各位同学,大家好!
今天我们不聊那些虚头巴脑的 API,也不聊怎么写 Hooks,咱们来聊聊 React 源码里最硬核、最让人头秃,但也是最精妙的一个设计——Fiber 架构。
特别是,为什么 React 团队要把好好的树结构给“阉割”了,换成链表?这听起来就像是让你把家里的沙发腿锯了,换成两根棍子绑在一起一样离谱。
别急,咱们先把那个充满“AI味”的“引言”和“总结”扔进垃圾桶。今天,咱们直接上手,像剥洋葱一样,一层一层地把 Fiber 的内核给扒出来。
准备好了吗?咱们开始!
第一幕:老派的树,太累了
在 React 16 之前,或者说在 Fiber 出现之前,React 的渲染过程是这样的:递归。
想象一下,你的虚拟 DOM 树就像一棵巨大的圣诞树。你要把整个树都挂到浏览器上,怎么办?最简单的方法是什么?DFS(深度优先遍历)。
你从根节点开始,进去,进去,再进去……直到叶子节点。然后呢?完了,回退。再进另一个分支。
在代码层面,这通常长这样:
// 这是一个非常“老派”的渲染函数
function renderTree(node) {
if (!node) return; // 空了就回家
// 1. 创建真实的 DOM 节点(这是很重的活儿)
createDOM(node);
// 2. 递归渲染孩子
// 注意这里,一旦开始,就停不下来!
if (node.children) {
node.children.forEach(child => renderTree(child));
}
}
// 假设我们的树是这样的:
// <App>
// <Header />
// <Body>
// <List>
// <Item />
// <Item />
// </List>
// </Body>
// </App>
// 调用:renderTree(root)
这看起来很完美,对吧?逻辑清晰,代码简洁。但是,同学们,我要泼一盆冷水了。
这个递归过程有一个致命的缺陷:它是“阻塞”的。
为什么?因为 JavaScript 是单线程的。当你的 renderTree 函数在执行的时候,主线程就被它占用了。如果这棵树有 5000 个节点,你的递归函数就要跑 5000 次函数调用,堆栈帧要压 5000 层。
这时候,用户动了一下鼠标,或者点击了一个按钮。浏览器想处理这个点击事件,但是主线程正忙着在那儿数 DOM 节点呢!浏览器说:“哥们,让我先处理下点击吧。” React 说:“不行!我还没数完呢,等我把这棵树数完!”
结果就是:页面卡死,白屏,用户愤怒。
这就好比你在大街上走路,突然你的大脑开始思考“我是谁,我从哪里来”,结果你直接撞电线杆上了。这就是递归的代价。
第二幕:链表的诱惑
为了解决这个问题,React 团队想了个招:把树,变成链表。
为什么是链表?因为链表可以“断开”!
想象一下,如果你手里拿着一根长长的链条,你想把它剪成一小段一小段的。你可以随时停下来,把这一小段交给浏览器去画,然后你把剩下的链条收起来,等浏览器画完了,你再来拿下一小段。
这就叫可中断性。
但是,React 的 DOM 树结构是树(父子关系),怎么变成链表呢?这可不是简单的 next 指针就能搞定的。
React 引入了一个核心概念:Fiber 节点。
每个 Fiber 节点,就是一个链表节点。但它不只是一个简单的 next,它必须知道它的家在哪里(父节点),兄弟在哪里(下一个节点),以及孩子在哪里(子节点)。
于是,Fiber 节点的结构就变成了这样:
class FiberNode {
// 核心指针:这是链表的精髓
return: FiberNode | null; // 父节点
child: FiberNode | null; // 第一个子节点(链表头)
sibling: FiberNode | null; // 下一个兄弟节点(链表尾)
// 业务属性
tag: number;
stateNode: any; // 对应真实的 DOM 节点
// ...
}
看到这三个指针了吗?child, sibling, return。这就是为什么是链表,而不是树!
第三幕:指针的艺术
很多同学在面试的时候,死记硬背这三个指针,但没理解它们背后的逻辑。咱们来画个图,用代码逻辑把它跑通。
假设我们有这样一个组件结构:
App -> Header -> Title
在树结构里,Header 是 App 的孩子。
在 Fiber 链表结构里,它们是这样连接的:
// 1. 创建 App
const appFiber = new FiberNode();
appFiber.tag = 'APP';
// 2. 创建 Header
const headerFiber = new FiberNode();
headerFiber.tag = 'HEADER';
// 3. 连接!App 是 Header 的父节点
headerFiber.return = appFiber;
// 4. Header 是 App 的第一个孩子
appFiber.child = headerFiber;
现在,Header 有了爸爸,App 有了儿子。这看起来还是有点像树。
那 sibling 在哪?sibling 出现在兄弟节点之间。
比如 App 下面有两个兄弟:Header 和 Footer。
const footerFiber = new FiberNode();
footerFiber.tag = 'FOOTER';
// Header 的下一个兄弟是 Footer
headerFiber.sibling = footerFiber;
// App 的第二个孩子是 Footer
appFiber.child.sibling = footerFiber; // 等等,这里怎么写?有点绕?
// 正确的写法:
// Header 是 App 的第一个孩子
appFiber.child = headerFiber;
// Footer 是 Header 的下一个兄弟
headerFiber.sibling = footerFiber;
关键点来了!
注意 headerFiber.return = appFiber。这意味着,当你顺着 sibling 走到头了(比如走到 Footer),如果你想找爸爸,你就顺着 return 往上回溯!
这就是链表结构带来的巨大优势:你可以从下往上走,也可以从上往下走。
而在递归树中,你只能从上往下。一旦你进入了一个分支,你就必须把它跑完才能回去。但在 Fiber 链表中,你渲染了 Header,然后你可以在 Header 的 return 指针上做文章,去渲染 Footer。
第四幕:时间切片与调度器
好了,结构清楚了。那怎么利用这个链表结构来“偷懒”(中断渲染)呢?
这就得请出我们的主角之一:调度器。
浏览器有一个特性,叫 requestIdleCallback(虽然现在主要靠 scheduler 库模拟)。它的意思是:当主线程不忙的时候(比如空闲的时候),你给我点时间,让我干点活。
React 的渲染循环大概是这样的:
function workLoop(deadline) {
// 只要还有时间,我就一直干!
while (deadline.timeRemaining() > 0) {
performUnitOfWork(); // 执行一个工作单元
}
// 时间不够了!我必须停下来!
if (deadline.timeRemaining() === 0) {
requestIdleCallback(workLoop);
}
}
// performUnitOfWork 做什么?
function performUnitOfWork() {
// 1. 创建 Fiber 节点(如果是初次渲染)
// 2. 创建 DOM 节点
// 3. 把 DOM 挂载到页面上(这是浏览器能感知的)
// 最关键的一步:决定下一个渲染谁
// 我们通过指针在链表上移动!
const nextFiber = advanceFiberNode(currentFiber);
if (nextFiber) {
// 下一个有任务,继续调度
return nextFiber;
} else {
// 没任务了,这一片渲染完了
return null;
}
}
在这个 while 循环里,React 并没有一次性渲染整个树。它可能渲染了 10 个节点,浏览器说“我要重绘了”,React 就立马把控制权交还给浏览器。
当浏览器画完这一帧,主线程空闲了,requestIdleCallback 再次回调,React 拿着它的链表指针,从上次停下的地方继续往下渲染。
这就是链表的核心价值:它允许你记录“当前进度”。
如果是树,你递归进去了,你不知道自己在第几层,你只能把整个函数跑完。如果是链表,你只需要一个指针 currentFiber,就知道该去哪。
第五幕:双缓冲树
这时候有同学要问了:“React 渲染 DOM 是不可变的(Immutable),那它怎么一边修改一边渲染呢?”
这就涉及到 Fiber 的另一个高级概念:双缓冲。
React 并不是在原树结构上修改。它维护了两棵树:
- Current 树:这是当前已经在浏览器上显示的树。
- WorkInProgress 树:这是正在构建中的新树。
当你要更新 DOM 时,React 会创建一个 workInProgress 树。这个树就是由 Fiber 链表组成的。
// 这是一个简化的调度逻辑
function scheduleUpdateOnFiber(fiber) {
// 1. 创建一个新的 workInProgress 树(链表结构)
// 这是一个深拷贝的过程,或者是基于 Current 树的协调过程
const nextRoot = reconcileChildren(currentRoot, workInProgressRoot);
// 2. 把 workInProgress 树设为 current 树
currentRoot = workInProgressRoot;
// 3. 把新树挂载到页面上
commitRoot();
}
因为链表结构是线性的,构建新树非常快。
你可以想象一下,你正在装修房子(Current 树)。
现在你要换个壁纸(更新)。
你并没有把原来的墙皮刮掉,而是先在旁边搭了一个脚手架(WorkInProgress 树)。你在脚手架上刷好壁纸,刷完了,把脚手架一撤,原来的墙就换新了。
在这个“刷墙”的过程中,脚手架就是 Fiber 链表。你可以随时停下来,去检查一下墙刷得怎么样了,或者去修修漏水的地方。
第六幕:代码实战——模拟 Fiber 调度
咱们来写一段稍微复杂点的伪代码,看看链表指针在 Diff 算法中是怎么发挥作用的。
在 React 的 Diff 算法中,最核心的就是单链表遍历。
假设我们要对比两棵树:
oldFiber:旧的链表newFiber:新的链表
React 会从 oldFiber 的 child 开始,去 newFiber 的 child 里找。
// 假设我们已经有了 oldFiber 和 newFiber
let nextOldFiber = oldFiber;
let nextNewFiber = newFiber;
while (nextOldFiber || nextNewFiber) {
if (nextOldFiber === nextNewFiber) {
// 节点类型相同,复用
// 更新 props
// 指针后移
nextOldFiber = nextOldFiber.sibling;
nextNewFiber = nextNewFiber.sibling;
} else if (nextOldFiber && nextNewFiber && nextOldFiber.type !== nextNewFiber.type) {
// 类型不同,说明是插入或移动
// 旧的删掉,新的留着
// 注意:这里不需要递归处理子树,因为链表结构天然保证了顺序
nextOldFiber = nextOldFiber.sibling;
} else {
// 处理新增的节点
// 创建 DOM
break;
}
}
大家看,这段逻辑是不是比在树结构里做 Diff 要简单得多?
在树结构里,你要处理 oldChild 和 newChild 的所有排列组合(5种情况:删除、新增、移动、更新、复用)。而在链表结构里,因为它是线性排列的,React 只需要比较 oldFiber.sibling 和 newFiber.sibling。
这就是为什么 Fiber 优化了 Diff 算法:链表让“移动”这个操作变得像“指针移动”一样快。
第七幕:为什么不用双向链表?
有些同学可能会问:“既然是链表,为什么不用 prev 指针(双向链表)?双向链表不是更方便回溯吗?”
这又是一个非常好的问题!
React 的渲染是自顶向下的。我们从根节点开始,一层一层往下走。我们很少需要从叶子节点直接跳回父节点去修改父节点(虽然 Fiber 的 return 指针允许你这么做,但在主渲染循环中,这很少见)。
更重要的是,内存开销。
双向链表意味着每个节点需要维护两个指针。在 React 这种海量节点(比如一个列表有 10 万项)的场景下,多一个指针就是巨大的内存浪费。而且,React 的核心逻辑是基于“遍历”和“调度”的,单向链表完全足够,甚至更高效。
第八幕:总结(不,等等,我们还没讲完)
好吧,刚才那个总结是假的。咱们还没完。
Fiber 为什么是链表?
- 为了中断:链表允许你暂停执行,保存当前状态(指针位置),稍后继续。这是实现“时间切片”的基础。
- 为了调度:链表天然是线性的,非常适合分块处理。我们可以把渲染任务切成无数个小块,在浏览器的空闲时间扔进去。
- 为了 Diff:链表结构让 Diff 算法从 O(N^3) 或者复杂的树匹配简化为了简单的指针比对。移动节点只需要改指针,不需要重新构建树。
树 vs 链表:
- 树:适合表达层级关系,适合递归,但不可中断。
- 链表:适合表达顺序关系,适合遍历,适合分块处理。
React 之所以这么痛苦(从 Class 到 Hooks,再到 Fiber),是因为它在试图解决一个数学上的矛盾:既要表达层级结构,又要像链表一样可中断。
于是,它发明了 Fiber。它用链表把树“打散”了。它把树变成了链表树(Forest of Linked Lists)。
第九幕:实战中的坑
虽然 Fiber 是链表,但在实际使用中,你可能会遇到一些坑,这些坑往往和链表结构的“中断”特性有关。
比如,你在 useEffect 里做了一些异步操作,然后更新了状态。React 会在下一次渲染时,发现状态变了,于是它又得跑一遍 workLoop。
如果上一次渲染只跑了一半(比如只渲染了 5 个节点),React 会记录下当前指针的位置。然后它再次启动调度器,从第 6 个节点继续渲染。
这就像你读一本很厚的书,读到第 500 页的时候,电话响了。你放下书(保存指针),挂完电话回来,直接从第 501 页继续读。
这种状态保存的能力,只有链表结构能完美支持。如果是递归函数,电话一响,函数就挂了,根本没法回来。
第十幕:深入底层——栈帧 vs 队列
还有一个冷知识,React 16 之前,React 其实也是基于栈的(React 15 的实现)。那时候它是用 JS 的递归调用栈来模拟 Fiber 的。
但是,递归调用栈太深了!如果树太深,浏览器会直接抛出 Maximum call stack size exceeded 错误。
所以,React 16 把递归调用栈给“黑科技”了。它用手动维护的栈帧(或者说是任务队列)代替了系统的调用栈。
// 这是一种极其简化的 React 内部调度器逻辑
let workInProgress = null;
function renderRoot() {
// 开始渲染
workInProgress = createWorkInProgress(currentRoot);
// 启动时间切片
requestIdleCallback(workLoop);
}
function workLoop(deadline) {
// 只要还有时间,就执行
while (deadline.timeRemaining() > 0) {
if (workInProgress === null) {
// 没有任务了,渲染结束
return;
}
// 执行一个单元的工作
workInProgress = performUnitOfWork(workInProgress);
}
// 还有时间,继续调度
requestIdleCallback(workLoop);
}
你看,这里根本没用到系统的递归函数调用!performUnitOfWork 是一个普通的函数,它返回下一个要处理的节点。
这就是为什么 Fiber 必须是链表。因为 performUnitOfWork 函数本身不能递归调用自己(否则就是老派的树了),它必须通过返回值和指针,手动地在链表上游走。
第十一幕:Fiber 的灵魂——调度优先级
最后,咱们得聊聊链表结构如何支撑 React 的优先级调度。
在 React 中,有些更新是高优先级的(比如输入框输入),有些是低优先级的(比如一个后台的定时器更新)。
如果是树,高优先级来了,低优先级的递归还没跑完,那低优先级的就完蛋了。
但因为是链表!因为是时间切片!
React 可以把高优先级的任务插入到链表的某个位置。下次 workLoop 跑起来的时候,它会优先处理那个高优先级的节点。
这就好比你在切一盘菜:
- 低优先级任务:切土豆。
- 高优先级任务:切肉。
如果是树(递归),你切土豆切到一半,老板让你切肉。你只能把刀放下,回到最上面,重新开始切肉。效率极低。
但因为是链表!你切土豆切到一半,老板让你切肉。你直接把刀插到切肉的节点上,拿起肉就切。切完肉,你再去切剩下的土豆。
链表结构让你可以动态地调整渲染顺序。
第十二幕:结语(虽然我不想写,但不得不说)
好了,咱们终于聊完了。
Fiber 之所以是链表,根本原因在于:React 想要控制渲染的节奏,而链表是唯一能让它随心所欲地暂停、继续、调整顺序的数据结构。
它把 React 从一个“笨重的递归机器”变成了一台“精密的调度机器”。
当你下次在控制台看到 Fiber 相关的日志,或者看到 Time Slicing 这个词的时候,希望你能想起今天咱们讲的这些。你会明白,那不仅仅是代码,那是 React 团队为了解决浏览器单线程瓶颈,在数据结构上的一次豪赌,而他们赢了。
链表,连接了逻辑与性能。
好了,下课!记得点赞,不然下次源码解析我就讲 Fiber 的双缓冲机制了,那更秃头!