Fiber架构

Fiber 架构是 React 16.x 及以后版本的核心渲染引擎，它彻底重构了 React 的协调算法（Reconciliation），使渲染过程可中断、可恢复，并能优先级调度任务。以下是 Fiber 架构的核心原理、设计目标和应用场景：

1. 为什么需要 Fiber 架构？

传统协调算法的问题

React 15 及以前的协调算法基于递归渲染，存在以下问题：

• 同步阻塞渲染：一旦开始渲染，无法中断，可能导致长时间阻塞主线程。
• 无法优先级调度：所有更新同等重要，无法区分用户交互（高优先级）和数据加载（低优先级）。
• 大型应用卡顿：组件树庞大时，渲染过程可能超过 16ms，导致帧率下降（<60fps）。

Fiber 架构的解决方案

• 增量渲染：将渲染任务拆分为多个小单元，分布在多个帧中执行。
• 可中断/恢复：在浏览器空闲时间执行渲染，遇到高优先级任务时暂停。
• 优先级调度：为不同类型的更新分配不同优先级，优先处理关键任务。

2. Fiber 架构的核心概念

(1) Fiber 节点

Fiber 是 React 组件树的新表示形式，每个组件对应一个或多个 Fiber 节点：

// 简化的 Fiber 节点结构
const fiber = {
  type: 'div',         // 组件类型
  key: 'unique-key',   // 用于 Diff 算法
  stateNode: null,     // 对应的真实 DOM 节点
  props: {},           // 组件 props
  state: {},           // 组件 state
  child: null,         // 第一个子 Fiber
  sibling: null,       // 下一个兄弟 Fiber
  return: null,        // 父 Fiber
  alternate: null,     // 指向旧的 Fiber（用于比较差异）
  effectTag: 'UPDATE', // 标记需要执行的副作用
};

(2) 双缓存 Fiber 树

React 维护两棵 Fiber 树：

• current 树：当前渲染到屏幕上的树。
• workInProgress 树：正在构建的新树，完成后替换 current 树。

// 双缓存机制简化示例
function commitRoot() {
  // 将 workInProgress 树替换为 current 树
  currentRoot = workInProgressRoot;
  // 将新的 DOM 提交到屏幕
  commitAllEffects();
}

(3) 渲染阶段（Render Phase）

Fiber 架构将渲染过程分为两个阶段：

1. 协调阶段（Reconciliation）：

   • 可中断、可异步执行。
   • 执行 Diff 算法，计算需要更新的内容。
   • 对应生命周期：render、useEffect 的依赖收集。

2. 提交阶段（Commit）：

   • 不可中断、同步执行。
   • 将变更应用到真实 DOM。
   • 对应生命周期：componentDidMount、useEffect 的回调执行。

3. 工作循环（Work Loop）

Fiber 架构实现了增量渲染的工作循环，利用浏览器的空闲时间执行任务：

// 简化的工作循环实现
function workLoop(deadline) {
  let shouldYield = false;
  
  // 处理当前任务单元
  while (nextUnitOfWork && !shouldYield) {
    nextUnitOfWork = performUnitOfWork(nextUnitOfWork);
    shouldYield = deadline.timeRemaining() < 1; // 剩余时间不足时暂停
  }
  
  // 如果还有任务，请求下一帧继续
  if (nextUnitOfWork || !workInProgressRoot) {
    requestIdleCallback(workLoop);
  } else {
    // 所有任务完成，提交到 DOM
    commitRoot();
  }
}

// 注册工作循环
requestIdleCallback(workLoop);

4. 优先级调度

Fiber 架构引入了优先级机制，不同类型的更新具有不同优先级：

// React 内部的优先级常量（简化）
const SyncPriority = 1;          // 同步优先级（最高）
const UserBlockingPriority = 2;  // 用户交互优先级
const NormalPriority = 3;        // 普通优先级
const LowPriority = 4;           // 低优先级
const IdlePriority = 5;          // 空闲优先级（最低）

示例：高优先级任务中断低优先级任务

// 用户点击（高优先级）中断数据加载（低优先级）
function App() {
  const [data, setData] = useState(null);
  
  // 低优先级：数据加载
  useEffect(() => {
    // 使用 startTransition 标记为可中断的低优先级更新
    startTransition(() => {
      fetchData().then(result => setData(result));
    });
  }, []);
  
  // 高优先级：用户交互
  const handleClick = () => {
    // 立即执行，无需等待数据加载完成
    setCount(c => c + 1);
  };
  
  return (
    <div>
      <button onClick={handleClick}>Click</button>
      {data ? <DataDisplay data={data} /> : <Loading />}
    </div>
  );
}

5. 生命周期函数的变化

Fiber 架构对生命周期函数进行了调整，主要变化：

• 被标记为不安全的生命周期：

  • componentWillMount → UNSAFE_componentWillMount
  • componentWillReceiveProps → UNSAFE_componentWillReceiveProps
  • componentWillUpdate → UNSAFE_componentWillUpdate

• 新增生命周期：

  • getDerivedStateFromProps：静态方法，用于根据 props 更新 state。
  • getSnapshotBeforeUpdate：在 DOM 更新前获取状态（如滚动位置）。

6. 应用场景

(1) 大型复杂应用

Fiber 架构通过增量渲染和优先级调度，显著提升大型组件树的渲染性能。

(2) 交互密集型应用

对于需要频繁响应用户操作（如拖拽、滚动）的应用，Fiber 可以优先处理交互事件，避免卡顿。

(3) 异步渲染场景

配合 Suspense 和 startTransition，Fiber 架构支持异步加载组件和数据，提升用户体验。

// 使用 Suspense 处理异步组件加载
<Suspense fallback={<Spinner />}>
  <AsyncComponent />
</Suspense>

7. 开发者如何利用 Fiber 架构？

(1) 使用并发特性（React 18+）

import { startTransition } from 'react';

// 将低优先级更新标记为可中断
const handleSearch = (query) => {
  // 立即更新输入框（高优先级）
  setInputValue(query);
  
  // 延迟更新搜索结果（低优先级）
  startTransition(() => {
    setSearchQuery(query);
  });
};

(2) 避免阻塞渲染

• 避免在渲染过程中执行大量计算。
• 使用 useMemo 和 React.memo 缓存计算结果和组件。

(3) 合理使用生命周期函数

避免使用被标记为 UNSAFE_ 的生命周期函数，改用推荐的替代方案。

总结

Fiber 架构是 React 渲染引擎的重大升级，它通过以下方式提升性能和用户体验：

1. 增量渲染：将大型渲染任务拆分为小单元，分布在多个帧中执行。
2. 可中断/恢复：在浏览器空闲时间执行渲染，高优先级任务可中断低优先级任务。
3. 优先级调度：为不同类型的更新分配不同优先级，确保关键任务优先处理。