组件主体中直接测量 DOM， 因为这些地方属于 Render 阶段，不应该进行任何 DOM 操作或副作用。

4. 第三方库与 Layout Thrashing

即使 React 本身能够很好地防御 Layout Thrashing，但如果你的应用中使用了大量的第三方库，特别是那些直接操作 DOM 或包含复杂动画逻辑的库，它们可能会绕过 React 的协调机制，直接导致 Layout Thrashing。

策略：

• 审查第三方库： 了解其内部 DOM 操作方式。
• 隔离： 将第三方库的操作封装在特定的组件中，并尝试将其 DOM 操作与 React 的生命周期同步（例如，在 useLayoutEffect 中初始化和更新）。
• 避免混合直接 DOM 操作： 尽量避免在 React 组件内部，使用原生 JavaScript 直接操作由 React 管理的 DOM 元素，除非你明确知道自己在做什么，并且能够确保读写分离。

十、总结

Layout Thrashing 是前端性能优化中的一个重要挑战，它源于浏览器渲染管线的特性以及 JavaScript 中 DOM 读写操作的错误交织。React 通过其精妙的 Render 和 Commit 阶段划分，以及 Fiber 架构的支持，将所有的 DOM 操作严格地集中在 commitRoot 阶段进行批处理，从而自动化地实现了读写分离，最大程度地规避了 Layout Thrashing。这种设计不仅提升了应用的性能，更使得开发者能够以声明式的方式构建复杂 UI，而无需过多关注底层 DOM 操作的细节。理解并尊重 React 的这一核心机制，是编写高性能、高质量 React 应用的关键。