React 应用的启动过程

在前文reconciler 运作流程把reconciler的流程归结成 4 个步骤.

本章节主要讲解react应用程序的启动过程, 位于react-dom包, 衔接reconciler 运作流程中的输入步骤.

在正式分析源码之前, 先了解一下react应用的启动模式:

在当前稳定版[email protected]源码中, 有 3 种启动方式. 先引出官网上对于这 3 种模式的介绍, 其基本说明如下:

legacy 模式: ReactDOM.render(<App />, rootNode). 这是当前 React app 使用的方式. 这个模式可能不支持这些新功能(concurrent 支持的所有功能).
```
// LegacyRoot
ReactDOM.render(<App />, document.getElementById('root'), (dom) => {}); // 支持callback回调, 参数是一个dom对象
```

Blocking 模式: ReactDOM.createBlockingRoot(rootNode).render(<App />). 目前正在实验中, 它仅提供了 concurrent 模式的小部分功能, 作为迁移到 concurrent 模式的第一个步骤.

// BlockingRoot
// 1. 创建ReactDOMRoot对象
const reactDOMBlockingRoot = ReactDOM.createBlockingRoot(
  document.getElementById('root'),
);
// 2. 调用render
reactDOMBlockingRoot.render(<App />); // 不支持回调

Concurrent 模式: ReactDOM.createRoot(rootNode).render(<App />). 目前在实验中, 未来稳定之后，打算作为 React 的默认开发模式. 这个模式开启了所有的新功能.

// ConcurrentRoot
// 1. 创建ReactDOMRoot对象
const reactDOMRoot = ReactDOM.createRoot(document.getElementById('root'));
// 2. 调用render
reactDOMRoot.render(<App />); // 不支持回调

注意: 虽然17.0.2的源码中有createRoot和createBlockingRoot方法(如果自行构建, 会默认构建experimental版本), 但是稳定版的构建入口排除掉了这两个 api, 所以实际在npm i react-dom安装17.0.2稳定版后, 不能使用该 api.如果要想体验非legacy模式, 需要显示安装 alpha 版本(或自行构建).

启动流程

在调用入口函数之前,reactElement(<App/>)和 DOM 对象div#root之间没有关联, 用图片表示如下:

创建全局对象 {#create-global-obj}

无论Legacy, Concurrent或Blocking模式, react 在初始化时, 都会创建 3 个全局对象

ReactDOM(Blocking)Root对象

属于react-dom包, 该对象暴露有render,unmount方法, 通过调用该实例的render方法, 可以引导 react 应用的启动.

fiberRoot对象
- 属于react-reconciler包, 作为react-reconciler在运行过程中的全局上下文, 保存 fiber 构建过程中所依赖的全局状态.
- 其大部分实例变量用来存储fiber 构造循环(详见两大工作循环)过程的各种状态.react 应用内部, 可以根据这些实例变量的值, 控制执行逻辑.
HostRootFiber对象
- 属于react-reconciler包, 这是 react 应用中的第一个 Fiber 对象, 是 Fiber 树的根节点, 节点的类型是HostRoot.

这 3 个对象是 react 体系得以运行的基本保障, 一经创建大多数场景不会再销毁(除非卸载整个应用root.unmount()).

这一过程是从react-dom包发起, 内部调用了react-reconciler包, 核心流程图如下(其中红色标注了 3 个对象的创建时机).

下面逐一解释这 3 个对象的创建过程.

创建 ReactDOM(Blocking)Root 对象

由于 3 种模式启动的 api 有所不同, 所以从源码上追踪, 也对应了 3 种方式. 最终都 new 一个ReactDOMRoot或ReactDOMBlockingRoot的实例, 需要创建过程中RootTag参数, 3 种模式各不相同. 该RootTag的类型决定了整个 react 应用是否支持可中断渲染(后文有解释).

下面根据 3 种 mode 下的启动函数逐一分析.

legacy 模式

legacy模式表面上是直接调用ReactDOM.render, 跟踪ReactDOM.render后续调用legacyRenderSubtreeIntoContainer(源码链接)

function legacyRenderSubtreeIntoContainer(
  parentComponent: ?React$Component<any, any>,
  children: ReactNodeList,
  container: Container,
  forceHydrate: boolean,
  callback: ?Function,
) {
  let root: RootType = (container._reactRootContainer: any);
  let fiberRoot;
  if (!root) {
    // 初次调用, root还未初始化, 会进入此分支
    //1. 创建ReactDOMRoot对象, 初始化react应用环境
    root = container._reactRootContainer = legacyCreateRootFromDOMContainer(
      container,
      forceHydrate,
    );
    fiberRoot = root._internalRoot;
    if (typeof callback === 'function') {
      const originalCallback = callback;
      callback = function () {
        // instance最终指向 children(入参: 如<App/>)生成的dom节点
        const instance = getPublicRootInstance(fiberRoot);
        originalCallback.call(instance);
      };
    }
    // 2. 更新容器
    unbatchedUpdates(() => {
      updateContainer(children, fiberRoot, parentComponent, callback);
    });
  } else {
    // root已经初始化, 二次调用render会进入
    // 1. 获取FiberRoot对象
    fiberRoot = root._internalRoot;
    if (typeof callback === 'function') {
      const originalCallback = callback;
      callback = function () {
        const instance = getPublicRootInstance(fiberRoot);
        originalCallback.call(instance);
      };
    }
    // 2. 调用更新
    updateContainer(children, fiberRoot, parentComponent, callback);
  }
  return getPublicRootInstance(fiberRoot);
}

继续跟踪legacyCreateRootFromDOMContainer. 最后调用new ReactDOMBlockingRoot(container, LegacyRoot, options);

function legacyCreateRootFromDOMContainer(
  container: Container,
  forceHydrate: boolean,
): RootType {
  const shouldHydrate =
    forceHydrate || shouldHydrateDueToLegacyHeuristic(container);
  return createLegacyRoot(
    container,
    shouldHydrate
      ? {
          hydrate: true,
        }
      : undefined,
  );
}

export function createLegacyRoot(
  container: Container,
  options?: RootOptions,
): RootType {
  return new ReactDOMBlockingRoot(container, LegacyRoot, options); // 注意这里的LegacyRoot是固定的, 并不是外界传入的
}

通过以上分析,legacy模式下调用ReactDOM.render有 2 个核心步骤:

创建ReactDOMBlockingRoot实例(在 Concurrent 模式和 Blocking 模式中详细分析该类), 初始化 react 应用环境.
调用updateContainer进行更新.

Concurrent 模式和 Blocking 模式

Concurrent模式和Blocking模式从调用方式上直接可以看出

分别调用ReactDOM.createRoot和ReactDOM.createBlockingRoot创建ReactDOMRoot和ReactDOMBlockingRoot实例
调用ReactDOMRoot和ReactDOMBlockingRoot实例的render方法

export function createRoot(
  container: Container,
  options?: RootOptions,
): RootType {
  return new ReactDOMRoot(container, options);
}

export function createBlockingRoot(
  container: Container,
  options?: RootOptions,
): RootType {
  return new ReactDOMBlockingRoot(container, BlockingRoot, options); // 注意第2个参数BlockingRoot是固定写死的
}

继续查看ReactDOMRoot和ReactDOMBlockingRoot对象

function ReactDOMRoot(container: Container, options: void | RootOptions) {
  // 创建一个fiberRoot对象, 并将其挂载到this._internalRoot之上
  this._internalRoot = createRootImpl(container, ConcurrentRoot, options);
}
function ReactDOMBlockingRoot(
  container: Container,
  tag: RootTag,
  options: void | RootOptions,
) {
  // 创建一个fiberRoot对象, 并将其挂载到this._internalRoot之上
  this._internalRoot = createRootImpl(container, tag, options);
}

ReactDOMRoot.prototype.render = ReactDOMBlockingRoot.prototype.render =
  function (children: ReactNodeList): void {
    const root = this._internalRoot;
    // 执行更新
    updateContainer(children, root, null, null);
  };

ReactDOMRoot.prototype.unmount = ReactDOMBlockingRoot.prototype.unmount =
  function (): void {
    const root = this._internalRoot;
    const container = root.containerInfo;
    // 执行更新
    updateContainer(null, root, null, () => {
      unmarkContainerAsRoot(container);
    });
  };

ReactDOMRoot和ReactDOMBlockingRoot有相同的特性

调用createRootImpl创建fiberRoot对象, 并将其挂载到this._internalRoot上.
原型上有render和unmount方法, 且内部都会调用updateContainer进行更新.

创建 fiberRoot 对象 {#create-root-impl}

无论哪种模式下, 在ReactDOM(Blocking)Root的创建过程中, 都会调用一个相同的函数createRootImpl, 查看后续的函数调用, 最后会创建fiberRoot 对象(在这个过程中, 特别注意RootTag的传递过程):

// 注意: 3种模式下的tag是各不相同(分别是ConcurrentRoot,BlockingRoot,LegacyRoot).
this._internalRoot = createRootImpl(container, tag, options);

function createRootImpl(
  container: Container,
  tag: RootTag,
  options: void | RootOptions,
) {
  // ... 省略部分源码(有关hydrate服务端渲染等, 暂时用不上)
  // 1. 创建fiberRoot
  const root = createContainer(container, tag, hydrate, hydrationCallbacks); // 注意RootTag的传递
  // 2. 标记dom对象, 把dom和fiber对象关联起来
  markContainerAsRoot(root.current, container);
  // ...省略部分无关代码
  return root;
}

export function createContainer(
  containerInfo: Container,
  tag: RootTag,
  hydrate: boolean,
  hydrationCallbacks: null | SuspenseHydrationCallbacks,
): OpaqueRoot {
  // 创建fiberRoot对象
  return createFiberRoot(containerInfo, tag, hydrate, hydrationCallbacks); // 注意RootTag的传递
}

创建 HostRootFiber 对象

在createFiberRoot中, 创建了react应用的首个fiber对象, 称为HostRootFiber(fiber.tag = HostRoot)

export function createFiberRoot(
  containerInfo: any,
  tag: RootTag,
  hydrate: boolean,
  hydrationCallbacks: null | SuspenseHydrationCallbacks,
): FiberRoot {
  // 创建fiberRoot对象, 注意RootTag的传递
  const root: FiberRoot = (new FiberRootNode(containerInfo, tag, hydrate): any);

  // 1. 这里创建了`react`应用的首个`fiber`对象, 称为`HostRootFiber`
  const uninitializedFiber = createHostRootFiber(tag);
  root.current = uninitializedFiber;
  uninitializedFiber.stateNode = root;
  // 2. 初始化HostRootFiber的updateQueue
  initializeUpdateQueue(uninitializedFiber);

  return root;
}

在创建HostRootFiber时, 其中fiber.mode属性, 会与 3 种RootTag(ConcurrentRoot,BlockingRoot,LegacyRoot)关联起来.

export function createHostRootFiber(tag: RootTag): Fiber {
  let mode;
  if (tag === ConcurrentRoot) {
    mode = ConcurrentMode | BlockingMode | StrictMode;
  } else if (tag === BlockingRoot) {
    mode = BlockingMode | StrictMode;
  } else {
    mode = NoMode;
  }
  return createFiber(HostRoot, null, null, mode); // 注意这里设置的mode属性是由RootTag决定的
}

注意:fiber树中所有节点的mode都会和HostRootFiber.mode一致(新建的 fiber 节点, 其 mode 来源于父节点),所以HostRootFiber.mode非常重要, 它决定了以后整个 fiber 树构建过程.

运行到这里, 3 个对象创建成功, react应用的初始化完毕.

将此刻内存中各个对象的引用情况表示出来:

legacy

concurrent

blocking

注意:

3 种模式下,HostRootFiber.mode是不一致的
legacy 下, div#root和ReactDOMBlockingRoot之间通过_reactRootContainer关联. 其他模式是没有关联的
此时reactElement(<App/>)还是独立在外的, 还没有和目前创建的 3 个全局对象关联起来

调用更新入口

legacy
回到legacyRenderSubtreeIntoContainer函数中有:

// 2. 更新容器
unbatchedUpdates(() => {
  updateContainer(children, fiberRoot, parentComponent, callback);
});

concurrent 和 blocking
在ReactDOM(Blocking)Root原型上有render方法

ReactDOMRoot.prototype.render = ReactDOMBlockingRoot.prototype.render =
  function (children: ReactNodeList): void {
    const root = this._internalRoot;
    // 执行更新
    updateContainer(children, root, null, null);
  };

相同点:

3 种模式在调用更新时都会执行updateContainer. updateContainer函数串联了react-dom与react-reconciler, 之后的逻辑进入了react-reconciler包.

不同点:

legacy下的更新会先调用unbatchedUpdates, 更改执行上下文为LegacyUnbatchedContext, 之后调用updateContainer进行更新.
concurrent和blocking不会更改执行上下文, 直接调用updateContainer进行更新.

继续跟踪updateContainer函数

export function updateContainer(
  element: ReactNodeList,
  container: OpaqueRoot,
  parentComponent: ?React$Component<any, any>,
  callback: ?Function,
): Lane {
  const current = container.current;
  // 1. 获取当前时间戳, 计算本次更新的优先级
  const eventTime = requestEventTime();
  const lane = requestUpdateLane(current);

  // 2. 设置fiber.updateQueue
  const update = createUpdate(eventTime, lane);
  update.payload = { element };
  callback = callback === undefined ? null : callback;
  if (callback !== null) {
    update.callback = callback;
  }
  enqueueUpdate(current, update);

  // 3. 进入reconciler运作流程中的`输入`环节
  scheduleUpdateOnFiber(current, lane, eventTime);
  return lane;
}

updateContainer函数位于react-reconciler包中, 它串联了react-dom与react-reconciler. 此处暂时不深入分析updateContainer函数的具体功能, 需要关注其最后调用了scheduleUpdateOnFiber.

在前文reconciler 运作流程中, 重点分析过scheduleUpdateOnFiber是输入阶段的入口函数.

所以到此为止, 通过调用react-dom包的api(如: ReactDOM.render), react内部经过一系列运转, 完成了初始化, 并且进入了reconciler 运作流程的第一个阶段.

思考

可中断渲染

react 中最广为人知的可中断渲染(render 可以中断, 部分生命周期函数有可能执行多次, UNSAFE_componentWillMount,UNSAFE_componentWillReceiveProps)只有在HostRootFiber.mode === ConcurrentRoot | BlockingRoot才会开启. 如果使用的是legacy, 即通过ReactDOM.render(<App/>, dom)这种方式启动时HostRootFiber.mode = NoMode, 这种情况下无论是首次 render 还是后续 update 都只会进入同步工作循环, reconciliation没有机会中断, 所以生命周期函数只会调用一次.

对于可中断渲染的宣传最早来自2017 年 Lin Clark 的演讲. 演讲中阐述了未来 react 会应用 fiber 架构, reconciliation可中断等(13:15 秒). 在v16.1.0中应用了 fiber.

在最新稳定版v17.0.2中, 可中断渲染虽然实现, 但是并没有在稳定版暴露出 api. 只能安装 alpha 版本才能体验该特性.

但是不少开发人员认为稳定版本的react已经是可中断渲染(其实是有误区的), 大概率也是受到了各类宣传文章的影响. 前端大环境还是比较浮躁的, 在当下, 更需要静下心来学习.

总结

本章节介绍了react应用的 3 种启动方式. 分析了启动后创建了 3 个关键对象, 并绘制了对象在内存中的引用关系. 启动过程最后调用updateContainer进入react-reconciler包,进而调用schedulerUpdateOnFiber函数, 与reconciler运作流程中的输入阶段相衔接.