给女朋友讲React18新特性：Automatic batching

公众号@魔术师卡颂

发布于 2021-07-07 10:23:38

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发布于 2021-07-07 10:23:38

文章被收录于专栏：魔术师卡颂魔术师卡颂

大家好，我是卡颂。

我的女朋友是个铁憨憨，又菜又爱玩。

今天，在一口气把《致命女人2》存货都看完后，可能是感受到了单调乏味，她跑来问我技术问题。

铁憨憨：卡卡，最近好多同事都在聊React18，你给我讲讲呗？我要你用最通俗的语言把最底层的知识讲明白，老娘的时间很宝贵的。

我：好啊，难得你要学习，这是18所有新特性，你想先看哪个？

说着，我把屏幕转向她。

铁憨憨：“这个名字最长，一串英文一看就很厉害”

我一看，她指着Automatic batching（自动批处理）

什么是批处理

铁憨憨：“批处理，是不是和批发市场搞批发一个意思？”

脑补批发市场

虽然对这个比喻很无语，但不得不承认：还真挺像！

在React中，开发者通过调用this.setState（或useState的dispatch方法）触发状态更新。

状态更新可能最终反映为视图更新（取决于是否有DOM变化）。

开发者早已接受一个显而易见的设定：「状态」与「视图」是一一对应的。

但是，让我们站在React团队的角度思考一个问题：

从this.setState调用到最终视图更新，中间需要经过源码内部的一系列工作。这一系列工作应该是同步还是异步的呢？

如下例子中，a初始状态为0，当触发onClick，调用两次this.setState：

// ...省略无关信息
state = {
  a: 0
}
onClick() {
  this.setState({a: 1});
  console.log('a is:', this.state.a);
  this.setState({a: 2});
}
render() {
  const {a} = this.state;
  return <p onClick={this.onClick}>{a}</p>;
}

如果流程是异步的（即console.log打印a is:0），会有两个潜在问题：

问题1:中间视图状态

当状态更新互相之间都是异步的，那么例子中页面上的数字会从0先变为1，再变为2。

显然更期望的行为是：数字直接从0变为2。

问题2:状态更新的竞争问题

{a: 1}与{a: 2}的状态变化谁先反映到视图更新？

毕竟在异步情况下，即使this.setState({a: 1})先触发，也可能this.setState({a: 2})的流程先完成。

开发者可不希望用户点击时，有时候数字从0变为2，有时候变为1。

铁憨憨：“好复杂啊，那就改为同步呗，能同时解决这两个问题，还简单！”

确实，如果状态更新都是同步的，那么：

同步流程发生在同一个task（宏任务），不会出现视图的中间状态
更新之间有明确的顺序，不会出现「竞争问题」

但是，同步流程也意味着当更新发生时，浏览器会一直被JS线程阻塞（执行更新流程）。

如果更新流程很复杂（应用很大），或同时触发很多更新，那么浏览器就会掉帧，表现为「浏览器卡顿」。

那该怎么办呢？React团队给出的解决办法就是：「批处理」（batchedUpdates）。

批处理：React会尝试将同一上下文中触发的更新合并为一个更新

在我们刚才的例子中：

onClick() {
  this.setState({a: 1});
  console.log('a is:', this.state.a);
  this.setState({a: 2});
}

两次this.setState改变的状态会按顺序保存下来，最终只会触发一次状态更新。

这样做的好处显而易见：

合并不必要的更新，减少更新流程调用次数
状态按顺序保存下来，更新时不会出现「竞争问题」
最终触发的更新是异步流程，减少浏览器掉帧可能性

就像到批发市场拉货。如果老板派几辆小货车去，可能由于路上耽搁，先去的车不一定先回（竞争问题）。

还不如提前统计好要拉的货，派一辆大货车去，一次拉完了再回（批处理）。

铁憨憨：“我明白了！不过为什么叫「自动批处理」？难不成像枪一样还有手动、半自动？”

是的，v18的「批处理」是自动的。

自动步枪

v18之前的React使用半自动「批处理」。

半自动步枪

同时，React提供了一个API——unstable_batchedupdates，这就是手动「批处理」。

手动步枪

半自动批处理

要聊「自动批处理」，首先得聊「半自动批处理」。

在v18之前，只有事件回调、生命周期回调中的更新会批处理，比如上例中的onClick。

而在promise、setTimeout等异步回调中不会批处理。

究其原因，让我们看看批处理源码（你不需要理解其中变量的意义，这不重要）：

export function batchedUpdates<A, R>(fn: A => R, a: A): R {
  const prevExecutionContext = executionContext;
  executionContext |= BatchedContext;
  try {
    return fn(a);
  } finally {
    executionContext = prevExecutionContext;
    // If there were legacy sync updates, flush them at the end of the outer
    // most batchedUpdates-like method.
    if (executionContext === NoContext) {
      resetRenderTimer();
      flushSyncCallbacksOnlyInLegacyMode();
    }
  }
}

可以看到，传入一个回调函数fn，此时会通过「位运算」为代表当前执行上下文状态的变量executionContext增加BatchedContext状态。

拥有这个状态位代表当前执行上下文需要批处理。

在fn执行过程中，其获取到的全局变量executionContext都会包含BatchedContext。

最终fn执行完后，进入try...finally逻辑，将executionContext恢复为之前的上下文。

曾经React源码内部，执行onClick时的逻辑类似如下：

batchedUpdates(onClick, e);

在onClick内部的this.setState中，获取到的executionContext包含BatchedContext，不会立刻进入更新流程。

等退出该上下文后再统一执行一次更新流程，这就是「半自动批处理」。

铁憨憨：“既然batchedUpdates是React自动调用的，为啥是「半自动批处理」？”

原因在于batchedUpdates方法是同步调用的。

如果fn有异步流程，比如如下例子：

onClick() {
  setTimeout(() => {
    this.setState({a: 3});
    this.setState({a: 4});
  })
}

那么在真正执行this.setState时batchedUpdates早已执行完，executionContext中已经不包含BatchedContext。

此时触发的更新不会走批处理逻辑。

所以这种「只对同步流程中的this.setState进行批处理」，只能说是「半自动」。

手动批处理

为了弥补「半自动批处理」的不灵活，ReactDOM中导出了unstable_batchedUpdates方法供开发者手动调用。

比如如上例子，可以这样修改：

onClick() {
  setTimeout(() => {
    ReactDOM.unstable_batchedUpdates(() => {
      this.setState({a: 3});
      this.setState({a: 4});
    })
  })
}

那么两次this.setState调用时上下文中全局变量executionContext中会包含BatchedContext。

铁憨憨：“你这么说我就理解批处理的实现了。不过v18是怎么实现在各种上下文环境都能批处理呢？有点神奇啊！”

自动批处理

v18实现「自动批处理」的关键在于两点：

增加调度的流程
不以全局变量executionContext为批处理依据，而是以更新的「优先级」为依据

铁憨憨：“怎么冒出个「优先级」？这是什么鬼？”

我：“那我先给你介绍介绍「更新」以及「优先级」是什么意思吧。”

优先级的意思

调用this.setState后源码内部会依次执行：

根据当前环境选择一个「优先级」
创造一个代表本次更新的update对象，赋予他步骤1的优先级
将update挂载在当前组件对应fiber（虚拟DOM）上
进入调度流程

以如下例子来说：

onClick() {
  this.setState({a: 3});
  this.setState({a: 4});
}

第一次执行this.setState创造的update数据结构如下：

第二次执行this.setState创造的update数据结构如下：

其中lane代表该update的优先级。

在v18，不同场景下触发的更新拥有不同「优先级」，比如：

如上例子中事件回调中的this.setState会产生同步优先级的更新，这是最高的优先级（lane为1）

为了对比，我们将如上代码放入setTimeout中：

onClick() {
  setTimeout(() => {
    this.setState({a: 3});
    this.setState({a: 4});
  })
}

第一次执行this.setState创造的update数据结构如下：

第二次执行this.setState创造的update数据结构如下：

lane为16，代表Normal（即一般优先级）。

铁憨憨：“所以每次调用this.setState会产生update对象，根据调用的场景他会拥有不同的lane（优先级），是吧？”

我：“完全正确！”。

铁憨憨：“那这和「批处理」有什么关系呢？”

我：“别急，这就是接下来进入调度流程做的事了。”

调度流程

在组件对应fiber挂载update后，就会进入「调度流程」。

试想，一个大型应用，在某一时刻，应用的不同组件都触发了更新。

那么在不同组件对应的fiber中会存在不同优先级的update。

「调度流程」的作用就是：选出这些update中优先级最高的那个，以该优先级进入更新流程。

让我们节选部分「调度流程」的源码：

function ensureRootIsScheduled(root, currentTime) {

  // 获取当前所有优先级中最高的优先级
  var nextLanes = getNextLanes(root, root === workInProgressRoot ? workInProgressRootRenderLanes : NoLanes);
  // 本次要调度的优先级
  var newCallbackPriority = getHighestPriorityLane(nextLanes); 
  
  // 已经存在的调度的优先级
  var existingCallbackPriority = root.callbackPriority;

  if (existingCallbackPriority === newCallbackPriority) {
    return;
  }
  // 调度更新流程
  newCallbackNode = scheduleCallback(schedulerPriorityLevel, performConcurrentWorkOnRoot.bind(null, root));

  root.callbackPriority = newCallbackPriority;
  root.callbackNode = newCallbackNode;
}

节选后的调度流程大体是：

获取当前所有优先级中最高的优先级
将步骤1的优先级作为本次调度的优先级
看是否已经存在一个调度
如果已经存在调度，且和当前要调度的优先级一致，则return
不一致的话就进入调度流程

可以看到，调度的最终目的是在一定时间后执行performConcurrentWorkOnRoot，正式进入更新流程。

还是以上面的例子来说：

onClick() {
  this.setState({a: 3});
  this.setState({a: 4});
}

第一次调用this.setState，进入「调度流程」后，不存在existingCallbackPriority。

所以会执行调度：

newCallbackNode = scheduleCallback(schedulerPriorityLevel, performConcurrentWorkOnRoot.bind(null, root));

第二次调用this.setState，进入「调度流程」后，已经存在existingCallbackPriority，即第一次调用产生的。

此时比较两者优先级：

if (existingCallbackPriority === newCallbackPriority) {
  return;
}

由于两个更新都是在onClick中触发，拥有同样优先级，所以return。

按这个逻辑，即使多次调用this.setState，如：

onClick() {
  this.setState({a: 3});
  this.setState({a: 4});
  this.setState({a: 5});
  this.setState({a: 6});
}

只有第一次调用会执行调度，后面几次执行由于优先级和第一次一致会return。

当一定时间过后，第一次调度的回调函数performConcurrentWorkOnRoot会执行，进入更新流程。

由于每次执行this.setState都会创建update并挂载在fiber上。

所以即使只执行一次更新流程，还是能将状态更新到最新。

这就是以「优先级」为依据的「自动批处理」逻辑。

总结

通过本次讲解，女朋友不仅学习了「批处理」的意义。还了解了「手动/半自动/自动」三种形式的批处理。

最后我们还聊到了批处理的源码实现逻辑。

情侣之间聊这么深入的话题，真是能促进感情升温呢！！你说是吧，憨憨。

“喂，你怎么睡着了？喂？”

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原始发表：2021-06-19，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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