解析 `useDeferredValue` 对渲染管线的阻塞：它是如何在“后台”默默生成低优先级 Fiber 树的？ - 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，下午好！

今天，我们将深入探讨 React 18 中一个强大而又有些令人费解的并发特性：useDeferredValue。这个 Hook 在提升用户体验方面扮演着至关重要的角色，尤其是在处理高频更新和耗时计算的场景下。然而，它背后的机制——特别是它如何“阻塞”渲染管线，以及如何在“后台”默默生成低优先级 Fiber 树——常常是初学者乃至有经验的开发者感到困惑的地方。

我们将以讲座的形式，逐步剖析 useDeferredValue 的工作原理，从 React 并发渲染的基础谈起，深入到 Fiber 架构的细节，并通过具体的代码示例，揭示它如何在幕后巧妙地平衡即时响应与数据同步。

响应性：现代 Web 应用的核心挑战

在当今的 Web 应用中，用户对交互的流畅性有着极高的要求。当用户在输入框中打字、点击按钮或拖动元素时，他们期望应用能够立即响应。然而，现实往往是残酷的：复杂的业务逻辑、大量的数据处理或频繁的 UI 更新，都可能导致主线程被长时间占用，从而让应用看起来卡顿、无响应。这种现象，我们称之为“阻塞主线程”，是导致用户体验下降的罪魁祸首。

传统的 React 渲染机制是同步的。当一个状态更新触发时，React 会立即开始协调（reconciliation）整个组件树，计算出差异，然后一次性地将这些变化提交（commit）到 DOM。如果这个协调过程非常耗时，那么在它完成之前，任何用户交互都无法得到处理，页面会冻结。

为了解决这个问题，React 引入了并发渲染（Concurrent Rendering）的概念，其核心思想是将渲染工作拆分成可中断的小块，并允许 React 在不同的优先级之间切换。这使得 React 可以在渲染耗时组件的同时，仍然能够响应用户的输入。

React 并发渲染的基石：Fiber 架构与调度器

要理解 useDeferredValue，我们首先需要回顾一下 React 并发渲染的两个核心支柱：

Fiber 架构： React 16 引入了 Fiber 架构，它重写了 React 的核心协调算法。Fiber 是一种链表式的数据结构，每个 Fiber 节点代表一个组件实例。与旧的栈式协调器不同，Fiber 协调器可以将渲染工作分解成小单元，并允许 React 在渲染过程中暂停、恢复甚至中止。这意味着渲染工作不再是一个不可分割的原子操作。
调度器（Scheduler）： React 内部有一个调度器，它负责根据任务的优先级来安排 Fiber 节点的工作。这个调度器利用浏览器提供的 requestIdleCallback（或者在不支持时回退到 setTimeout）以及更底层的 MessageChannel 来在浏览器空闲时执行低优先级任务。同时，它也能够识别高优先级任务（如用户输入）并立即处理它们，甚至可以中断正在进行的低优先级任务。

React 的调度器将任务划分为不同的“优先级车道”（Lane Model）。常见的优先级包括：

SyncLane (同步车道): 立即执行，不可中断。例如，某些生命周期方法。
InputContinuousLane (连续输入车道): 用户输入事件（如 mousemove, scroll），需要高优先级响应。
DefaultLane (默认车道): 大多数非紧急的 UI 更新。
TransitionLane (过渡车道): startTransition 或 useDeferredValue 标记的更新，可以被中断。
IdleLane (空闲车道): 最低优先级，在浏览器完全空闲时执行。

理解了这些背景知识，我们就可以开始深入 useDeferredValue 的具体机制了。

`useDeferredValue` 的诞生：平衡即时反馈与数据同步

考虑一个常见的场景：一个搜索框，用户每输入一个字符，就需要根据输入值实时过滤一个庞大的列表。

如果没有 useDeferredValue 或类似的机制，每次用户输入都会触发一个同步的渲染。如果列表过滤的计算非常耗时，那么用户会感觉到输入框的输入延迟，因为主线程被过滤计算阻塞了。这是一种糟糕的用户体验。

useDeferredValue 就是为了解决这类问题而设计的。它的核心思想是：让最新的值尽快地更新到用户界面中那些“不重要”的地方，同时，推迟（defer）那些“重要”但耗时的更新，让它们在后台默默地进行，而不阻塞用户的关键交互。

它的签名很简单：

import { useDeferredValue } from 'react';

function MyComponent() {
  const [inputValue, setInputValue] = useState('');
  // ... 其他逻辑
  const deferredInputValue = useDeferredValue(inputValue);
  // ... 使用 deferredInputValue
}

useDeferredValue 接收一个值作为参数，并返回这个值的“延迟版本”。这个延迟版本会“滞后”于原始值，只有当没有更高优先级的更新时，它才会更新到最新。

`useDeferredValue` 如何“阻塞”渲染管线？

这里的“阻塞”需要打引号，因为它并不是传统意义上那种完全停止主线程的阻塞。相反，它是一种策略性的、有选择性的阻塞，更准确地说，是推迟和优先级管理。

当 useDeferredValue(value) 被调用时，它会：

立即接收最新的 value： 在当前的高优先级渲染周期中，useDeferredValue 能够获取到父组件传递过来的最新 value。
但它不会立即返回这个最新的 value： 相反，它会检查是否有更高优先级的更新正在进行。
- 如果存在（例如，用户还在快速输入），它会返回上一个已提交的、稳定的延迟值。
- 如果不存在，或者当前渲染本身就是低优先级的，它才会返回最新的 value。
在内部，它会调度一个低优先级的更新： 即使它在高优先级渲染中返回了旧值，它也会在幕后安排一个低优先级的 Fiber 树构建任务，目标是将它的内部延迟状态更新为最新的 value。这个低优先级任务被标记为 TransitionLane。

所以，这里的“阻塞”体现在两个层面：

对下游组件的阻塞： 使用 deferredValue 的组件在短时间内“看不到”最新的原始值，直到低优先级任务完成。从这个角度看，最新的值被“阻塞”了，无法立即传递给它们。
对自身更新的调度阻塞： useDeferredValue 内部的更新操作（将延迟值更新为最新）会被 React 调度器“阻塞”，直到没有更高优先级的任务时才执行。

这种机制的巧妙之处在于，它允许高优先级的渲染（例如，更新输入框的文本）能够立即完成并提交到 DOM，从而保证了用户界面的即时响应。与此同时，那些依赖于延迟值的耗时计算，则被推迟到后台以低优先级执行，不会干扰用户体验。

深入后台：低优先级 Fiber 树的生成过程

现在，让我们通过一个具体的例子来追踪 useDeferredValue 如何在后台生成低优先级 Fiber 树。

假设我们有一个搜索框和一个显示搜索结果的组件。

// App.js
import React, { useState, useDeferredValue } from 'react';
import SearchResults from './SearchResults';

function App() {
  const [query, setQuery] = useState('');
  const deferredQuery = useDeferredValue(query); // 延迟 query

  // 注意：这里我们同时展示 query 和 deferredQuery 的变化
  console.log(`App Render - query: ${query}, deferredQuery: ${deferredQuery}`);

  const handleChange = (e) => {
    setQuery(e.target.value);
  };

  return (
    <div>
      <h1>商品搜索</h1>
      <input
        type="text"
        value={query}
        onChange={handleChange}
        placeholder="输入商品名称..."
        style={{ width: '300px', padding: '10px' }}
      />
      <p>当前输入 (高优先级): {query}</p>
      <hr />
      {/* SearchResults 组件将依赖于 deferredQuery */}
      <SearchResults query={deferredQuery} />
    </div>
  );
}

export default App;

// SearchResults.js
import React, { useState, useEffect } from 'react';

// 模拟一个非常耗时的搜索函数
function simulateExpensiveSearch(query) {
  console.log(`  SearchResults: 开始搜索 "${query}"...`);
  const startTime = performance.now();
  // 模拟耗时计算
  let result = [];
  for (let i = 0; i < 50000000; i++) {
    // 简单的CPU密集型操作
    Math.sqrt(i) * Math.sin(i);
  }
  if (query) {
    result = [`结果 ${query}-1`, `结果 ${query}-2`, `结果 ${query}-3`];
  }
  const endTime = performance.now();
  console.log(`  SearchResults: 搜索 "${query}" 完成，耗时 ${(endTime - startTime).toFixed(2)}ms`);
  return result;
}

function SearchResults({ query }) {
  const [results, setResults] = useState([]);

  console.log(`  SearchResults Render - 接收到 query: "${query}"`);

  useEffect(() => {
    // 只有当 query 变化时才执行搜索
    if (query) {
      const newResults = simulateExpensiveSearch(query);
      setResults(newResults);
    } else {
      setResults([]);
    }
  }, [query]); // 依赖于传入的 query

  return (
    <div>
      <h2>搜索结果 (低优先级)</h2>
      {results.length > 0 ? (
        <ul>
          {results.map((item, index) => (
            <li key={index}>{item}</li>
          ))}
        </ul>
      ) : (
        <p>请输入内容进行搜索。</p>
      )}
    </div>
  );
}

export default React.memo(SearchResults); // 使用 React.memo 避免不必要的渲染

现在，让我们分析用户输入时会发生什么：

场景：用户输入 ‘a’ -> ‘ap’ -> ‘app’

用户输入 ‘a’：
- 高优先级更新 (输入事件触发):
  - handleChange 被调用，setQuery('a') 触发一个高优先级状态更新。
  - App 组件开始渲染。
  - query 变为 'a'。
  - useDeferredValue(query) 被调用。React 内部发现这是一个高优先级渲染，并且 deferredQuery 还不是 'a'。因此，useDeferredValue 会返回它上一个已提交的值（假设是初始的空字符串 ''）。
  - 同时，React 内部会调度一个低优先级的更新，目标是让 deferredQuery 最终变为 'a'。
  - App 组件的 console.log 输出：App Render - query: a, deferredQuery: ''。
  - SearchResults 组件接收到 query 参数为 ''。它的 console.log 输出：SearchResults Render - 接收到 query: ""。
  - 此时，高优先级渲染完成，DOM 更新：
    - 输入框显示 'a'。
    - <p>当前输入 (高优先级): a</p> 显示 'a'。
    - SearchResults 组件仍然显示“请输入内容进行搜索。”，因为它接收到的 query 还是 ''。
  - 关键点： 用户看到了输入框的即时更新，主线程没有被耗时搜索阻塞。
（短暂的空闲时间）React 调度低优先级更新：
- 浏览器主线程短暂空闲。
- React 调度器发现有一个低优先级任务（将 deferredQuery 更新为 'a'）待执行。
- 低优先级渲染 (由 useDeferredValue 内部调度):
  - App 组件再次渲染（这次是低优先级）。
  - query 仍是 'a'。
  - useDeferredValue(query) 被调用。由于此时没有更高优先级任务，并且它内部的延迟值还不是 'a'，它会将内部状态更新为 'a'，并返回最新的 'a'。
  - App 组件的 console.log 输出：App Render - query: a, deferredQuery: a。
  - SearchResults 组件接收到 query 参数为 'a'。它的 console.log 输出：SearchResults Render - 接收到 query: "a"。
  - SearchResults 内部 useEffect 触发，调用 simulateExpensiveSearch('a')。这个耗时操作开始在当前低优先级渲染任务中执行。
  - 关键点： 这次渲染构建了新的 Fiber 树，其中 SearchResults 的子树会进行耗时计算。
用户输入 ‘p’ (在低优先级搜索仍在进行时)：
- 高优先级更新 (输入事件触发):
  - handleChange 被调用，setQuery('ap') 再次触发一个高优先级状态更新。
  - React 调度器发现有新的高优先级任务，会中断正在进行的低优先级搜索任务。之前为 'a' 的搜索结果计算会被中止，部分完成的低优先级 Fiber 树会被丢弃。
  - App 组件开始渲染。
  - query 变为 'ap'。
  - useDeferredValue(query) 被调用。同样，它会返回它上一个已提交的值（此时仍是 'a'，因为 'a' 的低优先级任务还未提交）。
  - 同时，React 内部会调度一个新的低优先级更新，目标是让 deferredQuery 最终变为 'ap'。
  - App 组件的 console.log 输出：App Render - query: ap, deferredQuery: a。
  - SearchResults 组件接收到 query 参数为 'a'。它的 console.log 输出：SearchResults Render - 接收到 query: "a"。
  - DOM 更新：
    - 输入框显示 'ap'。
    - <p>当前输入 (高优先级): ap</p> 显示 'ap'。
    - SearchResults 组件仍然显示 'a' 的搜索结果（如果之前 'a' 的搜索已完成并提交），或者仍然是“请输入内容进行搜索。”（如果 'a' 的搜索被中断）。
  - 关键点： 用户输入再次得到即时响应，耗时搜索被无情中断，避免卡顿。
（短暂的空闲时间）React 调度低优先级更新：
- 浏览器主线程短暂空闲。
- React 调度器发现有新的低优先级任务（将 deferredQuery 更新为 'ap'）待执行。
- 低优先级渲染 (由 useDeferredValue 内部调度):
  - App 组件再次渲染（这次是低优先级）。
  - query 仍是 'ap'。
  - useDeferredValue(query) 被调用。它会返回最新的 'ap'。
  - App 组件的 console.log 输出：App Render - query: ap, deferredQuery: ap。
  - SearchResults 组件接收到 query 参数为 'ap'。它的 console.log 输出：SearchResults Render - 接收到 query: "ap"。
  - SearchResults 内部 useEffect 触发，调用 simulateExpensiveSearch('ap')。这个耗时操作开始在当前低优先级渲染任务中执行。
用户输入 ‘p’ (在低优先级搜索仍在进行时)：
- 重复步骤 3 的逻辑，中断 'ap' 的搜索，立即更新输入框，并调度新的低优先级任务，目标是 'app'。
（用户停止输入）低优先级搜索完成并提交：
- 当用户停止输入，主线程有足够空闲时间时，React 调度器会执行最新的低优先级任务（例如，将 deferredQuery 更新为 'app'）。
- SearchResults 组件最终会接收到 'app'，执行耗时搜索，并将结果提交到 DOM。此时，用户会看到搜索结果最终更新为 'app' 对应的结果。

总结表格：高优先级与低优先级渲染流程

阶段	触发事件	`query` 值	`deferredQuery` 值 (useDeferredValue 返回)	优先级	渲染目的	效果	可中断性
用户输入 ‘a’	`setQuery('a')`	`'a'`	`''` (旧值)	高 (InputContinuous)	立即更新输入框及 `query` 相关的 UI 部分	输入框即时响应，`SearchResults` 内容不变	否
调度器空闲	`useDeferredValue` 内部调度	`'a'`	`'a'` (新值)	低 (Transition)	更新 `deferredQuery`，触发 `SearchResults` 耗时计算并构建新的 Fiber 树	`SearchResults` 开始计算，但结果尚未提交	是
用户输入 ‘p’	`setQuery('ap')`	`'ap'`	`'a'` (旧值)	高 (InputContinuous)	中断低优先级任务，立即更新输入框及 `query` 相关的 UI 部分	输入框即时响应，`SearchResults` 内容仍显示旧值或空，低优先级计算被丢弃	否
调度器空闲	`useDeferredValue` 内部调度	`'ap'`	`'ap'` (新值)	低 (Transition)	更新 `deferredQuery`，触发 `SearchResults` 耗时计算并构建新的 Fiber 树	`SearchResults` 开始计算，但结果尚未提交	是
用户停止输入	无新的高优先级事件	`'app'`	`'app'` (新值)	低 (Transition)	完成 `deferredQuery` 相关的耗时计算，提交 `SearchResults` 更新	`SearchResults` 最终显示最新结果	否 (一旦开始提交)

从这个详细的流程中，我们可以清晰地看到 useDeferredValue 如何在后台默默地生成低优先级 Fiber 树：

分离渲染路径： useDeferredValue 的核心在于它在高优先级渲染中返回旧值，但在内部调度一个低优先级的更新。这实际上创建了两条不同的渲染路径：一条是高优先级的，用于处理即时用户反馈；另一条是低优先级的，用于处理耗时的数据同步和 UI 更新。
Fiber 树的多次构建： 每次低优先级更新触发时，React 都会从根组件开始（或从 useDeferredValue 所在的组件开始），重新协调（reconcile）依赖于 deferredQuery 的组件子树。这个协调过程会构建新的 Fiber 树（或更新现有 Fiber 树的副本）。
可中断性： 最关键的是，这个低优先级的 Fiber 树构建过程是可中断的。如果在它完成之前，有新的高优先级事件（如用户的下一个按键）发生，React 会毫不犹豫地暂停或丢弃当前正在进行的低优先级工作，并立即处理高优先级事件。这意味着，低优先级 Fiber 树的构建可能会进行多次，但只有最终完成并提交到 DOM 的那一次才是有效的。
资源利用： 这种机制确保了即使有大量的耗时计算，它们也只会在主线程空闲时进行，并且可以随时被中断，从而最大程度地避免阻塞主线程，保持 UI 的流畅响应。

`useDeferredValue` 与 `startTransition` 的关系

useDeferredValue 的内部实现其实是利用了 startTransition 提供的能力。

startTransition： 是一个函数，它允许你将一个状态更新标记为“过渡”（transition），即低优先级。所有在 startTransition 回调函数中触发的状态更新都会被视为非紧急的，可以被中断。

import { useTransition } from 'react';

function MyComponent() {
  const [isPending, startTransition] = useTransition();
  const [searchQuery, setSearchQuery] = useState('');
  const [displayQuery, setDisplayQuery] = useState('');

  const handleChange = (e) => {
    setSearchQuery(e.target.value); // 高优先级更新，立即反映到输入框
    startTransition(() => {
      setDisplayQuery(e.target.value); // 低优先级更新，用于触发耗时搜索
    });
  };

  return (
    <div>
      <input value={searchQuery} onChange={handleChange} />
      {isPending && <span>正在搜索...</span>}
      <SearchResults query={displayQuery} />
    </div>
  );
}

useDeferredValue： 可以看作是 startTransition 的一个更高级、更自动化的封装。它适用于你想要“延迟”一个值本身，而不是一个特定的状态更新函数。在内部，当 useDeferredValue 发现它的输入值 value 发生了变化，而当前又有高优先级任务时，它会偷偷地在后台用 startTransition 来调度一个更新，以便将它内部的延迟值同步到最新的 value。

特性	`useDeferredValue`	`startTransition`
用途	延迟一个值的更新，使其在低优先级下传播	标记一个状态更新函数为低优先级
何时使用	当一个父组件频繁渲染，并向下传递一个值给耗时子组件时	当你知道哪个 `set` 函数会触发耗时操作时
参数	接收一个 `value`	接收一个回调函数，其中包含低优先级的状态更新
返回值	返回 `value` 的延迟版本	返回一个 `[isPending, startTransition]` 数组
管理状态	自动管理内部的延迟状态	开发者需要手动管理两个状态（一个高优先级，一个低优先级）
颗粒度	作用于一个具体的值，通常用于传递给子组件的 props	作用于一个或多个状态更新操作，通常在事件处理函数中

性能考量与最佳实践

useDeferredValue 并不是一个魔术，它不会让你的耗时计算变得更快。它只是改变了这些计算的调度方式和优先级。

可能导致更多渲染： 由于低优先级任务可以被中断和重新开始，这可能会导致 React 执行比以往更多的渲染工作（有些渲染会被丢弃）。然而，这些额外的渲染发生在后台，并不会阻塞主线程，因此对用户体验是积极的。
配合 React.memo： 使用 useDeferredValue 时，强烈建议将依赖于 deferredValue 的子组件用 React.memo 封装。这样可以避免在 deferredValue 保持不变时，子组件不必要的重新渲染。
避免过度使用： 只有当你的 UI 确实因为高频更新和耗时计算而出现卡顿现象时，才考虑使用 useDeferredValue。对于大多数简单的组件和操作，同步渲染通常就足够了。
理解其限制： useDeferredValue 只能延迟 UI 的更新，它无法延迟网络请求或副作用的执行。对于这些场景，你可能需要结合其他技术，如防抖（debounce）或节流（throttle）。

`useDeferredValue`：并发世界的交响乐指挥

useDeferredValue 是 React 并发模式下的一位出色的“交响乐指挥”。它并不直接演奏乐器（进行计算），而是巧妙地安排不同乐章的演奏顺序和优先级。当高亢激昂的主旋律（用户输入）响起时，它会立即指挥乐团演奏，确保听众（用户）能够即时感受到音乐的魅力。而那些复杂的、背景式的和声（耗时计算），则被安排在主旋律暂停的间隙，以低沉的音量默默进行，并且可以在必要时随时中断，不影响主旋律的流畅。

通过这种精妙的调度，useDeferredValue 成功地将用户体验与计算性能的矛盾转化为一种和谐的共存。它没有真正意义上的“阻塞”主线程，而是通过优先级管理和可中断的 Fiber 树构建，让高优先级任务先行，低优先级任务随后，从而在用户的感知层面实现了无缝、流畅的交互体验。

结语

useDeferredValue 是 React 在并发渲染道路上迈出的重要一步，它让开发者能够以声明式的方式，轻松地优化复杂应用的用户响应性。理解其背后的 Fiber 架构、调度器以及高低优先级渲染的机制，是掌握这一强大工具的关键。希望今天的讲座能帮助各位更深入地理解 useDeferredValue 的魔力，并在实践中灵活运用，构建出更流畅、更具响应性的 Web 应用。

响应性：现代 Web 应用的核心挑战

React 并发渲染的基石：Fiber 架构与调度器

useDeferredValue 的诞生：平衡即时反馈与数据同步

useDeferredValue 如何“阻塞”渲染管线？

深入后台：低优先级 Fiber 树的生成过程

useDeferredValue 与 startTransition 的关系

性能考量与最佳实践

useDeferredValue：并发世界的交响乐指挥

结语

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`useDeferredValue` 的诞生：平衡即时反馈与数据同步

`useDeferredValue` 如何“阻塞”渲染管线？

`useDeferredValue` 与 `startTransition` 的关系

`useDeferredValue`：并发世界的交响乐指挥

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