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React的useEffect与useLayoutEffect执行机制剖析
引言
useEffect和useLayoutEffect是React官方推出的两个hooks，都是用来执行副作用的钩子函数，名字类似，功能相近，唯一不同的就是执行的时机有差异，今天这篇文章主要是从这两个钩子函数的执行时机入手，来剖析一下React的运行原理和浏览器的渲染流程。
官方解释
useLayoutEffect其函数签名与 useEffect 相同，但它会在所有的 DOM 变更之后同步调用 effect。可以使用它来读取 DOM 布局并同步触发重渲染。在浏览器执行绘制之前， useLayoutEffect 内部的更新计划将被同步刷新，尽可能使用标准的 useEffect 以避免阻塞视觉更新。
简单来讲，就是：useEffect是异步的，useLayoutEffect是同步的，异(同)步是相对于浏览器执行刷新屏幕Task来说的。
眼见为实
下面将通过一个简单的demo示例来说明具体的执行过程，其中React是16.13.1版本，首先是示例代码：
import React, { useState, useEffect, useLayoutEffect } from 'react';
const EffectDemo = () => {
const [count, setCount] = useState(0);
useEffect(function useEffectDemo() {
console.log('useEffect:', count);
}, [count]);
useLayoutEffect(function useLayoutEffectDemo() {
console.log('useLayoutEffect:', count);
}, [count]);
return (
<div>
<button
onClick={() => {
setCount(count + 1);
}}
>click me</button>
</div>
);
};
export default EffectDemo;
功能很简单，就不做界面展示，这里主要是看一下浏览器控制台Performance的监控图：
通过两个hooks的执行图可以看出，useLayoutEffect发生在页面渲染到屏幕(用户可见)之前，useEffect发生在那之后，中间还经历了DCL，FCP，FMP，LCP阶段，除开DCL(DomContentLoaded)之外，这些指标是RAIL模型衡量页面性能的标准，总的来说，渲染到屏幕的阶段是一个分水岭，那么渲染包含什么呢，还是看图吧：
此阶段完成了样式的计算(Recalculate Style)和布局(Layout)，紧接着是一个Task，完成Update Layer Tree，Paint，Composite Layers，经过这一系列的任务后，页面最终呈现给用户，可以用一张图来表示浏览器的渲染过程：
后面会有相关学习资料，这里就不展开细说了。
模拟运行示例
在深入了解React的运行之前，首先在本地写一个简单的示例，大致模拟文章开始的例子：
然后启用Performance监控渲染情况：
总结一下：
1.首先运行render，完成后立即执行useLayoutEffectDemo函数(虽然已经插入DOM，但是界面还没有渲染出来)；
2.注册异步回调函数useEffectDemo，该函数将在0ms过后加入EventLoop中的宏任务队列；
3.页面开始渲染：Recalculate Style->Layout->Update Layer Tree->Paint->Composite Layers->GPU绘制；
4.取出宏任务useEffectDemo，执行回调；
React的执行比这个模拟示例复杂很多，但是抽象出的流程节点大同小异，了解之后，我们可以继续深入挖掘React的运行机制了。
React运行原理
React渲染页面分为两个阶段:
1.调度阶段（reconciliation）:找出需要更新的节点元素
2.渲染阶段（commit）:将需要更新的元素插入DOM
接下来就跟着React的运行流程来具体看下不同阶段的执行情况：
渲染流程图(初次渲染)
简单总结一下：
1.react-dom负责Fiber节点的创建，最终形成一个Fiber节点树，其中每个Fiber包含需要执行的副作用和渲染到屏幕的DOM对象；
2.调用scheduler暴露的方法注册需要调度的事件；
3.执行DOM插入；
4.执行useLyaoutEffect或者ClassComponent的生命周期函数；
5.浏览器接过控制权，执行渲染；
6.scheduler执行调度任务，执行useEffectDemo；
以上就是整体流程，接下来再深入一点，看看useEffect和useLayoutEffect是怎么解析和执行的：
use(Layout)Effect解析与执行
1.解析
从上图可知，uesEffect和useLayoutEffect最终都会调用mountEffectImpl函数，然后初始化/更新Fiber的updateQueue，可以看一下mountEffectImpl函数是怎样的：
function mountEffectImpl(fiberEffectTag, hookEffectTag, create, deps) {
var hook = mountWorkInProgressHook();
var nextDeps = deps === undefined ? null : deps;
currentlyRenderingFiber$1.effectTag |= fiberEffectTag;
hook.memoizedState = pushEffect(HasEffect | hookEffectTag, create, undefined, nextDeps);
}
都认识，但是不知道是干嘛的，好吧，还是用一张图来说明吧：
这个函数的功能如下：
1.创建hook对象，放入到workInProgressHook链表中；
2.Fiber的updateQueue和上一步创建的hook关联，这样每一个Fiber对象上就知道要执行Effect了；
那么workInProgressHook是干嘛的呢，看下源代码的解释吧：
var workInProgressHook = null; // Whether an update was scheduled at any point during the render phase. This
// does not get reset if we do another render pass; only when we're completely
// finished evaluating this component. This is an optimization so we know
// whether we need to clear render phase updates after a throw.
2.updateQueue数据结构
上面说到updateQueue，最终我们写的useEffectDemo和useLayoutEffectDemo都会放在这里，那么是怎么一个结构存储的呢，可以打印看一下：
其实就是一个收尾相连的环形结构，为什么要这么设计呢，大家看下commitHookEffectListMount执行函数的遍历方式就知道了：
function commitHookEffectListMount(tag, finishedWork) {
var updateQueue = finishedWork.updateQueue;
var lastEffect = updateQueue !== null ? updateQueue.lastEffect : null;
if (lastEffect !== null) {
var firstEffect = lastEffect.next;
var effect = firstEffect;
do {
if ((effect.tag & tag) === tag) {
// Mount
var create = effect.create;
effect.destroy = create();
{
var destroy = effect.destroy;
if (destroy !== undefined && typeof destroy !== 'function') {
var addendum = void 0;
if (destroy === null) {
addendum = ' You returned null. If your effect does not require clean ' + 'up, return undefined (or nothing).';
} else if (typeof destroy.then === 'function') {
addendum = 'nnIt looks like you wrote useEffect(async () => ...) or returned a Promise. ' + 'Instead, write the async function inside your effect ' + 'and call it immediately:nn' + 'useEffect(() => {n' + ' async function fetchData() {n' + ' // You can await heren' + ' const response = await MyAPI.getData(someId);n' + ' // ...n' + ' }n' + ' fetchData();n' + "}, [someId]); // Or [] if effect doesn't need props or statenn" + 'Learn more about data fetching with Hooks: https://fb.me/react-hooks-data-fetching';
} else {
addendum = ' You returned: ' + destroy;
}
error('An effect function must not return anything besides a function, ' + 'which is used for clean-up.%s%s', addendum, getStackByFiberInDevAndProd(finishedWork));
}
}
}
effect = effect.next;
} while (effect !== firstEffect);
}
}
这里根据effect的tag不同决定执行哪一种effect，这里我们的useEffectDemo和useLayoutEfectDemo的tag分别是5和3，因此需要执行useEffect中的副作用函数时，commitHookEffectListMount的tag肯定就是5了，执行useLayoutEffect中的副作用函数时，commitHookEffectListMount的tag肯定就是3。
总的来说所有的useEffect和useLayoutEffect的副作用函数都是在这里执行的，通过tag来控制他们的执行时机。
3.执行
其实上面已经讲了commitHookEffectListMount的执行，这里再看下具体的执行过程：
执行useEffect的入口：
function commitLifeCycles(finishedRoot, current, finishedWork, committedExpirationTime) {
switch (finishedWork.tag) {
case FunctionComponent:
case ForwardRef:
case SimpleMemoComponent:
case Block:
{
commitHookEffectListMount(Layout | HasEffect, finishedWork);
return;
}
......
}
执行useLayoutEffect的入口：
function commitPassiveHookEffects(finishedWork) {
if ((finishedWork.effectTag & Passive) !== NoEffect) {
switch (finishedWork.tag) {
case FunctionComponent:
case ForwardRef:
case SimpleMemoComponent:
case Block:
{
......
commitHookEffectListMount(Passive$1 | HasEffect, finishedWork);
break;
}
}
}
}
可以看出两个执行入口传入的第一个入参tag是不一样的，最终执行的副作用函数就区分开来了。
MessageChannel异步调度
现在大家应该对useEffect和useLayoutEffect的执行有了一个大致的了解，那么还有一个关于scheduler异步调度的小问题，本文最开始模拟的一个例子里是通过setTimeout来完成的，React中则是通过MessageChannel来实现的，如果不熟悉可以查查使用方式，这里来看下异步执行的过程：
浏览器渲染流程
- 关于浏览器的渲染这里我就以推荐学习资料为主，因为我自己也没有这些讲解得好，就没必要重复了；
基础知识
浏览器的渲染是一个十分复杂的过程，如果不是很了解，可以浏览谷歌提供的介绍文章，链接如下：https://developers.google.cn/web/fundamentals/performance/rendering
深入一点
了解了浏览器的基本渲染之后，可以更加深入窥探浏览器的运行，首先上一张图：
上面这幅图是来源于https://aerotwist.com/blog/the-anatomy-of-a-frame
这里还给大家推荐一篇讲解浏览器渲染的文章：https://juejin.im/entry/6844903476506394638
其他生命周期函数
在学习Hooks的时候，难免会和class组件中的生命周期做比较，这里我们只关注useEffect，useEffect在某些程度上相当于componentDidMount 、 componentDidUpdate 、 componentWillUnmount三个钩子函数的集合，因为这些函数都会阻塞浏览器的渲染，其中componentDidMount 、 componentDidUpdate的执行是在哪里呢，看一下上面提到的commitLifeCycles函数就清楚了(componentWillUnmount大家有兴趣自己找找吧)；
function commitLifeCycles(finishedRoot, current, finishedWork, committedExpirationTime) {
switch (finishedWork.tag) {
case FunctionComponent:
case ForwardRef:
case SimpleMemoComponent:
case Block:
{
commitHookEffectListMount(Layout | HasEffect, finishedWork);
return;
}
case ClassComponent:
{
var instance = finishedWork.stateNode;
if (finishedWork.effectTag & Update) {
if (current === null) { // 初次渲染
......
instance.componentDidMount();
stopPhaseTimer();
} else { // 更新渲染
......
instance.componentDidUpdate(prevProps, prevState, instance.__reactInternalSnapshotBeforeUpdate);
stopPhaseTimer();
}
}
参考资料
- https://mp.weixin.qq.com/s/of1ulUPtz7c8Evc9A8cYdw
- https://developers.google.cn/web/fundamentals/performance/rendering
- https://juejin.im/entry/6844903476506394638
- https://indepth.dev/inside-fiber-in-depth-overview-of-the-new-reconciliation-algorithm-in-react/
- https://blog.csdn.net/frontend_frank/article/details/107273939
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