解析 RSC 的 ‘Flight’ 数据流：它在网络传输中是如何处理‘循环引用’和‘组件嵌套’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

各位开发者、架构师，大家下午好！

今天，我们将深入探讨 React Server Components (RSC) 的核心机制之一：’Flight’ 数据流。具体来说，我们不仅会解析这个数据流的结构，更会聚焦于两个在复杂应用中至关重要的问题——组件嵌套和循环引用——看看 Flight 协议是如何在网络传输中优雅地处理它们的。

我们将以一位资深编程专家的视角，从理论基础出发，结合实际代码和概念模型，逐步揭示 Flight 协议的精妙之处。

一、引言：React Server Components 与 ‘Flight’ 协议的诞生

在传统的 React 应用中，无论是客户端渲染 (CSR) 还是服务端渲染 (SSR)，所有的组件代码（包括渲染逻辑和数据获取逻辑）最终都需要被打包并传输到客户端执行。这带来了几个显著的挑战：

巨大的 JavaScript 包体积 (Bundle Size): 随着应用复杂度的增加，客户端需要下载和解析的 JavaScript 文件越来越大，严重影响了首屏加载时间 (FCP) 和可交互时间 (TTI)。
水合作用 (Hydration) 的性能开销: SSR 预渲染了 HTML，但在客户端，React 仍然需要重新执行渲染逻辑，将事件监听器等附加到 DOM 元素上，这个过程称为水合作用。对于大型应用，水合作用可能是一个耗时的过程。
数据获取的瀑布效应 (Data Fetching Waterfalls): 如果组件在渲染时才开始获取数据，那么嵌套的数据请求会导致一系列的延迟。

React Server Components (RSC) 应运而生，旨在解决这些问题。RSC 的核心思想是：将一部分 React 组件的渲染工作完全放在服务器上完成，并将这些服务器组件的渲染结果以一种特殊的数据格式流式传输到客户端，而不需要将这些组件的 JavaScript 代码发送到客户端。

为了实现这一目标，React 团队设计了一个全新的网络协议，我们称之为 ‘Flight’ 协议。Flight 协议不是简单的 JSON 或 HTML，它是一种高度优化的、增量的、可流式传输的自定义序列化格式，专为传输 React 元素树和其所需的数据而设计。它允许服务器发送“指令”给客户端，告知客户端如何构建或更新 UI，而不是发送预先渲染好的 HTML 片段或者完整的 JavaScript 组件代码。

二、’Flight’ 数据流的结构：不仅仅是 JSON

Flight 数据流是实现 RSC 魔力的关键。它不是一个静态的 JSON 文件，而是一个流式传输的文本数据，由一系列以特定标识符开头、以换行符分隔的段 (segments) 组成。这些段协同工作，指示客户端如何构建或更新其 React 树。

Flight 协议的强大之处在于它能够传输比纯 JSON 更多的数据类型，包括：

React 元素 (Elements): 描述了组件的类型、props 和子元素。
客户端组件引用 (Client Component References): 指向客户端需要加载和渲染的模块。
异步操作 (Promises): 允许服务器组件在数据准备好之前就流式传输占位符。
服务器 Actions (Server Actions): 允许客户端调用服务器上的函数。
共享数据引用 (Shared Data References): 避免重复传输相同的数据。

让我们来了解一些常见的 Flight 数据段类型。请注意，这里的表示是概念性的，实际的 Flight 流可能更紧凑和复杂，但核心思想是相同的：

标识符	含义	描述
`J`	JSON Data (JSON 数据)	最常见的段类型，承载了大部分可序列化的数据，如 React 元素的 `props`、文本内容、普通 JavaScript 对象和数组。它通常会包含对其他段的引用（通过 `@ID` 语法）。
`M`	Module Reference (模块引用)	用于引用客户端组件的 JavaScript 模块。当服务器组件渲染一个客户端组件时，Flight 流会发送一个 `M` 段，告知客户端需要从哪个路径加载哪个模块。
`S`	Symbol Reference (符号引用)	用于引用 JavaScript 内置的 `Symbol` 或 React 内部的 `$$typeof` 等特殊标识符。例如，`$$typeof React.Element` 会被序列化为一个 `S` 段的引用，而不是直接传输整个 Symbol 对象。
`A`	Async Placeholder (异步占位符)	当服务器组件遇到一个 `Promise`（例如，一个数据请求），但其结果尚未准备好时，Flight 流会发送一个 `A` 段。这允许客户端在等待数据时显示一个加载状态 (Suspense)。一旦 Promise 解决，服务器会发送另一个 `J` 段来填充这个占位符。
`P`	Provider Reference (Provider 引用)	用于处理 React Context Providers。当一个 Context Provider 被渲染时，Flight 流会发送一个 `P` 段，告知客户端如何处理这个 Context 的值。
`R`	Root Element (根元素)	通常是 Flight 流的第一个 `J` 段，代表了整个 React 树的根。
`H`	Hydration Instructions (水合指令)	在初始页面加载时，如果服务端已经渲染了 HTML，`H` 段会提供指令，告诉客户端 React 如何将客户端组件附加到已有的 DOM 结构上，而无需重新渲染。
`L`	Lazy Component (惰性组件)	用于客户端的 `React.lazy` 组件。
`X`	Error (错误)	当服务器组件渲染过程中发生错误时，Flight 流会发送一个 `X` 段，告知客户端发生了错误，并可能包含错误信息。
`$`	React Element (特殊标识符)	在 `J` 段内部，`$` 通常用于标识一个 React 元素。例如 `["$", "div", null, {"children": "Hello"}]` 表示一个 `div` 元素。
`@ID`	Reference to another segment (段引用)	这是 Flight 协议处理共享数据和避免重复传输的关键。当一个数据结构或对象在 Flight 流中被多次引用时，它会被序列化一次，并分配一个唯一的 ID。后续的引用只会使用 `@ID` 语法来指向这个已序列化的数据。这对于处理组件嵌套和共享数据至关重要。

理解这些段类型是理解 Flight 协议如何工作的基石。尤其是 @ID 机制，它是我们今天讨论循环引用和组件嵌套的关键。

三、组件嵌套在 ‘Flight’ 数据流中的处理

React 应用的核心就是组件的嵌套。一个父组件渲染子组件，子组件又可能渲染其自身的子组件，形成一个复杂的组件树。在 RSC 的场景中，这个树可能同时包含服务器组件和客户端组件。Flight 协议的目标是将这个混合树的“指令”高效地传输到客户端。

3.1 纯服务器组件的嵌套

当一个服务器组件渲染另一个服务器组件时，所有渲染逻辑都在服务器上执行。Flight 流只传输最终的 React 元素结构。

示例：

// app/layout.jsx (Server Component)
import Navbar from './Navbar';
import Footer from './Footer';

export default function RootLayout({ children }) {
  return (
    <html lang="en">
      <body>
        <Navbar />
        <main>{children}</main>
        <Footer />
      </body>
    </html>
  );
}

// app/Navbar.jsx (Server Component)
export default function Navbar() {
  return (
    <nav>
      <a href="/">Home</a>
      <a href="/about">About</a>
    </nav>
  );
}

// app/Footer.jsx (Server Component)
export default function Footer() {
  return (
    <footer>
      <p>&copy; 2023 My App</p>
    </footer>
  );
}

在这个例子中，RootLayout 渲染 Navbar 和 Footer。所有的这些组件都是服务器组件。在 Flight 流中，它们会被服务器解析、渲染成 React 元素结构，然后这些结构会以 J 段的形式传输。

概念性 Flight 流片段（简化版）：

J0: ["$", "html", {"lang": "en"}, {"children": [["$", "body", null, {"children": [["$","@1",null,{}],["$", "main",null,{"children": "@2"}],["$","@3",null,{}]]}]]}]
J1: ["$", "nav", null, {"children": [["$", "a", {"href": "/"}, {"children": "Home"}], ["$", "a", {"href": "/about"}, {"children": "About"}]]}]
J2: null // Placeholder for children prop, actual content would be here
J3: ["$", "footer", null, {"children": ["$", "p", null, {"children": "&copy; 2023 My App"}]}]

解析：

J0 定义了 <html> 元素，它的 children 数组中包含了 <body> 元素。
<body> 元素的 children 又引用了 @1 (Navbar)、main 元素及其 @2 (children prop) 和 @3 (Footer)。
J1 详细定义了 Navbar 组件渲染的 nav 元素及其子链接。
J3 详细定义了 Footer 组件渲染的 footer 元素及其子段落。

这里的关键是，服务器组件的嵌套在服务器上被“扁平化”为一系列的 React 元素描述。客户端接收到这些描述后，就能够使用这些指令来构建其虚拟 DOM 树。

3.2 服务器组件与客户端组件的混合嵌套

这是 RSC 最常见的场景，也是 Flight 协议需要特别处理的地方。当一个服务器组件渲染一个客户端组件时，客户端组件的 JavaScript 代码不能在服务器上执行。Flight 协议需要发送一个“引用”，告知客户端去加载并渲染这个客户端组件。

示例：

// app/ProductList.jsx (Server Component)
import ProductCard from './ProductCard'; // 这是一个客户端组件

export default async function ProductList() {
  // 模拟服务器端数据获取
  const products = await new Promise(resolve =>
    setTimeout(() =>
      resolve([
        { id: 1, name: 'Laptop', description: 'Powerful computing' },
        { id: 2, name: 'Mouse', description: 'Ergonomic design' },
      ]),
    100)
  );

  return (
    <ul>
      {products.map(product => (
        <ProductCard key={product.id} product={product} />
      ))}
    </ul>
  );
}

// app/ProductCard.jsx (Client Component)
'use client'; // 明确声明这是一个客户端组件
import { useState } from 'react';

export default function ProductCard({ product }) {
  const [count, setCount] = useState(0);

  return (
    <li>
      <h2>{product.name}</h2>
      <p>{product.description}</p>
      <button onClick={() => setCount(count + 1)}>Add to Cart ({count})</button>
    </li>
  );
}

在这个例子中，ProductList 是一个服务器组件，它获取数据并渲染 ProductCard。ProductCard 是一个客户端组件，包含交互状态 (useState)。

概念性 Flight 流片段（简化版）：

J0: ["$", "ul", null, {"children": [["$","@1",null,{"product":@2}],["$","@1",null,{"product":@3}]]}]
J1: ["$", "@4", null, {}] // Reference to the client component module
J2: {"id":1,"name":"Laptop","description":"Powerful computing"}
J3: {"id":2,"name":"Mouse","description":"Ergonomic design"}
M4: /_next/static/chunks/app/ProductCard.js // Actual path to ProductCard client module

解析：

J0 定义了 <ul> 元素，其 children 数组中包含了两个 ProductCard 实例。
每个 ProductCard 实例的第一个参数不再是具体的标签名（如 div），而是一个引用 @1。
J1 解释了 @1 是一个 React 元素，它的类型是 @4。
M4 段则明确地告诉客户端：@4 实际上是 /_next/static/chunks/app/ProductCard.js 这个客户端模块。
J2 和 J3 分别包含了两个 product 对象的详细数据，这些数据作为 props 传递给了 ProductCard。

关键点：

模块引用 (M 段): 当服务器组件渲染客户端组件时，RSC 不会尝试序列化客户端组件的函数代码。相反，它会发送一个 M 段，告知客户端需要加载哪个模块。
Props 序列化: 传递给客户端组件的 props 必须是可序列化的。这意味着不能包含函数、Symbol、Date 对象、Set/Map 实例等非标准 JSON 类型。如果传递了不可序列化的 prop，RSC 会在服务器端抛出错误。
引用机制 (@ID): 在 J0 中，两个 ProductCard 都引用了 @1。这表明它们是同一个客户端组件类型。如果它们的 product prop 是同一个对象实例，那么这个对象也会被序列化一次，然后通过 @ID 引用。

通过这种方式，Flight 协议有效地将服务器组件和客户端组件的渲染指令混合在一起，同时确保了客户端只接收到其所需的 JavaScript 代码和数据。组件的嵌套结构在服务器上被解析，并通过 Flight 流的引用机制高效地重构在客户端。

四、循环引用在 ‘Flight’ 数据流中的处理

循环引用是指两个或多个对象相互引用，形成一个闭环。例如：对象 A 包含对对象 B 的引用，而对象 B 又包含对对象 A 的引用。

const objA = {};
const objB = { someData: 'hello' };
objA.refB = objB;
objB.refA = objA; // 循环引用形成

为什么循环引用是序列化的难题？

无限递归: 传统的序列化方法（如 JSON.stringify）在遇到循环引用时会陷入无限递归，最终导致栈溢出错误 (TypeError: Converting circular structure to JSON)。
数据冗余: 即使能够处理，不恰当的处理也可能导致数据无限重复，增大传输负载。

在 React 和 RSC 的上下文中，我们主要关注作为组件 props 传递的数据是否可能包含循环引用。React 内部的 Fiber 树结构本身是高度互联的，但这些内部结构不会直接通过 Flight 流传输。我们关心的是开发者在应用层面创建的数据。

4.1 Flight 协议对循环引用的基本策略：避免与限制

Flight 协议处理循环引用的核心策略可以概括为：在大多数情况下，通过严格的序列化规则和设计限制来避免循环引用成为问题，并在处理共享对象时采用高效的引用机制。

Props 的严格序列化要求:
- RSC 明确规定，传递给服务器组件或客户端组件（尤其是跨越服务器/客户端边界）的 props 必须是可序列化的。
- 这意味着，props 只能包含：
  - 原始值 (string, number, boolean, null, undefined)
  - 普通对象 (plain objects)
  - 数组 (arrays)
  - React.Element (通过 Flight 协议的特殊处理)
  - Promise (通过 A 段处理)
  - Server Action 引用 (通过 M 段处理)
- 不允许包含：函数（除非是 Server Action）、Date 对象、Map、Set、类实例、Symbol（除了 React 内部的 $$typeof 等），以及直接的循环引用。
- 如果开发者尝试传递一个包含循环引用的普通 JavaScript 对象作为 prop，RSC 的序列化器会在服务器端抛出错误，阻止其进入 Flight 流。这是一种“预防胜于治疗”的策略。
函数和特殊对象的处理:
- 函数: 除了 Server Actions，其他函数都不能在服务器组件和客户端组件之间直接作为 prop 传递。Server Actions 本身不是被序列化为代码，而是被序列化为引用（M 段），指向服务器端的一个可调用端点。
- React 元素: React 元素（如 <MyComponent />）有其特殊的序列化方式（如 $, $$typeof），它们被扁平化为指令，而不是作为普通 JavaScript 对象进行深拷贝。它们的结构本身避免了循环引用问题。
- Promises: 通过 A 段来处理，传输的是 Promise 的状态（pending/fulfilled/rejected）和结果，而不是 Promise 对象本身。

4.2 Flight 协议中处理共享对象和间接引用的机制：ID 引用

尽管 Flight 协议会阻止直接的循环引用，但它非常擅长处理共享对象结构。共享对象指的是同一个 JavaScript 对象实例在数据树中被多个地方引用。

示例：

假设我们有一个通用的配置对象，被多个组件引用：

const appConfig = {
  theme: 'dark',
  locale: 'en-US',
  apiBaseUrl: '/api'
};

function ComponentA({ config }) { /* ... */ } // Server Component
function ComponentB({ config }) { /* ... */ } // Server Component

export default function Page() {
  return (
    <div>
      <ComponentA config={appConfig} />
      <ComponentB config={appConfig} />
    </div>
  );
}

如果 Flight 序列化器不优化，appConfig 对象可能会被序列化两次，造成冗余。Flight 协议通过ID 引用 (@ID) 机制来解决这个问题。

概念性 Flight 流片段（简化版）：

J0: ["$", "div", null, {"children": [["$","@1",null,{"config":@2}],["$","@3",null,{"config":@2}]]}]
J1: ["$","ComponentA",null,{}] // Assuming ComponentA is a server component, this is its type
J2: {"theme":"dark","locale":"en-US","apiBaseUrl":"/api"} // appConfig is serialized ONCE
J3: ["$","ComponentB",null,{}] // Assuming ComponentB is a server component

解析：

J0 定义了 div 元素，其子元素是 ComponentA 和 ComponentB。
注意 ComponentA 的 config prop 引用了 @2。
ComponentB 的 config prop 也引用了 @2。
J2 包含了 appConfig 对象的实际数据，它只被序列化了一次。

这个 @ID 机制是通用的。当 Flight 序列化器遍历对象图时，它会跟踪所有已经遇到过的对象实例。如果同一个对象实例再次出现，它就不会重复序列化，而是生成一个引用 (@ID) 指向第一次序列化时的段。

这与处理循环引用的关系：

虽然 @ID 机制主要用于优化共享数据，但它也是处理循环引用（如果 Flight 协议允许）的基石。如果一个序列化器需要支持循环引用，它会：

在遍历对象时记录每个对象的唯一 ID。
当遇到一个已经记录过的对象时，不是再次遍历，而是插入一个指向该对象 ID 的引用。
在反序列化时，客户端使用这些 ID 引用来重建原始的对象图，包括循环引用。

然而，Flight 协议的设计哲学是：对于开发者提供的 props，直接的循环引用通常被视为错误，而不是需要特殊序列化处理的有效数据结构。 这是因为在 React 组件的 props 中，良好的实践是避免复杂且自引用的数据结构，以保持数据流的清晰和可预测性。如果你的数据需要这种复杂的图结构，通常会在组件外部进行管理，或者通过 ID 引用来扁平化处理，而不是直接作为 prop 传递循环对象。

4.3 类比：自定义 JSON 序列化器与 Flight 的内部逻辑

为了更好地理解 Flight 协议内部可能的工作原理，我们可以思考如何用 JavaScript 自定义 JSON.stringify 来处理循环引用或共享对象。

问题：JSON.stringify 无法处理循环引用

const user = { id: 1, name: 'Alice' };
const order = { id: 101, item: 'Book', user: user };
user.orders = [order]; // 形成循环引用：user -> orders -> order -> user

try {
  console.log(JSON.stringify(user));
} catch (e) {
  console.error("JSON.stringify error:", e.message); // TypeError: Converting circular structure to JSON
}

概念性解决方案：通过引用追踪处理共享对象和循环引用

一个自定义的序列化器可以跟踪已经序列化的对象，并用 ID 引用来代替重复的序列化。

function flightLikeSerializer(obj) {
  const seen = new WeakMap(); // 使用 WeakMap 存储已访问对象及其 ID
  let nextId = 0;
  const dataSegments = []; // 模拟 Flight 的数据段

  function serializeValue(value) {
    if (typeof value !== 'object' || value === null) {
      return value; // 原始值直接返回
    }

    if (seen.has(value)) {
      // 如果已经见过这个对象，返回其 ID 引用
      return `@${seen.get(value)}`;
    }

    const currentId = nextId++;
    seen.set(value, currentId); // 记录当前对象及其 ID

    // 递归处理对象或数组
    if (Array.isArray(value)) {
      const serializedArray = value.map(item => serializeValue(item));
      dataSegments[currentId] = serializedArray; // 存储在数据段中
      return `@${currentId}`; // 返回引用
    } else {
      const serializedObject = {};
      for (const key in value) {
        if (Object.prototype.hasOwnProperty.call(value, key)) {
          serializedObject[key] = serializeValue(value[key]);
        }
      }
      dataSegments[currentId] = serializedObject; // 存储在数据段中
      return `@${currentId}`; // 返回引用
    }
  }

  const rootRef = serializeValue(obj);
  return { root: rootRef, segments: dataSegments };
}

// 示例 1: 共享对象
const commonSettings = { theme: 'light' };
const configA = { name: 'App A', settings: commonSettings };
const configB = { name: 'App B', settings: commonSettings };
const rootData = { appA: configA, appB: configB };

console.log("n--- Shared Objects ---");
const serializedShared = flightLikeSerializer(rootData);
console.log("Root:", serializedShared.root);
console.log("Segments:", serializedShared.segments);
// Output will show commonSettings serialized once (e.g., in segments[2]),
// and then configA and configB will both reference it.

// 示例 2: 循环引用 (此模拟器可以处理，但 Flight 通常会拒绝)
const objC = {};
const objD = { data: 'some value' };
objC.refD = objD;
objD.refC = objC;

console.log("n--- Circular Reference ---");
const serializedCircular = flightLikeSerializer(objC);
console.log("Root:", serializedCircular.root);
console.log("Segments:", serializedCircular.segments);
// Output will show objC and objD serialized, with their mutual references
// replaced by @ID. For example, segments[0] (objC) will have refD: "@1",
// and segments[1] (objD) will have refC: "@0".

Flight 协议与此模拟器的区别：

更复杂的类型支持: Flight 协议不仅仅处理普通对象和数组，还处理 React 元素、Promise、模块引用等多种特殊类型，每种类型都有其特定的编码方式。
流式传输: Flight 协议是流式的，数据段可以按需逐个发送，而不是一次性发送一个大的 JSON 对象。
错误处理: 对于组件 props 中的循环引用，Flight 协议通常会在服务器端直接抛出错误，而不是尝试序列化它们。这意味着它更像是一个“严格模式”的序列化器，强制开发者遵循可序列化的数据结构。
模块引用 (M 段): 我们的模拟器没有处理模块引用的概念，Flight 则通过 M 段将客户端组件的加载指令与数据流结合。

因此，尽管 Flight 协议内部可能有一个类似于 flightLikeSerializer 中 seen 机制的引用追踪系统来优化共享数据，但它在处理用户提供的循环引用时采取了更严格的立场：禁止。这种设计决策简化了客户端的运行时，并鼓励开发者编写更清晰、更易于预测的数据流。

五、实践建议与最佳实践

理解 Flight 协议如何处理组件嵌套和循环引用，能帮助我们更好地设计 RSC 应用。

保持 Props 的可序列化性: 这是 RSC 的黄金法则。
- 不要传递函数（除非是 Server Actions）。
- 不要传递 Date、Map、Set、Promise 对象（Promise 会被 Flight 识别并特殊处理，但作为普通 prop 传递会报错）。
- 不要传递类实例。
- 避免在 props 中创建循环引用。 如果你的数据结构本质上是图，考虑将其扁平化，或者在父组件中进行必要的预处理，只传递节点 ID 或部分数据。
区分服务器组件和客户端组件的职责:
- 服务器组件负责数据获取、计算密集型任务和渲染大部分静态 UI。它们是零 JS 的，不发送到客户端。
- 客户端组件负责交互性、状态管理和浏览器 API 访问。它们需要被打包并发送到客户端。
- 明确的边界有助于 Flight 协议高效工作。
利用 Flight 的流式特性:
- RSC 的流式传输意味着你可以利用 Suspense 边界，在数据尚未完全加载时，提前将部分 UI 渲染到客户端，显示加载状态。这提高了用户体验。
- 服务器可以在等待一个慢速数据源的同时，发送其他组件的 HTML 和数据。
避免不必要的 Client Components:
- 只有当组件确实需要客户端交互或状态时，才将其标记为 'use client'。
- 尽可能将组件保留为服务器组件，以减少客户端的 JS 包体积。
理解 Server Actions 的工作原理:
- Server Actions 是唯一可以在客户端调用服务器端函数的机制。它们通过特殊的 Flight 引用（M 段）传输，而不是实际的函数代码，从而避免了序列化函数的难题。

结语

Flight 协议是 React Server Components 的核心，它以一种创新且高效的方式，将服务器渲染的强大功能与客户端的交互性无缝结合。通过其精密的段类型、ID 引用机制以及对 props 的严格序列化要求，Flight 协议不仅能够优雅地处理复杂的组件嵌套，更通过设计上的约束，有效规避了循环引用在网络传输中带来的难题。深入理解这些机制，将使我们能够构建出性能更优、体验更佳的现代化 React 应用。感谢大家的参与，希望今天的分享能为大家带来启发！

一、引言：React Server Components 与 ‘Flight’ 协议的诞生

二、’Flight’ 数据流的结构：不仅仅是 JSON

三、组件嵌套在 ‘Flight’ 数据流中的处理

3.1 纯服务器组件的嵌套

3.2 服务器组件与客户端组件的混合嵌套

四、循环引用在 ‘Flight’ 数据流中的处理

4.1 Flight 协议对循环引用的基本策略：避免与限制

4.2 Flight 协议中处理共享对象和间接引用的机制：ID 引用

4.3 类比：自定义 JSON 序列化器与 Flight 的内部逻辑

五、实践建议与最佳实践

结语

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