React中createRoot函数原理解读——Element对象与Fiber对象、FiberRootNode与HostRootNode

【2024最新版】React18 核心源码分析教程（全61集）

Element对象与Fiber对象

在 React 中，Element 对象 和 Fiber 对象 是核心概念，用于实现 React 的高效渲染和更新机制。以下是它们的详细解读：

1. Element 对象

定义

React 的 Element 对象 是通过 React.createElement 或 JSX 创建的**描述 UI 的普通 JavaScript 对象**。

结构

一个典型的 React Element 对象的结构如下：

const element = {
  type: 'div', // 或者是组件函数/类，表示元素类型
  props: {
    children: [/* 子元素 */],
    className: 'example',
  },
  key: null, // 用于唯一标识（diff 算法优化）
  ref: null, // 用于获取组件实例或 DOM
  $$typeof: Symbol(react.element), // 用于区分是否是 React 元素
};

特点

1. 不可变：React Element 是不可变的，描述的是 UI 的快照。
2. 轻量：它是 UI 的描述，并不包含状态或方法。
3. 静态描述：只表示渲染内容的静态信息，真正的 DOM 操作由 Fiber 对象实现。

2. Fiber 对象

定义

Fiber 对象 是 React 16+ 引入的内部数据结构，用于管理组件的更新和渲染工作。

结构

一个 Fiber 对象的基本结构如下：

const fiber = {
  tag: 5, // 表示 Fiber 类型，比如函数组件、类组件、HostComponent（如 div）
  type: 'div', // 与 Element 的 type 对应
  key: null, // 用于唯一标识
  stateNode: DOM节点或类组件实例, // 当前 Fiber 的实际实例，DOM 节点或类组件实例
  child: Fiber, // 第一个子节点
  sibling: Fiber, // 下一个兄弟节点
  return: Fiber, // 父节点
  pendingProps: {}, // 本次更新的新 props
  memoizedProps: {}, // 上一次渲染的 props
  memoizedState: {}, // 上一次渲染的 state
  effectTag: 0, // 副作用标志，表示需要执行的操作类型
  nextEffect: null, // 下一个有副作用需要处理的 Fiber
  updateQueue: {}, // 存放 state 更新队列
};

特点

1. 动态：Fiber 是 React 的工作单元，包含组件的状态、更新等动态信息。
2. 链表结构：
   • Fiber 对象构成了一棵 Fiber 树。
   • 每个 Fiber 节点通过 child、sibling 和 return 连接。
3. 与 Element 不同的职责：
   • Element 是静态描述，Fiber 负责调度和计算实际的 UI 变化。
   • Fiber 引入了时间切片机制，支持任务中断和优先级调度。
4. 双缓存机制：
   • React 使用两棵 Fiber 树（current 和 workInProgress）来实现双缓存，减少不必要的 DOM 操作。

3. Element 和 Fiber 的关系

4. Fiber 的核心功能

1. 调度更新任务：通过优先级控制任务的执行，允许任务中断。
2. 状态管理：保存组件的状态和属性，管理 setState。
3. DOM 更新：对比新旧 Fiber 树，生成最小更新路径（Diff 算法）。
4. 副作用管理：通过 effectTag 管理 DOM 操作、生命周期回调等。

5. 总结

• React Element 是 UI 的静态描述，简单且不可变。
• Fiber 是 React 内部的工作单元，负责处理状态、调度更新和渲染。

Fiber 的引入是 React 性能优化的关键，尤其是在构建复杂的 UI 和实现时间切片时。Element 和 Fiber 分工明确，共同构建了 React 的高效渲染机制。

FiberRootNode与HostRootFiber

在 React 的内部实现中，HostRootFiber 和 FiberRootNode 是 React 核心中的两个重要概念，分别与 Fiber 树的根节点和渲染树的管理密切相关。以下是对这两个概念的详细解析。

1. FiberRootNode

定义

• FiberRootNode 是 React 的根容器节点，用于管理整个应用的 Fiber 树和渲染环境。
• 它是 React 应用的真正入口点，通常与宿主环境（如 DOM 或 React Native）的根容器绑定。

作用

1. 管理宿主环境的渲染目标：
   • 保存与宿主环境相关的信息（如 DOM 容器）。
   • 对应浏览器中的根节点（如 document.getElementById('root')）。
2. 控制 Fiber 树的生命周期：
   • 通过 current 字段管理当前正在渲染的 Fiber 树。
   • 配合双缓存机制，切换 current 和 workInProgress。
3. 存储调度信息：
   • 保存任务的优先级（如时间切片相关）。
   • 存储更新队列和渲染进度。

结构

FiberRootNode 的典型结构如下：

const fiberRootNode = {
  containerInfo: DOMContainer, // 宿主环境的根容器，如 DOM 节点
  current: HostRootFiber, // 当前的根 Fiber
  finishedWork: null, // 已完成的 Fiber 树
  pendingLanes: 0, // 表示待处理更新的优先级队列
  eventTimes: [], // 记录事件触发时间，用于调度优化
  callbackNode: null, // 当前调度的回调函数
  callbackPriority: NoPriority, // 当前调度的优先级
};

2. HostRootFiber

定义

• HostRootFiber 是 React 应用的 Fiber 树的根节点。
• 它对应于 React 渲染树的入口点，表示整个应用的根。

作用

1. 承载应用的 Fiber 树：整个应用的组件树从 HostRootFiber 开始构建，作为 Fiber 树的根节点。
2. 关联 Fiber 树与渲染器：它是连接 Fiber 树与 DOM（或其他宿主环境，如 React Native）之间的桥梁。
3. 管理应用状态：
   • HostRootFiber 保存整个应用的状态（如 pendingProps 和 memoizedState）。
   • updateQueue 中记录了根节点的更新任务队列。

结构

HostRootFiber 是一个特殊的 Fiber 节点，具有以下字段：

const hostRootFiber = {
  tag: HostRoot, // Fiber 类型标记，表示是 HostRoot
  stateNode: FiberRootNode, // 指向 FiberRootNode 实例
  child: Fiber, // 子节点，指向应用的第一个组件（如 <App />）
  pendingProps: {}, // 本次更新传入的 props
  memoizedProps: {}, // 已保存的 props
  memoizedState: {}, // 当前组件状态
  updateQueue: {}, // 存储更新任务的队列
  alternate: WorkInProgressFiber, // 指向 workInProgress Fiber，用于双缓存机制
};

3.FiberRootNode 与 HostRootFiber 的关系

4. 运行机制中的作用

1. 初始化时：

   • React 创建 FiberRootNode 并将 HostRootFiber 挂载到 FiberRootNode 的 current 属性上。
   • containerInfo 保存宿主环境的信息。

2. 更新时：

   • 更新会从 HostRootFiber 开始，React 使用双缓存机制创建 workInProgress 树。
   • 在调和过程中，React 通过 FiberRootNode 调度任务，确保高优先级任务优先完成。

3. 渲染完成：

   • 当 Fiber 树完成渲染（即 finishedWork 不为 null），React 将 FiberRootNode.current 切换到新的 Fiber 树。

5. 总结

• FiberRootNode 是管理上的根节点，负责协调 Fiber 树和宿主环境之间的关系。
• HostRootFiber 是逻辑上的根节点，描述了 React 树的结构。

它们的协作是 React 内部运行机制的核心，支撑了高效的渲染与更新流程。