200行代碼實現簡版react🔥

阿新 • • 發佈：2018-12-19

基本概念 param tdi 單線程 node num extend pro lec

200行代碼實現簡版react??

現在(2018年)react在前端開發領域已經越來越??了，我自己也經常在項目中使用react，但是卻總是好奇react的底層實現原理，多次嘗試閱讀react源代碼都無法讀下去，確實太難了。前不久在網上看到幾篇介紹如何自己動手實現react的文章，這裏基於這些資料，並加入一些自己的想法，從0開始僅用200行代碼實現一個簡版react，相信看完後大家都會對react的內部實現原理有更多了解。但是在動手之前我們需要先掌握幾個react相關的重要概念，比如組件(類)與組件實例的區別、diff算法以及生命周期等，下面依次介紹下，熟悉完這些概念我們再動手實現。

1 基本概念：Component(組件)、instance(組件實例)、 element、jsx、dom

首先我們需要弄明白幾個容易混淆的概念，最開始學習react的時候我也有些疑惑他們之間有什麽不同，前幾天跟一個新同學討論一個問題，發現他竟然也分不清組件和組件實例，因此很有必要弄明白這幾個概念的區別於聯系，本篇後面我們實現這個簡版react也是基於這些概念。

Component（組件）

Component就是我們經常實現的組件，可以是類組件（class component）或者函數式組件（functional component），而類組件又可以分為普通類組件(React.Component)以及純類組件（React.PureComponent），總之這兩類都屬於類組件，只不過PureComponent

基於shouldComponentUpdate做了一些優化，這裏不展開說。函數式組件則用來簡化一些簡單組件的實現，用起來就是寫一個函數，入參是組件屬性props，出參與類組件的render方法返回值一樣，是react element（註意這裏已經出現了接下來要介紹的element哦）。下面我們分別按三種方式實現下Welcome組件：

// Component
class Welcome extends React.Component {
    render() {
        return <h1>Hello, {this.props.name}</h1>;
    }
}
復制代碼

// PureComponent
class Welcome extends React.PureComponent {
    render() {
        return <h1>Hello, {this.props.name}</h1>;
    }
}
復制代碼

// functional component
function Welcome(props) {
    return <h1>Hello, {props.name}</h1>;
}
復制代碼

instance（組件實例）

熟悉面向對象編程的人肯定知道類和實例的關系，這裏也是一樣的，組件實例其實就是一個組件類實例化的結果，概念雖然簡單，但是在react這裏卻容易弄不明白，為什麽這麽說呢？因為大家在react的使用過程中並不會自己去實例化一個組件實例，這個過程其實是react內部幫我們完成的，因此我們真正接觸組件實例的機會並不多。我們更多接觸到的是下面要介紹的element，因為我們通常寫的jsx其實就是element的一種表示方式而已(後面詳細介紹)。雖然組件實例用的不多，但是偶爾也會用到，其實就是ref。ref可以指向一個dom節點或者一個類組件(class component)的實例，但是不能用於函數式組件，因為函數式組件不能實例化。這裏簡單介紹下ref，我們只需要知道ref可以指向一個組件實例即可，更加詳細的介紹大家可以看react官方文檔Refs and the DOM。

element

前面已經提到了element，即類組件的render方法以及函數式組件的返回值均為element。那麽這裏的element到底是什麽呢？其實很簡單，就是一個純對象（plain object），而且這個純對象包含兩個屬性：type:(string|ReactClass)和props:Object，註意element並不是組件實例，而是一個純對象。雖然element不是組件實例，但是又跟組件實例有關系，element是對組件實例或者dom節點的描述。如果type是string類型，則表示dom節點，如果type是function或者class類型，則表示組件實例。比如下面兩個element分別描述了一個dom節點和一個組件實例：

// 描述dom節點
{
  type: ‘button‘,
  props: {
    className: ‘button button-blue‘,
    children: {
      type: ‘b‘,
      props: {
        children: ‘OK!‘
      }
    }
  }
}
復制代碼

function Button(props){
  // ...
}

// 描述組件實例
{
  type: Button,
  props: {
    color: ‘blue‘,
    children: ‘OK!‘
  }
}
復制代碼

jsx

只要弄明白了element，那麽jsx就不難理解了，jsx只是換了一種寫法，方便我們來創建element而已，想想如果沒有jsx那麽我們開發效率肯定會大幅降低，而且代碼肯定非常不利於維護。比如我們看下面這個jsx的例子：

const foo = <div id="foo">Hello!</div>;
復制代碼

其實說白了就是定義了一個dom節點div，並且該節點的屬性集合是{id: ‘foo‘}，children是Hello!，就這點信息量而已，因此完全跟下面這種純對象的表示是等價的：

{
  type: ‘div‘,
  props: {
    id: ‘foo‘,
    children: ‘Hello!‘
  }
}
復制代碼

那麽React是如何將jsx語法轉換為純對象的呢？其實就是利用Babel編譯生成的，我們只要在使用jsx的代碼裏加上個編譯指示(pragma)即可，可以參考這裏Babel如何編譯jsx。比如我們將編譯指示設置為指向createElement函數：/** @jsx createElement */，那麽前面那段jsx代碼就會編譯為：

var foo = createElement(‘div‘, {id:"foo"}, ‘Hello!‘);
復制代碼

可以看出，jsx的編譯過程其實就是從<、>這種標簽式寫法到函數調用式寫法的一種轉化而已。有了這個前提，我們只需要簡單實現下createElement函數不就可以構造出element了嘛，我們後面自己實現簡版react也會用到這個函數：

function createElement(type, props, ...children) {
    props = Object.assign({}, props);
    props.children = [].concat(...children)
      .filter(child => child != null && child !== false)
      .map(child => child instanceof Object ? child : createTextElement(child));
    return {type, props};
}
復制代碼

dom

dom我們這裏也簡單介紹下，作為一個前端研發人員，想必大家對這個概念應該再熟悉不過了。我們可以這樣創建一個dom節點div：

const divDomNode = window.document.createElement(‘div‘);
復制代碼

其實所有dom節點都是HTMLElement類的實例，我們可以驗證下：

window.document.createElement(‘div‘) instanceof window.HTMLElement;
// 輸出 true
復制代碼

關於HTMLElementAPI可以參考這裏：HTMLElement介紹。因此，dom節點是HTMLElement類的實例；同樣的，在react裏面，組件實例是組件類的實例，而element又是對組件實例和dom節點的描述，現在這些概念之間的關系大家應該都清楚了吧。介紹完了這幾個基本概念，我們畫個圖來描述下這幾個概念之間的關系：

2 虛擬dom與diff算法

相信使用過react的同學都多少了解過這兩個概念：虛擬dom以及diff算法。這裏的虛擬dom其實就是前面介紹的element，為什麽說是虛擬dom呢，前面咱們已經介紹過了，element只是dom節點或者組件實例的一種純對象描述而已，並不是真正的dom節點，因此是虛擬dom。react給我們提供了聲明式的組件寫法，當組件的props或者state變化時組件自動更新。整個頁面其實可以對應到一棵dom節點樹，每次組件props或者state變更首先會反映到虛擬dom樹，然後最終反應到頁面dom節點樹的渲染。

那麽虛擬dom跟diff算法又有什麽關系呢？之所以有diff算法其實是為了提升渲染效率，試想下，如果每次組件的state或者props變化後都把所有相關dom節點刪掉再重新創建，那效率肯定非常低，所以在react內部存在兩棵虛擬dom樹，分別表示現狀以及下一個狀態，setState調用後就會觸發diff算法的執行，而好的diff算法肯定是盡可能復用已有的dom節點，避免重新創建的開銷。我用下圖來表示虛擬dom和diff算法的關系：

react組件最初渲染到頁面後先生成第1幀虛擬dom，這時current指針指向該第一幀。setState調用後會生成第2幀虛擬dom，這時next指針指向第二幀，接下來diff算法通過比較第2幀和第1幀的異同來將更新應用到真正的dom樹以完成頁面更新。

這裏再次強調一下setState後具體怎麽生成虛擬dom，因為這點很重要，而且容易忽略。前面剛剛已經介紹過什麽是虛擬dom了，就是element樹而已。那element樹是怎麽來的呢？其實就是render方法返回的嘛，下面的流程圖再加深下印象：

其實react官方對diff算法有另外一個稱呼，大家肯定會在react相關資料中看到，叫Reconciliation，我個人認為這個詞有點晦澀難懂，不過後來又重新翻看了下詞典，發現跟diff算法一個意思：

可以看到reconcile有消除分歧、核對的意思，在react語境下就是對比虛擬dom異同的意思，其實就是說的diff算法。這裏強調下，我們後面實現部實現reconcile函數，就是實現diff算法。

3 生命周期與diff算法

生命周期與diff算法又有什麽關系呢？這裏我們以componentDidMount、componentWillUnmount、ComponentWillUpdate以及componentDidUpdate為例說明下二者的關系。我們知道，setState調用後會接著調用render生成新的虛擬dom樹，而這個虛擬dom樹與上一幀可能會產生如下區別：

新增了某個組件；
刪除了某個組件；
更新了某個組件的部分屬性。

因此，我們在實現diff算法的過程會在相應的時間節點調用這些生命周期函數。

這裏需要重點說明下前面提到的第1幀，我們知道每個react應用的入口都是：

ReactDOM.render(
    <h1>Hello, world!</h1>,
    document.getElementById(‘root‘)
);
復制代碼

ReactDom.render也會生成一棵虛擬dom樹，但是這棵虛擬dom樹是開天辟地生成的第一幀，沒有前一幀用來做diff，因此這棵虛擬dom樹對應的所有組件都只會調用掛載期的生命周期函數，比如componentDidMount、componentWillUnmount。

4 實現

掌握了前面介紹的這些概念，實現一個簡版react也就不難了。這裏需要說明下，本節實現部分是基於這篇博客的實現Didact: a DIY guide to build your own React。現在首先看一下我們要實現哪些API，我們最終會以如下方式使用：

// 聲明編譯指示
/** @jsx DiyReact.createElement */

// 導入我們下面要實現的API
const DiyReact = importFromBelow();

// 業務代碼
const randomLikes = () => Math.ceil(Math.random() * 100);
const stories = [
    {name: "DiyReact介紹", url: "http://google.com", likes: randomLikes()},
    {name: "Rendering DOM elements ", url: "http://google.com", likes: randomLikes()},
    {name: "Element creation and JSX", url: "http://google.com", likes: randomLikes()},
    {name: "Instances and reconciliation", url: "http://google.com", likes: randomLikes()},
    {name: "Components and state", url: "http://google.com", likes: randomLikes()}
];

class App extends DiyReact.Component {
    render() {
        return (
            <div>
                <h1>DiyReact Stories</h1>
                <ul>
                    {this.props.stories.map(story => {
                        return <Story name={story.name} url={story.url} />;
                    })}
                </ul>
            </div>
        );
    }

    componentWillMount() {
        console.log(‘execute componentWillMount‘);
    }

    componentDidMount() {
        console.log(‘execute componentDidMount‘);
    }

    componentWillUnmount() {
        console.log(‘execute componentWillUnmount‘);
    }
}

class Story extends DiyReact.Component {
    constructor(props) {
        super(props);
        this.state = {likes: Math.ceil(Math.random() * 100)};
    }
    like() {
        this.setState({
            likes: this.state.likes + 1
        });
    }
    render() {
        const {name, url} = this.props;
        const {likes} = this.state;
        const likesElement = <span />;
        return (
            <li>
                <button onClick={e => this.like()}>{likes}<b>??</b></button>
                <a href={url}>{name}</a>
            </li>
        );
    }

    // shouldcomponentUpdate() {
    //   return true;
    // }

    componentWillUpdate() {
        console.log(‘execute componentWillUpdate‘);
    }

    componentDidUpdate() {
        console.log(‘execute componentDidUpdate‘);
    }
}

// 將組件渲染到根dom節點
DiyReact.render(<App stories={stories} />, document.getElementById("root"));
復制代碼

我們在這段業務代碼裏面使用了render、createElement以及Component三個API，因此後面的任務就是實現這三個API並包裝到一個函數importFromBelow內即可。

4.1 實現createElement

createElement函數的功能跟jsx是緊密相關的，前面介紹jsx的部分已經介紹過了，其實就是把類似html的標簽式寫法轉化為純對象element，具體實現如下：

function createElement(type, props, ...children) {
    props = Object.assign({}, props);
    props.children = [].concat(...children)
        .filter(child => child != null && child !== false)
        .map(child => child instanceof Object ? child : createTextElement(child));
    return {type, props};
}
復制代碼

4.2 實現render

註意這個render相當於ReactDOM.render，不是組件的render方法，組件的render方法在後面Component實現部分。

// rootInstance用來緩存一幀虛擬dom
let rootInstance = null;
function render(element, parentDom) {
    // prevInstance指向前一幀
    const prevInstance = rootInstance;
    // element參數指向新生成的虛擬dom樹
    const nextInstance = reconcile(parentDom, prevInstance, element);
    // 調用完reconcile算法(即diff算法)後將rooInstance指向最新一幀
    rootInstance = nextInstance;
}
復制代碼

render函數實現很簡單，只是進行了兩幀虛擬dom的對比(reconcile)，然後將rootInstance指向新的虛擬dom。細心點會發現，新的虛擬dom為element，即最開始介紹的element，而reconcile後的虛擬dom是instance，不過這個instance並不是組件實例，這點看後面instantiate的實現。總之render方法其實就是調用了reconcile方法進行了兩幀虛擬dom的對比而已。

4.3 實現instantiate

那麽前面的instance到底跟element有什麽不同呢？其實instance指示簡單的是把element重新包了一層，並把對應的dom也給包了進來，這也不難理解，畢竟我們調用reconcile進行diff比較的時候需要把跟新應用到真實的dom上，因此需要跟dom關聯起來，下面實現的instantiate函數就幹這個事的。註意由於element包括dom類型和Component類型(由type字段判斷，不明白的話可以回過頭看一下第一節的element相關介紹)，因此需要分情況處理：

dom類型的element.type為string類型，對應的instance結構為{element, dom, childInstances}。

Component類型的element.type為ReactClass類型，對應的instance結構為{dom, element, childInstance, publicInstance}，註意這裏的publicInstance就是前面介紹的組件實例。

function instantiate(element) {
    const {type, props = {}} = element;

    const isDomElement = typeof type === ‘string‘;

    if (isDomElement) {
        // 創建dom
        const isTextElement = type === TEXT_ELEMENT;
        const dom = isTextElement ? document.createTextNode(‘‘) : document.createElement(type);

        // 設置dom的事件、數據屬性
        updateDomProperties(dom, [], element.props);
        const children = props.children || [];
        const childInstances = children.map(instantiate);
        const childDoms = childInstances.map(childInstance => childInstance.dom);
        childDoms.forEach(childDom => dom.appendChild(childDom));
        const instance = {element, dom, childInstances};
        return instance;
    } else {
        const instance = {};
        const publicInstance = createPublicInstance(element, instance);
        const childElement = publicInstance.render();
        const childInstance = instantiate(childElement);
        Object.assign(instance, {dom: childInstance.dom, element, childInstance, publicInstance});
        return instance;
    }
}
復制代碼

需要註意，由於dom節點和組件實例都可能有孩子節點，因此instantiate函數中有遞歸實例化的邏輯。

4.4 實現reconcile(diff算法)

重點來了，reconcile是react的核心，顯然如何將新設置的state快速的渲染出來非常重要，因此react會盡量復用已有節點，而不是每次都動態創建所有相關節點。但是react強大的地方還不僅限於此，react16將reconcile算法由之前的stack架構升級成了fiber架構，更近一步做的性能優化。fiber相關的內容下一節再介紹，這裏為了簡單易懂，仍然使用類似stack架構的算法來實現，對於fiber現在只需要知道其調度原理即可，當然後面有時間可以再實現一版基於fiber架構的。

首先看一下整個reconcile算法的處理流程：

可以看到，我們會根據不同的情況做不同的處理：

如果是新增instance，那麽需要實例化一個instance並且appendChild；
如果是不是新增instance，而是刪除instance，那麽需要removeChild；
如果既不是新增也不是刪除instance，那麽需要看instance的type是否變化，如果有變化，那節點就無法復用了，也需要實例化instance，然後replaceChild；
如果type沒變化就可以復用已有節點了，這種情況下要判斷是原生dom節點還是我們自定義實現的react節點，兩種情況下處理方式不同。

大流程了解後，我們只需要在對的時間點執行生命周期函數即可，下面看具體實現：

function reconcile(parentDom, instance, element) {
    if (instance === null) {
        const newInstance = instantiate(element);
        // componentWillMount
        newInstance.publicInstance
            && newInstance.publicInstance.componentWillMount
            && newInstance.publicInstance.componentWillMount();
        parentDom.appendChild(newInstance.dom);
        // componentDidMount
        newInstance.publicInstance
            && newInstance.publicInstance.componentDidMount
            && newInstance.publicInstance.componentDidMount();
        return newInstance;
    } else if (element === null) {
        // componentWillUnmount
        instance.publicInstance
            && instance.publicInstance.componentWillUnmount
            && instance.publicInstance.componentWillUnmount();
        parentDom.removeChild(instance.dom);
        return null;
    } else if (instance.element.type !== element.type) {
        const newInstance = instantiate(element);
        // componentDidMount
        newInstance.publicInstance
            && newInstance.publicInstance.componentDidMount
            && newInstance.publicInstance.componentDidMount();
        parentDom.replaceChild(newInstance.dom, instance.dom);
        return newInstance;
    } else if (typeof element.type === ‘string‘) {
        updateDomProperties(instance.dom, instance.element.props, element.props);
        instance.childInstances = reconcileChildren(instance, element);
        instance.element = element;
        return instance;
    } else {
        if (instance.publicInstance
            && instance.publicInstance.shouldcomponentUpdate) {
            if (!instance.publicInstance.shouldcomponentUpdate()) {
                return;
            }
        }
        // componentWillUpdate
        instance.publicInstance
            && instance.publicInstance.componentWillUpdate
            && instance.publicInstance.componentWillUpdate();
        instance.publicInstance.props = element.props;
        const newChildElement = instance.publicInstance.render();
        const oldChildInstance = instance.childInstance;
        const newChildInstance = reconcile(parentDom, oldChildInstance, newChildElement);
        // componentDidUpdate
        instance.publicInstance
            && instance.publicInstance.componentDidUpdate
            && instance.publicInstance.componentDidUpdate();
        instance.dom = newChildInstance.dom;
        instance.childInstance = newChildInstance;
        instance.element = element;
        return instance;
    }
}

function reconcileChildren(instance, element) {
    const {dom, childInstances} = instance;
    const newChildElements = element.props.children || [];
    const count = Math.max(childInstances.length, newChildElements.length);
    const newChildInstances = [];
    for (let i = 0; i < count; i++) {
        newChildInstances[i] = reconcile(dom, childInstances[i], newChildElements[i]);
    }
    return newChildInstances.filter(instance => instance !== null);
}
復制代碼

看完reconcile算法後肯定有人會好奇，為什麽這種算法叫做stack算法，這裏簡單解釋一下。從前面的實現可以看到，每次組件的state更新都會觸發reconcile的執行，而reconcile的執行也是一個遞歸過程，而且一開始直到遞歸執行完所有節點才停止，因此稱為stack算法。由於是個遞歸過程，因此該diff算法一旦開始就必須執行完，因此可能會阻塞線程，又由於js是單線程的，因此這時就可能會影響用戶的輸入或者ui的渲染幀頻，降低用戶體驗。不過react16中升級為了fiber架構，這一問題得到了解決。

4.5 整體代碼

把前面實現的所有這些代碼組合起來就是完整的簡版react，不到200行代碼，so easy～！完整代碼見DiyReact。

5 fiber架構

react16升級了reconcile算法架構，從stack升級為fiber架構，前面我們已經提到過stack架構的缺點，那就是使用遞歸實現，一旦開始就無法暫停，只能一口氣執行完畢，由於js是單線程的，這就有可能阻塞用戶輸入或者ui渲染，會降低用戶體驗。

而fiber架構則不一樣。底層是基於requestIdleCallback來調度diff算法的執行，關於requestIdleCallback的介紹可以參考我之前寫的一篇關於js事件循環的文章javascript事件循環（瀏覽器端、node端）。requestIdlecallback的特點顧名思義就是利用空閑時間來完成任務。註意這裏的空閑時間就是相對於那些優先級更高的任務(比如用戶輸入、ui渲染)來說的。

這裏再簡單介紹一下fiber這個名稱的由來，因為我一開始就很好奇為什麽叫做fiber。fiber其實是纖程的意思，並不是一個新詞匯，大家可以看維基百科的解釋Fiber (computer science)。其實就是想表達一種更加精細粒度的調度的意思，因為基於這種算法react可以隨時暫停diff算法的執行，而後有空閑時間了接著執行，這是一種更加精細的調度算法，因此稱為fiber架構。本篇對fiber就先簡單介紹這些，後面有時間再單獨總結一篇。

6 參考資料

主要參考以下資料：

React Components, Elements, and Instances
Refs and the DOM
HTMLElement介紹
Didact: a DIY guide to build your own React
Lin Clark - A Cartoon Intro to Fiber - React Conf 2017
Let’s fall in love with React Fiber

200行代碼實現簡版react🔥

基本概念 param tdi 單線程 node num extend pro lec 200行代碼實現簡版react?? 現在(2018年)react在前端開發領域已經越來越??了，我自己也經常在項目中使用react，但是卻總是好奇react的底層實現原理，多次嘗試閱

200行代碼實現簡版react🔥

200行代碼實現簡版react??

1 基本概念：Component(組件)、instance(組件實例)、 element、jsx、dom

Component（組件）

instance（組件實例）

element

jsx

dom

2 虛擬dom與diff算法

3 生命周期與diff算法

4 實現

4.1 實現createElement

4.2 實現render

4.3 實現instantiate

4.4 實現reconcile(diff算法)

4.5 整體代碼

5 fiber架構

6 參考資料

200行代碼實現簡版react🔥

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1 基本概念：Component(組件)、instance(組件實例)、 element、jsx、dom

Component（組件）

instance（組件實例）

element

jsx

dom

2 虛擬dom與diff算法

3 生命周期與diff算法

4 實現

4.1 實現createElement

4.2 實現render

4.3 實現instantiate

4.4 實現reconcile(diff算法)

4.5 整體代碼

5 fiber架構

6 參考資料

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