【React源码09】深入学习React 源码实现——Fiber架构副作用收集Effect List

深入学习React源码实现之Fiber副作用收集

一、Fiber副作用收集机制历史介绍

在 React 的 Stack Reconciler 时代（React 15 及之前），更新是同步的，组件树递归渲染过程中直接进行 DOM 更新操作。这种方式虽然简单，但缺乏中断和恢复能力，无法应对复杂应用中对性能和响应性的需求。

随着 React 16 引入 Fiber 架构，副作用收集成为协调器的重要组成部分。Fiber 将整个更新过程拆分为多个阶段：render phase 和 commit phase，其中：

• render phase 负责构建新的 Fiber 树并标记需要执行的副作用。
• commit phase 负责将这些副作用批量执行到真实 DOM 上。

这种设计使得 React 可以更灵活地调度任务，并支持并发模式（Concurrent Mode）下的中断与优先级调度。

相关源码文件

• ReactFiberCommitWork.old.js：定义了副作用执行的具体逻辑。
• ReactFiberWorkLoop.old.js：工作循环负责触发副作用收集。
• ReactFiberEffects.old.js：处理副作用队列的收集和清理。

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二、算法设计思路和详细步骤

1. 副作用收集目标

副作用（Effect）是指那些在渲染后需要执行的操作，主要包括：

• Placement（插入）
• Update（更新）
• Deletion（删除）

React 在 completeUnitOfWork() 阶段通过 completeWork() 方法标记这些副作用，并将其添加到父节点的 effectList 中，最终在 commitRoot() 阶段统一执行。

2. 算法流程图解

beginWork()
   ↓
completeWork() ——> 收集当前节点副作用
   ↓
appendAllChildren() / reconcileChildren()
   ↓
递归完成所有子节点的 completeWork()
   ↓
将当前节点 effect 添加到父节点 effectList 中
   ↓
commitRoot()
   ↓
遍历 effectList 执行副作用

3. 关键步骤详解

步骤 1：completeWork() 收集副作用

这段代码是 React Fiber 架构中 completeWork 函数的简化实现，负责完成 Fiber 节点的处理工作。下面是对代码的详细注释：

/**
 * 完成 Fiber 节点的处理工作
 * @param {Fiber | null} current 当前 Fiber 节点（可能为 null）
 * @param {Fiber} workInProgress 工作进中的 Fiber 节点
 * @returns {Fiber | null} 返回下一个要处理的兄弟节点或 null
 */
function completeWork(current: Fiber | null, workInProgress: Fiber): Fiber | null {
  const newProps = workInProgress.pendingProps;
  
  // 根据 Fiber 节点的类型执行不同的处理逻辑
  switch (workInProgress.tag) {
    case HostComponent: {  // 处理 DOM 组件节点
      const type = workInProgress.type;  // DOM 标签名（如 'div', 'span' 等）
      
      if (current !== null && current.stateNode != null) {
        // 如果是更新阶段，更新 DOM 属性
        updateHostComponent(
          current, 
          workInProgress, 
          type, 
          newProps
        );
      } else {
        // 如果是初次创建，创建 DOM 实例
        const instance = createInstance(
          type, 
          newProps, 
          rootContainerInstance,  // 根容器实例
          hostContext,            // 宿主环境上下文
          internalInstanceHandle  // 内部实例句柄
        );
        
        // 附加所有子节点到父实例
        appendAllChildren(
          instance, 
          workInProgress, 
          false,  // 是否为 DOM 属性
          false   // 是否为隐藏的（如 CSS hidden）
        );
        
        // 设置 Fiber 节点的 stateNode 为创建的 DOM 实例
        workInProgress.stateNode = instance;
        
        // 初始化子节点的属性（如自动聚焦等）
        finalizeInitialChildren(
          instance, 
          type, 
          newProps, 
          rootContainerInstance, 
          hostContext
        );
      }
      break;
    }
    case HostText: {  // 处理文本节点
      const newText = newProps;  // 文本内容就是 props
      
      if (current && current.stateNode !== null) {
        // 如果是更新阶段，检查文本内容是否变化
        const oldText = current.memoizedProps;
        if (oldText !== newText) {
          markWorkInProgressReceivedUpdate();  // 标记有更新需要处理
        }
      } else {
        // 如果是初次创建，创建文本实例
        const instance = createTextInstance(
          newText, 
          rootContainerInstance, 
          hostContext, 
          internalInstanceHandle
        );
        // 设置 Fiber 节点的 stateNode 为创建的文本实例
        workInProgress.stateNode = instance;
      }
      break;
    }
    default:
      // 其他类型的节点不做特殊处理
      break;
  }

  // 处理完当前节点后，决定下一个要处理的节点
  if (workInProgress.child !== null) {
    // 如果有子节点，继续向下处理子节点
    return workInProgress.child;
  } else {
    // 如果没有子节点，向上查找兄弟节点
    let node: Fiber | null = workInProgress;
    while (node !== null) {
      if (node.sibling !== null) {
        // 找到兄弟节点，返回它
        return node.sibling;
      }
      if (node.return === null) {
        // 如果没有父节点，返回 null（到达根节点）
        return null;
      }
      // 继续向上查找
      node = node.return;
    }
    return null;
  }
}

关键点说明：

1. 节点类型处理：

   • HostComponent：处理 DOM 元素节点
   • HostText：处理文本节点
   • 其他类型节点不做特殊处理

2. DOM 组件处理流程：

   • 更新阶段：调用 updateHostComponent 更新 DOM 属性
   • 创建阶段：
     • 调用 createInstance 创建 DOM 实例
     • 调用 appendAllChildren 附加所有子节点
     • 调用 finalizeInitialChildren 初始化子节点属性

3. 文本节点处理流程：

   • 更新阶段：检查文本内容是否变化
   • 创建阶段：调用 createTextInstance 创建文本节点

4. 遍历逻辑：

   • 深度优先遍历 Fiber 树
   • 优先处理子节点
   • 没有子节点时查找兄弟节点
   • 没有兄弟节点时向上回溯

5. 返回值：

   • 返回下一个要处理的节点（可能是子节点或兄弟节点）
   • 到达根节点时返回 null

这个函数是 Fiber 架构中协调（reconciliation）过程的重要组成部分，负责将 Fiber 树转换为实际的 DOM 结构。

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步骤 2：提交副作用（commitRoot）

这段代码是 React Fiber 架构中 commitRoot 函数的简化实现，负责将工作完成（finished）的 Fiber 树提交到 DOM。下面是对代码的详细注释：

/**
 * 提交根节点及其副作用到 DOM
 * @param {FiberRoot} root Fiber 根节点
 */
function commitRoot(root) {
  // 获取已完成的工作（即 workInProgress 树的根节点）
  const finishedWork = root.finishedWork;
  // 获取已完成的工作对应的更新优先级（lane）
  const lanes = root.finishedLanes;

  // 重置 finishedWork 和 finishedLanes，准备下一次更新
  root.finishedWork = null;
  root.finishedLanes = NoLanes;

  // 提交所有副作用（如 DOM 插入、更新、删除等）
  commitMutationEffects(finishedWork, root);

  // 将当前指针（current）切换到已完成的工作（即 workInProgress 树）
  root.current = finishedWork;
}

关键点说明：

1. 参数：

   • root：Fiber 根节点对象，包含整个 Fiber 树的信息

2. 获取已完成的工作：

   • finishedWork：表示已经完成协调（reconciliation）过程的 Fiber 树根节点
   • lanes：表示已完成工作的更新优先级（在 React 的并发模式下使用）

3. 重置状态：

   • 将 finishedWork 和 finishedLanes 重置为初始状态，为下一次更新做准备

4. 提交副作用：

   • commitMutationEffects：执行所有挂起的副作用（如 DOM 操作）
     • 这包括实际的 DOM 插入、更新和删除操作
     • 这个函数会遍历整个 Fiber 树，处理所有标记了副作用的节点

5. 切换当前指针：

   • 将 root.current 指向 finishedWork，表示现在 finishedWork 树成为新的当前树
   • 这意味着下一次渲染将从这棵树开始

6. 副作用类型：

   • 在 commitMutationEffects 中会处理多种副作用，如：
     • Placement：插入新节点
     • Update：更新现有节点
     • Deletion：删除节点

这个函数是 React 渲染过程的最后阶段，负责将协调阶段产生的变更实际应用到 DOM 上。在 React 的并发模式下，这个阶段是不可中断的，以确保 UI 的一致性。

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步骤 3：执行副作用（commitMutationEffects）

这段代码是 React Fiber 架构中 commitMutationEffects 函数的简化实现，负责处理所有挂起的副作用（如 DOM 插入、更新和删除）。下面是对代码的详细注释：

/**
 * 提交所有挂起的副作用（如 DOM 插入、更新和删除）
 * @param {Fiber} finishedWork 已完成协调的 Fiber 节点
 * @param {FiberRoot} root Fiber 根节点
 */
function commitMutationEffects(finishedWork: Fiber, root: FiberRoot) {
  // 从 finishedWork 的第一个副作用节点开始遍历
  let nextEffect: Fiber | null = finishedWork.firstEffect;
  
  // 遍历所有带有副作用的 Fiber 节点
  while (nextEffect !== null) {
    // 获取当前节点的副作用标记
    const effectTag = nextEffect.effectTag;
    
    // 处理 Placement 副作用（插入新节点）
    if ((effectTag & Placement) !== NoEffect) {
      commitPlacement(nextEffect);  // 执行实际的 DOM 插入操作
      nextEffect.effectTag &= ~Placement;  // 清除 Placement 标记
    }
    
    // 处理 Update 副作用（更新现有节点）
    if ((effectTag & Update) !== NoEffect) {
      commitWork(nextEffect, nextEffect.alternate);  // 执行实际的 DOM 更新操作
      nextEffect.effectTag &= ~Update;  // 清除 Update 标记
    }
    
    // 处理 Deletion 副作用（删除节点）
    if ((effectTag & Deletion) !== NoEffect) {
      commitDeletion(nextEffect);  // 执行实际的 DOM 删除操作
      nextEffect.effectTag &= ~Deletion;  // 清除 Deletion 标记
    }
    
    // 移动到下一个带有副作用的节点
    nextEffect = nextEffect.nextEffect;
  }
}

关键点说明：

1. 副作用遍历：

   • 从 finishedWork.firstEffect 开始遍历所有带有副作用的 Fiber 节点
   • 使用 nextEffect 指针在副作用链表中移动

2. 副作用类型处理：

   • Placement：处理 DOM 插入操作
     • 调用 commitPlacement 执行实际的插入
     • 清除 Placement 标记
   • Update：处理 DOM 更新操作
     • 调用 commitWork 执行实际的更新
     • 清除 Update 标记
   • Deletion：处理 DOM 删除操作
     • 调用 commitDeletion 执行实际的删除
     • 清除 Deletion 标记

3. 副作用标记清除：

   • 每种副作用处理完成后，使用位操作清除对应的标记
   • 这是为了确保副作用只被处理一次

4. 副作用链表：

   • Fiber 节点通过 nextEffect 指针形成一个链表
   • 这个链表是在协调（reconciliation）阶段构建的

5. 不可中断性：

   • 这个阶段在 React 的并发模式下是不可中断的
   • 确保所有副作用要么全部提交，要么全部不提交

这个函数是 React 渲染过程的最后阶段之一，负责将协调阶段产生的变更实际应用到 DOM 上。在 React 的并发模式下，这个阶段是不可中断的，以确保 UI 的一致性。

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三、完整代码实现和注释

以下是一个简化版的副作用收集模拟实现：

// 模拟 Fiber 对象结构
class Fiber {
  constructor(tag, key, elementType, pendingProps, mode) {
    this.tag = tag;           // 类型：FunctionComponent, ClassComponent 等
    this.key = key;           // 用于列表比对
    this.elementType = elementType;// 元素类型（如函数组件、类组件等）
    this.pendingProps = pendingProps;// 待处理的 props
    this.mode = mode;         // 渲染模式（如 ConcurrentMode）

    this.alternate = null;    // 指向另一个树的节点
    this.child = null;        // 第一个子节点
    this.sibling = null;      // 下一个兄弟节点
    this.return = null;       // 父节点
    this.stateNode = null;    // DOM 或组件实例
    this.memoizedState = null; // 状态快照
    this.updateQueue = null;   // 更新队列
    this.effectTag = 'NoEffect';// 副作用标记（如 Placement, Update, Deletion）
    this.nextEffect = null;    // 副作用链表中的下一个节点
    this.firstEffect = null;   // 副作用链表中的第一个节点 
    this.lastEffect = null;    // 副作用链表中的最后一个节点
  }

  addEffect(effectTag) {
    const effect = { effectTag, fiber: this };
    if (!this.parent) return;
    if (!this.parent.firstEffect) {
      this.parent.firstEffect = effect;
      this.parent.lastEffect = effect;
    } else {
      this.parent.lastEffect.nextEffect = effect;
      this.parent.lastEffect = effect;
    }
  }
}

// 模拟 beginWork
function beginWork(current, workInProgress) {
  console.log('Begin work on:', workInProgress.key || 'root');
  return workInProgress.child;
}

// 模拟 completeWork 并收集副作用
function completeWork(workInProgress) {
  console.log('Complete work on:', workInProgress.key || 'root');

  // 模拟不同类型的节点处理
  switch (workInProgress.tag) {
    case 'HostComponent':
      if (!workInProgress.stateNode) {
        // 新增节点
        workInProgress.effectTag = 'Placement';
        workInProgress.addEffect(workInProgress.effectTag);
      } else {
        // 更新节点
        workInProgress.effectTag = 'Update';
        workInProgress.addEffect(workInProgress.effectTag);
      }
      break;
    case 'HostText':
      if (!workInProgress.stateNode) {
        workInProgress.effectTag = 'Placement';
        workInProgress.addEffect(workInProgress.effectTag);
      }
      break;
    default:
      break;
  }
}

// 模拟 commit 阶段
function commitMutationEffects(finishedWork) {
  console.log('Committing effects...');
  let effect = finishedWork.firstEffect;
  while (effect) {
    switch (effect.effectTag) {
      case 'Placement':
        console.log(`Place node: ${effect.fiber.key}`);
        break;
      case 'Update':
        console.log(`Update node: ${effect.fiber.key}`);
        break;
      case 'Deletion':
        console.log(`Delete node: ${effect.fiber.key}`);
        break;
      default:
        break;
    }
    effect = effect.nextEffect;
  }
}

// 主工作循环
function performUnitOfWork(unitOfWork) {
  const current = unitOfWork.alternate;
  const next = beginWork(current, unitOfWork);
  if (next === null) {
    completeWork(unitOfWork);
  }
  return next;
}

function workLoop(isYieldy) {
  let unitOfWork = workInProgressFiber;
  while (unitOfWork !== null) {
    unitOfWork = performUnitOfWork(unitOfWork);
  }
  if (!isYieldy && unitOfWork === null) {
    commitMutationEffects(workInProgressFiber);
  }
}

let currentFiber = new Fiber('HostRoot', null, null, null, 'ConcurrentMode');
let workInProgressFiber = null;

function createWorkInProgressFromCurrent(current) {
  if (!current.alternate) {
    workInProgressFiber = new Fiber(
      current.tag,
      current.key,
      current.elementType,
      current.pendingProps,
      current.mode
    );
    workInProgressFiber.alternate = current;
    current.alternate = workInProgressFiber;
  } else {
    workInProgressFiber = current.alternate;
    workInProgressFiber.pendingProps = current.pendingProps;
    workInProgressFiber.effectTag = 'NoEffect';
  }
  return workInProgressFiber;
}

function scheduleUpdate() {
  workInProgressFiber = createWorkInProgressFromCurrent(currentFiber);
  workLoop(false);
}

scheduleUpdate();

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四、设计模式分析

设计模式	应用场景
观察者模式	effectTag 表示要执行的副作用，由 completeWork 观察并收集
链表模式	firstEffect 和 lastEffect 形成副作用链表，便于 commit 阶段遍历
策略模式	不同类型 Fiber（如 HostComponent、FunctionComponent）使用不同副作用处理策略
模板方法模式	performUnitOfWork() 提供通用流程，beginWork 和 completeWork 是具体实现

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五、10大Fiber副作用收集高频面试题

1. 什么是 React 的副作用？常见的副作用有哪些？

   • 副作用是指在 render 阶段完成后需要执行的 DOM 操作，如 Placement, Update, Deletion。

2. 副作用是如何被收集的？在哪里被记录？

   • 在 completeWork() 阶段通过 effectTag 标记，并加入到父节点的 firstEffect 链表中。

3. 为什么要在 render 阶段收集副作用，而不是直接操作 DOM？

   • 为了支持异步渲染和中断恢复，避免中间状态暴露给用户。

4. effectTag 的含义是什么？它是如何表示多个副作用的？

   • 使用位掩码（bitmask）方式存储多个副作用，如 Placement | Update。

5. 副作用是如何执行的？执行顺序是怎样的？

   • 在 commitRoot() 中遍历 effectList，按照深度优先顺序执行副作用。

6. effectList 是如何构建的？父子节点之间如何传递副作用？

   • 子节点将副作用添加到父节点的 effectList 中，形成一个单向链表。

7. React 如何处理嵌套组件的副作用？

   • 递归调用 completeWork() 处理每个节点，确保所有子节点的副作用都被正确收集。

8. 为什么不能在 render 阶段直接修改 DOM？这样做会带来什么问题？

   • 同步修改 DOM 会导致 UI 闪烁；异步渲染时可能因中断导致不一致状态。

9. React 如何优化副作用的执行效率？

   • 批量执行副作用、使用位运算快速判断副作用类型、减少不必要的 DOM 操作。

10. 在 Concurrent Mode 下，副作用是否有可能被多次执行？为什么？

    • 是的，因为高优先级更新可能中断低优先级更新，导致部分副作用未提交而重新执行。

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总结

Fiber 副作用收集机制是 React 实现高效、可中断、可恢复更新的关键部分。它通过 effectTag 和 effectList 的设计，在 render phase 安全地收集副作用，并在 commit phase 统一执行，保证了 DOM 更新的一致性和性能。理解这一机制有助于深入掌握 React 的内部运行原理，为性能优化和调试提供理论支撑。