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「ReactNative」原理剖析

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一、大前端发展历史

【秦国覆灭】上世纪90年代，3Com公司的Palm OS成为移动领域（掌上电脑）的霸主，市场占有率达90%

【汉朝建立】20世纪末，微软推出windows CE和Windows Mobile，取代了Palm OS

【东汉末年，黄巾起义】Symbian和Blackberry昙花一现，一度市场占有率达到40%

【三分天下】

• 魏 ：2007年，W3C(万维网联盟)立项HTML5，并于2008年1月发布HTML5的第一份正式草案
• 蜀 ：2007年1月，苹果推出第一部iphone
• 吴： 2007年11月，google宣布推出Android系统，并于2008年10月发布第一部Android智能手机

【赤壁之战】

• 2010-2012年： FaceBook牵头成立MobileWeb工作组，大举进攻移动领域，Web App的呼声越来越高，一度认为Native App在3年内会消亡
• 2012年： Facebook宣布放弃使用HTML5构造自己的主体应用，WebApp被打入冷宫，HTML5进入最惨淡的一年
• 2014年10月底：HTML5定稿，迎来了 原生+HTML5 的混合模式

【第一代跨平台方案】

• 2015年：FaceBook 推出 ReactNative
• 2016年4月：阿里推出Weex

【第二代跨平台方案】2018年2月：Google发布Flutter第一版

【第三代跨平台方案】2018年6月：Facebook 宣布对 ReactNative 进行大规模重构，预计2021年底重构完成；

二、跨平台框架对比

为什么要进行跨平台的研究？

「微观上」：企业要提高开发效率，降低开发成本，实现一次编码，到处运行；「宏观上」：现在处于多终端发展时代，多种终端生态互不兼容，造成生产力的浪费，势必会有一种新技术代表新进生产力打破目前的枷锁，进一步解放和提高生产力；

新一代的跨平台方案一定比老一代的好吗？

答案是否定的；此处「代」的划分仅仅是从技术角度上，不代表先进与否

2.1、Native App

第三方应用程序会与平台进行交互，以创建 widgets 或访问相机等服务，其中，widgets 呈现给屏幕画布，并且事件被传回给 widgets

 

2.2、基于WebView的第一代跨平台框架

第一代跨平台框架基于「 JavaScript 和 WebViews」，代表者为：PhoneGap、微信小程序。第三方应用程序创建 HTML 并将其显示在平台上的 WebView 中，对于平台提供的一些系统服务，通过JS Bridge来调用，由于这些调用不是很频繁，JS Bridge并不会成为性能瓶颈。然而，一个完整HTML5页面的展示要经历浏览器控件的加载、解析和渲染三大过程，性能消耗要比原生开发增加N个数量级，所以这种方案的瓶颈在于WebView对H5页面的渲染。这种开发模式开发的App既有原生应用代码又有Web应用代码，因此又被称为Hybrid App（混合应用程序）

2.3、以React Native为代表的第二代跨平台框架

这种方案也称为「泛Web容器方案」，这种方案放弃了WebView渲染，采用原生自带的UI组件代替了核心的渲染引擎，所以这种方案的性能比第一代方案要好很多，代表者就是RN、Weex。同时这种方案保持了JavaScript作为开发语言，支持前端丰富的生态（比如RN使用React.js极大地方便了UI的创建）。由于前端和Native的交互都要通过中间的Bridge，很自然的Bridge就成了这种方案的性能瓶颈

2.4、以Flutter为代表的第三代跨平台框架

为什么说Flutter是一种新的方案呢？因为他采用了一种「自绘引擎」的方式，和以往的方案都不一样；Flutter既不用WebView进行组件渲染，也不使用原生组件进行渲染，他完全自己搞了一套跨平台UI渲染框架，渲染引擎依靠跨平台的Skia图形库来实现，手机平台只需要提供一块画布即可。同时开发语言使用既支持JIT又支持AOT的Dart语言，既提升了执行效率，也为支持动态化提供可能

三、架构一览

本文的分析基于ReactNative 0.54.3版本！！！！

RN的老架构主要包含React、JavaScript、Bridge和Native四个部分，从上到下可以分成四层，分别是JS代码层、JS引擎层、通信层、原生层。最上面的JS代码层提供了React.js支持，React.js的JSX代码转化为JS代码运行在JavaScriptCore提供的 JavaScript 运行时环境中，通信层将 JavaScript 与 Native 层连接起来；通信层又可以分为三部分，其中Shadow Tree 用来定义 UI 效果及交互功能、Native Modules 提供 Native 功能（比如相册、蓝牙等）、而他们之间的相互通信 使用的是JSON 异步消息

基于上述架构，RN 运行时会创建三个线程：

• 「JS Thread」：主要负责 React、JS的执行，输出 App 的视图信息（结构、样式、属性等）
• 「Shadow Thread」：根据 JS 线程的视图信息，创建出用于布局计算的 ShadowTree；(主要用到UIManagerModule，是RN中非常重要的Native Module，故也叫Native Module Thread)
• 「Main Thread」：根据 ShadowTree 提供的完整视图信息，负责真实 Native View 的创建

下面，分为启动流程、渲染原理、通信机制 三个部分详细剖析一下RN的实现原理。

四、启动流程

总结起来，启动流程主要做了两件事情：一件是准备环境，一件是调用JS侧的入口函数。

准备环境：主要做了这些事，在后台创建上下文、初始化通信桥、加载JSBundle、初始化JS执行环境等。

调用JS侧的入口函数：即调用AppRegistry.js的runApplication方法，为一次Native到JS的调用。

五、渲染原理

RN 运行时会创建三个线程：JS Thread、Shadow Thread、Main Thread，在这三个线程中分别会创建三棵树，JS线程中会创建一棵树叫做Fiber Tree，在Shadow线程中会创建一棵树叫做Shadow Tree，在UI线程中则是View Tree。其中，Fiber Tree在JS侧创建，Shadow Tree和View Tree在Native侧创建，RN渲染机制的重点就是这三棵树的创建和同步，关键步骤如下：

1. 第一步：通过React.js的JSX定义UI结构
2. 第二步：编译阶段，通过 Babel 将 JSX 转化为 React.createElement的形态
3. 第三步：在JS侧，通过深度优先遍历将JSX编写的UI组件转化为Fiber Tree结构，每个组件节点都包含子组件、父组件和兄弟组件的引用
4. 第四步：JS侧在创建Fiber Tree各个节点的时候会通过Bridge桥向Native侧发送对应的指令，Native侧收到这些指令之后会创建对应的Shadow Tree节点，同时会生成对应的UIViewOperation，加入到UIViewOperationQueue中，以供在UI线程进行真正的UI操作。JS侧发送完一批UI指令之后会触发Native侧的onBatchComplete回调，进而后序遍历ShadowTree，分别计算每个节点的宽度和高度，然后前序遍历ShadowTree，确定每个节点的最终位置，生成相应的UpdateLayoutOperation，加入到UIViewOperationQueue中
5. 第五步：触发FrameCallback，从UIViewOperationQueue中依次取出UIViewOperation，生成对应的View Tree，挂载到RootView，进行原生UI渲染逻辑

虚节点和LayoutOnly节点区别？

1. 虚节点在计算布局时会被忽略，也不会生成相应的Native控件
2. LayoutOnly节点指一个节点只会影响到它的子节点的位置，而本身不需要绘制任何内容，那么这个节点就是LayoutOnly节点， 不会生成相应的Native控件

六、通信机制

在RN中有三个线程：JS线程、UI线程、Shadow线程(Native Modules线程)，而在Native Modules线程中，主要用来进行Yoga布局计算，同时也负责C++层和原生通信。我们知道Java可以通过JNI的方式和C++代码实现相互调用，JS 可以通过 JavaScriptCore 实现和C++的相互调用，而JavaScriptCore是由C++实现的JS引擎，所以很自然的，C++成为了连接Java和JS的桥梁

所以RN的通信机制总结起来就是一句话：一个C++实现的桥打通了Java和JS，实现了两者的相互调用

6.1 、桥的初始化

在RN的启动流程中，会对通信桥进行初始化，通信桥的初始化最关键的就是创建了两张表和建立了两个桥；两张表中，一张是JavaScriptModuleRegistry，供Java调用JS使用， 一张是NativeModuleRegistry，供JS调用Java使用；两个桥，一个是NativeToJSBridge，是Java调用JS的桥梁、一个是JsToNativeBridge，JS 调用Java的桥梁

6.2 、Native调用JS

Native调用JS的流程相对简单，如下：

1. 在Java层把要实现的功能编写成接口并继承JavaScriptModule，并交由ReactPackage管理，最终会在RN初始化的时候添加到JavaScriptModuleRegistry注册表中
2. JavaScriptModuleRegistry通过动态代理生成对应的JavaScriptModule，然后通过invoke()调用相应的JS方法，该方法会进一步去调用CatalystInstanceImpl.callJSFunction() ，该方法会通过JNI将相关参数传递到C++层
3. C++层通过NativeToJsBridge将callFunction的消息放入消息队列等待执行；C++层中保有MessageQueue.js中的一些属性对象，通过这些属性对象进入JS层
4. 在JS层里，找到对应的JavaScriptModule及方法并执行

6.3、 JS调用Native

在JSToNative的通信方式中，又分为两种调用方式：异步调用和同步调用

「异步调用」：指的是在JSToNative的通信方式中，调用的发起在JS线程，逻辑处理和计算在Native Module线程和UI线程，异步的方式不会阻塞JS线程

「同步调用」：指的是调用和处理过程都发生在JS线程中；如果逻辑计算简单，这没什么影响。如果逻辑计算复杂，那肯定得卡死JS线程。所以在RN中，它的应用较少，且官方在注释中也标明要慎用

所以我们选择带Callback的异步调用来做具体的分析，调用流程如下：

整个流程可以分为两个部分，第一个部分是JS调用Native、第二个部分是Native将执行结果回调至JS侧（和Native调用JS的流程很相似）

JS调用Native流程如下：

1. 从JS侧进入C++层，通过JSC桥接获取Java Module的注册表，然后回到JS侧，把它转换为对应的JS Native Module（属性、方法转换），并根据不同的调用类型，将xxMethod()的调用封装成消息，放入了MessageQueue的队列中
2. xxMethod()消息处理的时候，会进入C++层，拿到对应的module信息，通过JSToNativeBridge，将该函数调用消息放入到线程的消息队列中等到执行。此时C++层的函数调用被映射为同名的Java层JavaModuleWrapper对象，并调用其中的invoke方法，传入的参数是methodId和对应的参数信息
3. Java层的JavaModuleWrapper对象，根据参数信息，找到对应的JavaMethodWrapper对象。在执行其invoke方法中，通过反射调用对应的NativeModule，从而完成JS到Native的调用
4. JS到Native的调用的时候，会将callback和参数放在一起传入到Java层，在Java层执行Native Module的时候会解析出callback参数。等执行完成，将结果通过callback返回给JS 侧，这一过程就是一个Native调用JS的过程，只不过调用的方法变成了invokeCallback

七、性能瓶颈

基于此架构，中间层Bridge必然会成为RN的性能瓶颈，RN中存在如下问题：

1、通信效率低下，容易出现堵塞

JS层和Native层只能通过桥来进行通信，多次线程切换、串行消息处理、参数通过JSON序列化和反序列化传递，导致效率低下，容易出现堵塞

2、异步调用导致不能同步响应，用户体验不佳

受限于通信机制，RN里JS和Native侧相互之间只能异步调用，用户的操作和App的响应是异步的，且之间可能会有不小的延迟，用户的交互体验不佳

八、新架构未来

也许是感受到了Flutter的压力和挑战，FaceBook在Flutter发布的几个月后就宣布了重构计划，如果RN能解决性能瓶颈，凭借完备的生态或许可以打败Flutter。

Facebook 在 2018 年 6 月 14 日的 BLOG 中透露，Facebook 正在对 React Native 进行大规模重构，以提升性能，改善开发体验，并在之后的开发者大会上，宣布了大规模重构 React Native 的计划及重构路线图，RN 新老架构对比如下：

8.1、旧框架

• 业务启动一次性初始化全部 NativeModule
• 所有的调用为异步操作（同步桥除外）
• JS 和 原生端通过 JSON 进行通信
• 桥通讯由于排队、线程切换易引起阻

8.2、旧框架

• JSI：增加引擎抽象层，实现引擎解耦便于切换引擎，同时支持 JS 持有 C++ HostObject 类型对象引用，实现 JS 和 Native 相互感知。
• TurboModule：重构后的 NativeModules，用于向前端暴露 Native 能力，实现 NativeModule 按需加载 和 JS与 Native 同步调用
• Fabric：新 UI 架构，替换原有 UIManager
• Code Gen：工具，用于 Fabric 和 TurboModule 的 JSI 框架代码，同时加入 JS 静态代码检查功能

文章来自内部分享～

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From： https://www.cnblogs.com/sexintercourse/p/16934178.html