深入理解 React Fiber 架构的设计思想和实现原理，包括 Fiber 节点结构、双缓冲机制和调度算法

Fiber 架构解析

Fiber 是 React 16 引入的新架构，它是 React 实现并发渲染的基础。本文将深入分析 Fiber 架构的设计思想和实现原理。

🎯 核心概念

什么是 Fiber？

Fiber 是 React 16 引入的新架构，它有两个层面的含义：

数据结构：Fiber 是一个 JavaScript 对象，包含了组件的类型、DOM 节点、更新队列等信息
工作单元：Fiber 是 React 工作的最小单位，React 通过遍历 Fiber 树来完成渲染工作

Fiber 解决的问题

同步渲染阻塞：React 15 的同步渲染会阻塞主线程
优先级调度：无法区分不同更新的优先级
可中断性：渲染过程无法中断，影响用户体验

🔍 源码实现分析

1. Fiber 节点结构

// packages/react-reconciler/src/ReactFiber.js

type Fiber = {
  // 标记节点类型
  tag: WorkTag,
  
  // 节点的唯一标识
  key: null | string,
  
  // 节点的类型信息
  elementType: any,
  
  // 节点的类型（函数组件、类组件、原生DOM等）
  type: any,
  
  // 对应的真实DOM节点
  stateNode: any,
  
  // 指向其他Fiber节点的指针
  return: Fiber | null,    // 父节点
  child: Fiber | null,     // 第一个子节点
  sibling: Fiber | null,   // 下一个兄弟节点
  
  // 指向另一个Fiber树的对应节点
  alternate: Fiber | null,
  
  // 副作用标记
  flags: Flags,
  
  // 子节点的副作用标记
  subtreeFlags: Flags,
  
  // 删除的子节点
  deletions: Array<Fiber> | null,
  
  // 更新队列
  updateQueue: mixed,
  
  // 缓存的结果
  memoizedState: any,
  memoizedProps: any,
  
  // 待处理的props
  pendingProps: any,
  
  // 依赖项
  dependencies: Dependencies | null,
  
  // 模式
  mode: TypeOfMode,
  
  // 优先级
  lanes: Lanes,
  childLanes: Lanes,
  
  // 过期时间
  expirationTime: number,
  
  // 索引
  index: number,
  
  // ref
  ref: null | (((handle: mixed) => void) & {_stringRef: ?string}) | RefObject,
};

2. workInProgress 与 current 的关系

// packages/react-reconciler/src/ReactFiberWorkLoop.js

function createWorkInProgress(current: Fiber, pendingProps: any): Fiber {
  let workInProgress = current.alternate;
  
  if (workInProgress === null) {
    // 创建新的 workInProgress
    workInProgress = createFiber(
      current.tag,
      pendingProps,
      current.key,
      current.mode,
    );
    
    workInProgress.elementType = current.elementType;
    workInProgress.type = current.type;
    workInProgress.stateNode = current.stateNode;
    
    // 建立双向引用
    workInProgress.alternate = current;
    current.alternate = workInProgress;
  } else {
    // 复用现有的 workInProgress
    workInProgress.pendingProps = pendingProps;
    workInProgress.type = current.type;
    
    // 清除副作用标记
    workInProgress.flags = NoFlags;
    workInProgress.subtreeFlags = NoFlags;
    workInProgress.deletions = null;
  }
  
  // 复制其他属性
  workInProgress.lanes = current.lanes;
  workInProgress.childLanes = current.childLanes;
  workInProgress.updateQueue = current.updateQueue;
  workInProgress.memoizedState = current.memoizedState;
  workInProgress.memoizedProps = current.memoizedProps;
  
  return workInProgress;
}

3. 双缓冲机制

// packages/react-reconciler/src/ReactFiberWorkLoop.js

function performUnitOfWork(unitOfWork: Fiber): Fiber | null {
  const current = unitOfWork.alternate;
  
  // 开始工作
  let next = beginWork(current, unitOfWork, subtreeRenderLanes);
  unitOfWork.memoizedProps = unitOfWork.pendingProps;
  
  if (next === null) {
    // 没有子节点，完成当前节点
    completeUnitOfWork(unitOfWork);
  } else {
    // 继续处理子节点
    workInProgress = next;
  }
  
  return workInProgress;
}

function completeUnitOfWork(unitOfWork: Fiber): void {
  let completedWork = unitOfWork;
  
  do {
    const current = completedWork.alternate;
    const returnFiber = completedWork.return;
    
    // 完成当前节点的工作
    completeWork(current, completedWork, subtreeRenderLanes);
    
    // 收集副作用
    const siblingFiber = completedWork.sibling;
    if (siblingFiber !== null) {
      // 处理兄弟节点
      workInProgress = siblingFiber;
      return;
    }
    
    // 向上冒泡
    completedWork = returnFiber;
    workInProgress = completedWork;
  } while (completedWork !== null);
}

4. Fiber 树的构建过程

// packages/react-reconciler/src/ReactFiberWorkLoop.js

function renderRootSync(root: FiberRoot, lanes: Lanes) {
  // 准备 workInProgress
  prepareFreshStack(root, lanes);
  
  do {
    try {
      workLoopSync();
      break;
    } catch (error) {
      // 错误处理
      handleError(root, error);
    }
  } while (true);
}

function workLoopSync() {
  while (workInProgress !== null) {
    performUnitOfWork(workInProgress);
  }
}

function performUnitOfWork(unitOfWork: Fiber): void {
  const current = unitOfWork.alternate;
  
  // 开始工作
  let next = beginWork(current, unitOfWork, subtreeRenderLanes);
  unitOfWork.memoizedProps = unitOfWork.pendingProps;
  
  if (next === null) {
    // 完成当前节点
    completeUnitOfWork(unitOfWork);
  } else {
    // 继续处理子节点
    workInProgress = next;
  }
}

5. 节点间的关系

// packages/react-reconciler/src/ReactFiber.js

// 父节点关系
function getHostParentFiber(fiber: Fiber): Fiber {
  let parent = fiber.return;
  
  while (parent !== null) {
    if (isHostComponent(parent) || isHostRoot(parent)) {
      return parent;
    }
    parent = parent.return;
  }
  
  return null;
}

// 子节点关系
function getHostSibling(fiber: Fiber): Fiber | null {
  let node = fiber;
  
  siblings: while (true) {
    while (node.sibling === null) {
      if (node.return === null || isHostComponent(node.return)) {
        return null;
      }
      node = node.return;
    }
    
    node.sibling.return = node.return;
    node = node.sibling;
    
    while (node.tag !== HostComponent && node.tag !== HostText) {
      if (node.flags & Placement) {
        continue siblings;
      }
      
      if (node.child === null || node.tag === HostPortal) {
        continue siblings;
      } else {
        node.child.return = node;
        node = node.child;
      }
    }
    
    if (!(node.flags & Placement)) {
      return node.stateNode;
    }
  }
}

🎯 实际应用示例

1. Fiber 树的遍历

// 深度优先遍历 Fiber 树
function traverseFiberTree(fiber) {
  if (!fiber) return;
  
  // 处理当前节点
  console.log('Processing:', fiber.type);
  
  // 遍历子节点
  let child = fiber.child;
  while (child) {
    traverseFiberTree(child);
    child = child.sibling;
  }
}

// 使用示例
function MyComponent() {
  const [count, setCount] = useState(0);
  
  useEffect(() => {
    // 在开发环境中可以访问 Fiber 树
    if (__DEV__) {
      const fiber = getCurrentFiber();
      traverseFiberTree(fiber);
    }
  }, []);
  
  return (
    <div>
      <h1>Count: {count}</h1>
      <button onClick={() => setCount(c => c + 1)}>
        Increment
      </button>
    </div>
  );
}

2. 自定义 Hook 中的 Fiber 访问

// 自定义 Hook 获取当前 Fiber
function useCurrentFiber() {
  const [fiber, setFiber] = useState(null);
  
  useEffect(() => {
    if (__DEV__) {
      const currentFiber = getCurrentFiber();
      setFiber(currentFiber);
    }
  }, []);
  
  return fiber;
}

// 使用示例
function DebugComponent() {
  const fiber = useCurrentFiber();
  
  useEffect(() => {
    if (fiber) {
      console.log('Fiber info:', {
        type: fiber.type,
        tag: fiber.tag,
        key: fiber.key,
        memoizedState: fiber.memoizedState,
        pendingProps: fiber.pendingProps,
      });
    }
  }, [fiber]);
  
  return <div>Debug Component</div>;
}

3. 性能监控

// 监控 Fiber 树的更新
function useFiberMonitor() {
  const [updateCount, setUpdateCount] = useState(0);
  
  useEffect(() => {
    if (__DEV__) {
      const originalPerformUnitOfWork = performUnitOfWork;
      
      performUnitOfWork = function(unitOfWork) {
        setUpdateCount(prev => prev + 1);
        return originalPerformUnitOfWork.call(this, unitOfWork);
      };
      
      return () => {
        performUnitOfWork = originalPerformUnitOfWork;
      };
    }
  }, []);
  
  return updateCount;
}

🚀 性能优化技巧

1. 减少不必要的重新渲染

// 使用 React.memo 优化函数组件
const OptimizedComponent = React.memo(({ data }) => {
  return <div>{data.map(item => <Item key={item.id} item={item} />)}</div>;
});

// 使用 useMemo 缓存计算结果
function ExpensiveComponent({ items }) {
  const processedItems = useMemo(() => {
    return items.map(item => ({
      ...item,
      processed: expensiveProcessing(item)
    }));
  }, [items]);
  
  return <OptimizedComponent data={processedItems} />;
}

2. 优化 Fiber 树的深度

// ❌ 错误：过深的组件嵌套
function DeepNestedComponent() {
  return (
    <div>
      <div>
        <div>
          <div>
            <div>
              <span>Deep nested</span>
            </div>
          </div>
        </div>
      </div>
    </div>
  );
}

// ✅ 正确：扁平化组件结构
function FlatComponent() {
  return (
    <div className="container">
      <span>Flat structure</span>
    </div>
  );
}

3. 合理使用 key

// ✅ 正确：使用稳定的 key
function ListComponent({ items }) {
  return (
    <ul>
      {items.map(item => (
        <ListItem key={item.id} item={item} />
      ))}
    </ul>
  );
}

// ❌ 错误：使用不稳定的 key
function BadListComponent({ items }) {
  return (
    <ul>
      {items.map((item, index) => (
        <ListItem key={index} item={item} />
      ))}
    </ul>
  );
}

📝 总结

Fiber 架构通过以下机制实现并发渲染：

双缓冲机制：current 树和 workInProgress 树交替使用
可中断渲染：通过时间切片实现渲染的可中断性
优先级调度：不同更新有不同的优先级
副作用收集：在渲染过程中收集副作用，在提交阶段统一执行

理解 Fiber 架构有助于我们：

更好地理解 React 的渲染机制
编写更高效的 React 组件
进行性能优化
调试 React 应用

下一步：调度系统入门 - 深入理解 React 的调度机制

Fiber 架构解析

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