为了更好理解Hooks原理,这一节我们遵循React的运行流程,实现一个不到100行代码的极简useState Hook。建议对照着代码来看本节内容。

# 工作原理

对于useState Hook,考虑如下例子:

function App() {
  const [num, updateNum] = useState(0);

  return <p onClick={() => updateNum(num => num + 1)}>{num}</p>;
}

可以将工作分为两部分:

  1. 通过一些途径产生更新更新会造成组件render

  2. 组件renderuseState返回的num为更新后的结果。

其中步骤1更新可以分为mountupdate

  1. 调用ReactDOM.render会产生mount更新更新内容为useStateinitialValue(即0)。

  2. 点击p标签触发updateNum会产生一次update更新更新内容为num => num + 1

接下来讲解这两个步骤如何实现。

# 更新是什么

  1. 通过一些途径产生更新更新会造成组件render

首先我们要明确更新是什么。

在我们的极简例子中,更新就是如下数据结构:

const update = {
  // 更新执行的函数
  action,
  // 与同一个Hook的其他更新形成链表
  next: null
}

对于App来说,点击p标签产生的updateactionnum => num + 1

如果我们改写下ApponClick

// 之前
return <p onClick={() => updateNum(num => num + 1)}>{num}</p>;

// 之后
return <p onClick={() => {
  updateNum(num => num + 1);
  updateNum(num => num + 1);
  updateNum(num => num + 1);
}}>{num}</p>;

那么点击p标签会产生三个update

# update数据结构

这些update是如何组合在一起呢?

答案是:他们会形成环状单向链表

调用updateNum实际调用的是dispatchAction.bind(null, hook.queue),我们先来了解下这个函数:

function dispatchAction(queue, action) {
  // 创建update
  const update = {
    action,
    next: null
  }

  // 环状单向链表操作
  if (queue.pending === null) {
    update.next = update;
  } else {
    update.next = queue.pending.next;
    queue.pending.next = update;
  }
  queue.pending = update;

  // 模拟React开始调度更新
  schedule();
}

环状链表操作不太容易理解,这里我们详细讲解下。

当产生第一个update(我们叫他u0),此时queue.pending === null

update.next = update;u0.next = u0,他会和自己首尾相连形成单向环状链表

然后queue.pending = update;queue.pending = u0

queue.pending = u0 ---> u0
                ^       |
                |       |
                ---------

当产生第二个update(我们叫他u1),update.next = queue.pending.next;,此时queue.pending.next === u0, 即u1.next = u0

queue.pending.next = update;,即u0.next = u1

然后queue.pending = update;queue.pending = u1

queue.pending = u1 ---> u0   
                ^       |
                |       |
                ---------

你可以照着这个例子模拟插入多个update的情况,会发现queue.pending始终指向最后一个插入的update

这样做的好处是,当我们要遍历update时,queue.pending.next指向第一个插入的update

# 状态如何保存

现在我们知道,更新产生的update对象会保存在queue中。

不同于ClassComponent的实例可以存储数据,对于FunctionComponentqueue存储在哪里呢?

答案是:FunctionComponent对应的fiber中。

我们使用如下精简的fiber结构:

// App组件对应的fiber对象
const fiber = {
  // 保存该FunctionComponent对应的Hooks链表
  memoizedState: null,
  // 指向App函数
  stateNode: App
};

# Hook数据结构

接下来我们关注fiber.memoizedState中保存的Hook的数据结构。

可以看到,Hookupdate类似,都通过链表连接。不过Hook无环单向链表

hook = {
  // 保存update的queue,即上文介绍的queue
  queue: {
    pending: null
  },
  // 保存hook对应的state
  memoizedState: initialState,
  // 与下一个Hook连接形成单向无环链表
  next: null
}

注意

注意区分updatehook的所属关系:

每个useState对应一个hook对象。

调用const [num, updateNum] = useState(0);updateNum(即上文介绍的dispatchAction)产生的update保存在useState对应的hook.queue中。

# 模拟React调度更新流程

在上文dispatchAction末尾我们通过schedule方法模拟React调度更新流程。

function dispatchAction(queue, action) {
  // ...创建update
  
  // ...环状单向链表操作

  // 模拟React开始调度更新
  schedule();
}

现在我们来实现他。

我们用isMount变量指代是mount还是update

// 首次render时是mount
isMount = true;

function schedule() {
  // 更新前将workInProgressHook重置为fiber保存的第一个Hook
  workInProgressHook = fiber.memoizedState;
  // 触发组件render
  fiber.stateNode();
  // 组件首次render为mount,以后再触发的更新为update
  isMount = false;
}

通过workInProgressHook变量指向当前正在工作的hook

workInProgressHook = fiber.memoizedState;

在组件render时,每当遇到下一个useState,我们移动workInProgressHook的指针。

workInProgressHook = workInProgressHook.next;

这样,只要每次组件renderuseState的调用顺序及数量保持一致,那么始终可以通过workInProgressHook找到当前useState对应的hook对象。

到此为止,我们已经完成第一步。

  1. 通过一些途径产生更新更新会造成组件render

接下来实现第二步。

  1. 组件renderuseState返回的num为更新后的结果。

# 计算state

组件render时会调用useState,他的大体逻辑如下:

function useState(initialState) {
  // 当前useState使用的hook会被赋值该该变量
  let hook;

  if (isMount) {
    // ...mount时需要生成hook对象
  } else {
    // ...update时从workInProgressHook中取出该useState对应的hook
  }

  let baseState = hook.memoizedState;
  if (hook.queue.pending) {
    // ...根据queue.pending中保存的update更新state
  }
  hook.memoizedState = baseState;

  return [baseState, dispatchAction.bind(null, hook.queue)];
}

我们首先关注如何获取hook对象:

if (isMount) {
  // mount时为该useState生成hook
  hook = {
    queue: {
      pending: null
    },
    memoizedState: initialState,
    next: null
  }

  // 将hook插入fiber.memoizedState链表末尾
  if (!fiber.memoizedState) {
    fiber.memoizedState = hook;
  } else {
    workInProgressHook.next = hook;
  }
  // 移动workInProgressHook指针
  workInProgressHook = hook;
} else {
  // update时找到对应hook
  hook = workInProgressHook;
  // 移动workInProgressHook指针
  workInProgressHook = workInProgressHook.next;
}

当找到该useState对应的hook后,如果该hook.queue.pending不为空(即存在update),则更新其state

// update执行前的初始state
let baseState = hook.memoizedState;

if (hook.queue.pending) {
  // 获取update环状单向链表中第一个update
  let firstUpdate = hook.queue.pending.next;

  do {
    // 执行update action
    const action = firstUpdate.action;
    baseState = action(baseState);
    firstUpdate = firstUpdate.next;

    // 最后一个update执行完后跳出循环
  } while (firstUpdate !== hook.queue.pending.next)

  // 清空queue.pending
  hook.queue.pending = null;
}

// 将update action执行完后的state作为memoizedState
hook.memoizedState = baseState;

完整代码如下:

function useState(initialState) {
  let hook;

  if (isMount) {
    hook = {
      queue: {
        pending: null
      },
      memoizedState: initialState,
      next: null
    }
    if (!fiber.memoizedState) {
      fiber.memoizedState = hook;
    } else {
      workInProgressHook.next = hook;
    }
    workInProgressHook = hook;
  } else {
    hook = workInProgressHook;
    workInProgressHook = workInProgressHook.next;
  }

  let baseState = hook.memoizedState;
  if (hook.queue.pending) {
    let firstUpdate = hook.queue.pending.next;

    do {
      const action = firstUpdate.action;
      baseState = action(baseState);
      firstUpdate = firstUpdate.next;
    } while (firstUpdate !== hook.queue.pending.next)

    hook.queue.pending = null;
  }
  hook.memoizedState = baseState;

  return [baseState, dispatchAction.bind(null, hook.queue)];
}

# 对触发事件进行抽象

最后,让我们抽象一下React的事件触发方式。

通过调用App返回的click方法模拟组件click的行为。

function App() {
  const [num, updateNum] = useState(0);

  console.log(`${isMount ? 'mount' : 'update'} num: `, num);

  return {
    click() {
      updateNum(num => num + 1);
    }
  }
}

# 在线Demo

至此,我们完成了一个不到100行代码的Hooks。重要的是,他与React的运行逻辑相同。

精简Hooks的在线Demo

调用window.app.click()模拟组件点击事件。

你也可以使用多个useState

function App() {
  const [num, updateNum] = useState(0);
  const [num1, updateNum1] = useState(100);

  console.log(`${isMount ? 'mount' : 'update'} num: `, num);
  console.log(`${isMount ? 'mount' : 'update'} num1: `, num1);

  return {
    click() {
      updateNum(num => num + 1);
    },
    focus() {
      updateNum1(num => num + 3);
    }
  }
}

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# 与React的区别

我们用尽可能少的代码模拟了Hooks的运行,但是相比React Hooks,他还有很多不足。以下是他与React Hooks的区别:

  1. React Hooks没有使用isMount变量,而是在不同时机使用不同的dispatcher。换言之,mount时的useStateupdate时的useState不是同一个函数。

  2. React Hooks有中途跳过更新的优化手段。

  3. React HooksbatchedUpdates,当在click中触发三次updateNum精简React会触发三次更新,而React只会触发一次。

  4. React Hooksupdate优先级概念,可以跳过不高优先的update

更多的细节,我们会在本章后续小节讲解。