React Hooks 原理

目前，Hooks 应该是 React 中最火的概念了，在阅读这篇文章之前，希望你已经了解了基本的 Hooks 用法。

在使用 Hooks 的时候，我们可能会有很多疑惑

为什么只能在函数最外层调用 Hook，不要在循环、条件判断或者子函数中调用？
为什么 useEffect 第二个参数是空数组，就相当于 ComponentDidMount ，只会执行一次？
自定义的 Hook 是如何影响使用它的函数组件的？
Capture Value 特性是如何产生的？
......

这篇文章我们不会讲解 Hooks 的概念和用法，而是会带你从零实现一个 tiny hooks，知其然知其所以然。

useState

最简单的 useState 用法是这样的： demo1: codesandbox.io/s/v0nqm309q…

function Counter() {
  var [count, setCount] = useState(0);

  return (
    <div>
      <div>{count}</div>
      <Button onClick={() => { setCount(count + 1); }}>
        点击
      </Button>
    </div>
  );
}

基于 useState 的用法，我们尝试着自己实现一个 useState： demo2：codesandbox.io/s/myy5qvoxp…

function useState(initialValue) {
  var state = initialValue;
  function setState(newState) {
    state = newState;
    render();
  }
  return [state, setState];
}

这时我们发现，点击 Button 的时候，count 并不会变化，为什么呢？我们没有存储 state，每次渲染 Counter 组件的时候，state 都是新重置的。

自然我们就能想到，把 state 提取出来，存在 useState 外面。 demo3：codesandbox.io/s/q9wq6w5k3…

var _state; // 把 state 存储在外面

function useState(initialValue) {
  _state = _state | initialValue; // 如果没有 _state，说明是第一次执行，把 initialValue 复制给它
  function setState(newState) {
    _state = newState;
    render();
  }
  return [_state, setState];
}

到目前为止，我们实现了一个可以工作的 useState，至少现在来看没啥问题。接下来，让我们看看 useEffect 是怎么实现的。

useEffect

useEffect 是另外一个基础的 Hook，用来处理副作用，最简单的用法是这样的： demo4：codesandbox.io/s/93jp55qyp…

 useEffect(() => {
    console.log(count);
 }, [count]);

我们知道 useEffect 有几个特点：

有两个参数 callback 和 dependencies 数组
如果 dependencies 不存在，那么 callback 每次 render 都会执行
如果 dependencies 存在，只有当它发生了变化， callback 才会执行

我们来实现一个 useEffect demo5：codesandbox.io/s/3kv3zlvzl…

let _deps; // _deps 记录 useEffect 上一次的 依赖

function useEffect(callback, depArray) {
  const hasNoDeps = !depArray; // 如果 dependencies 不存在
  const hasChangedDeps = _deps
    ? !depArray.every((el, i) => el === _deps[i]) // 两次的 dependencies 是否完全相等
    : true;
  /* 如果 dependencies 不存在，或者 dependencies 有变化*/
  if (hasNoDeps || hasChangedDeps) {
    callback();
    _deps = depArray;
  }
}

到这里，我们又实现了一个可以工作的 useEffect，似乎没有那么难。此时我们应该可以解答一个问题：

Q：为什么第二个参数是空数组，相当于 componentDidMount ？

A：因为依赖一直不变化，callback 不会二次执行。

Not Magic, just Arrays

到现在为止，我们已经实现了可以工作的 useState 和 useEffect。但是有一个很大的问题：它俩都只能使用一次，因为只有一个 _state 和一个 _deps。比如

const [count, setCount] = useState(0);
const [username, setUsername] = useState('fan');

count 和 username 永远是相等的，因为他们共用了一个 _state，并没有地方能分别存储两个值。我们需要可以存储多个 _state 和 _deps。

如《React hooks: not magic, just arrays》所写，我们可以使用数组，来解决 Hooks 的复用问题。 demo6：codesandbox.io/s/50ww35vkz…

代码关键在于：

初次渲染的时候，按照 useState，useEffect 的顺序，把 state，deps 等按顺序塞到 memoizedState 数组中。
更新的时候，按照顺序，从 memoizedState 中把上次记录的值拿出来。
如果还是不清楚，可以看下面的图。

let memoizedState = []; // hooks 存放在这个数组
let cursor = 0; // 当前 memoizedState 下标

function useState(initialValue) {
  memoizedState[cursor] = memoizedState[cursor] || initialValue;
  const currentCursor = cursor;
  function setState(newState) {
    memoizedState[currentCursor] = newState;
    render();
  }
  return [memoizedState[cursor++], setState]; // 返回当前 state，并把 cursor 加 1
}

function useEffect(callback, depArray) {
  const hasNoDeps = !depArray;
  const deps = memoizedState[cursor];
  const hasChangedDeps = deps
    ? !depArray.every((el, i) => el === deps[i])
    : true;
  if (hasNoDeps || hasChangedDeps) {
    callback();
    memoizedState[cursor] = depArray;
  }
  cursor++;
}

我们用图来描述 memoizedState 及 cursor 变化的过程。

1. 初始化

2. 初次渲染

3. 事件触发

4. Re Render

到这里，我们实现了一个可以任意复用的 useState 和 useEffect。

同时，也可以解答几个问题：

Q：为什么只能在函数最外层调用 Hook？为什么不要在循环、条件判断或者子函数中调用。

A：memoizedState 数组是按 hook定义的顺序来放置数据的，如果 hook 顺序变化，memoizedState 并不会感知到。

Q：自定义的 Hook 是如何影响使用它的函数组件的？

A：共享同一个 memoizedState，共享同一个顺序。

Q：“Capture Value” 特性是如何产生的？

A：每一次 ReRender 的时候，都是重新去执行函数组件了，对于之前已经执行过的函数组件，并不会做任何操作。

真正的 React 实现

虽然我们用数组基本实现了一个可用的 Hooks，了解了 Hooks 的原理，但在 React 中，实现方式却有一些差异的。

React 中是通过类似单链表的形式来代替数组的。通过 next 按顺序串联所有的 hook。

type Hooks = {
	memoizedState: any, // 指向当前渲染节点 Fiber
  baseState: any, // 初始化 initialState， 已经每次 dispatch 之后 newState
  baseUpdate: Update<any> | null,// 当前需要更新的 Update ，每次更新完之后，会赋值上一个 update，方便 react 在渲染错误的边缘，数据回溯
  queue: UpdateQueue<any> | null,// UpdateQueue 通过
  next: Hook | null, // link 到下一个 hooks，通过 next 串联每一 hooks
}

type Effect = {
  tag: HookEffectTag, // effectTag 标记当前 hook 作用在 life-cycles 的哪一个阶段
  create: () => mixed, // 初始化 callback
  destroy: (() => mixed) | null, // 卸载 callback
  deps: Array<mixed> | null,
  next: Effect, // 同上 
};

memoizedState，cursor 是存在哪里的？如何和每个函数组件一一对应的？

我们知道，react 会生成一棵组件树（或Fiber 单链表），树中每个节点对应了一个组件，hooks 的数据就作为组件的一个信息，存储在这些节点上，伴随组件一起出生，一起死亡。

更对阅读：深入 React Hook 系统的原理