React的useEffect与useLayoutEffect执行机制剖析

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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：

<body>
	<div id="app"></div>
	<script type="text/javascript">
		(function iife(){
			function render() {
				var appNode = document.querySelector('#app');
				var textNode = document.createElement('span');
				textNode.id = 'tip';
				textNode.textContent = 'hello';
				appNode.appendChild(textNode);
			}
			function useLayoutEffectDemo() {
				console.log('useLayoutEffectDemo', document.querySelector('#tip'));
			}
			function useEffectDemo() {
				console.log('useEffectDemo');
			}
			render();
			useLayoutEffectDemo();
			setTimeout(useEffectDemo, 0);
		})();
	</script>
</body>

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 = '\n\nIt looks like you wrote useEffect(async () => ...) or returned a Promise. ' + 'Instead, write the async function inside your effect ' + 'and call it immediately:\n\n' + 'useEffect(() => {\n' + '  async function fetchData() {\n' + '    // You can await here\n' + '    const response = await MyAPI.getData(someId);\n' + '    // ...\n' + '  }\n' + '  fetchData();\n' + "}, [someId]); // Or [] if effect doesn't need props or state\n\n" + '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

福禄ICH·架构组
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