用动画和实战打开 React Hooks（一）：useState 和 useEffect

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自从 React 16.8 发布之后，它带来的 React Hooks 在前端圈引起了一场无法逆转的风暴。React Hooks 为函数式组件提供了无限的功能，解决了类组件很多的固有缺陷。这篇教程将带你快速熟悉并掌握最常用的两个 Hook：useState 和 useEffect。在了解如何使用的同时，还能管窥背后的原理，顺便实现一个 COVID-19（新冠肺炎）可视化应用。

欢迎访问本项目的 GitHub 仓库和 Gitee 仓库。

起步

前提条件

在阅读这篇教程之前，希望你已经做了如下准备：

• 掌握了 React 基础知识，例如组件、JSX、状态等等，如果你不了解的话，请先学习《一杯茶的时间，上手 React 框架》
• 配置好 Node 环境，可参考《一杯茶的时间，上手 Node.js》

为什么会有 Hooks？

在 Hooks 出现之前，类组件和函数组件的分工一般是这样的：

• 类组件提供了完整的状态管理和生命周期控制，通常用来承接复杂的业务逻辑，被称为“聪明组件”
• 函数组件则是纯粹的从数据到视图的映射，对状态毫无感知，因此通常被称为“傻瓜组件”

有些团队还制定了这样的 React 组件开发约定：

有状态的组件没有渲染，有渲染的组件没有状态。

那么 Hooks 的出现又是为了解决什么问题呢？我们可以试图总结一下类组件颇具代表性的痛点：

1. 令人头疼的 this 管理，容易引入难以追踪的 Bug
2. 生命周期的划分并不符合“内聚性”原则，例如 setInterval 和 clearInterval 这种具有强关联的逻辑被拆分在不同的生命周期方法中
3. 组件复用（数据共享或功能复用）的困局，从早期的 Mixin，到高阶组件（HOC），再到 Render Props，始终没有一个清晰直观又便于维护的组件复用方案

没错，随着 Hooks 的推出，这些痛点都成为了历史！

为什么要写这一系列 Hooks 教程？

如何快速学习并掌握 React Hooks 一直是困扰很多新手或者老玩家的一个问题，而笔者在日常的学习和开发中也发现了以下头疼之处：

• React 官方文档对 Hooks 的讲解偏应用，对原理的阐述一笔带过
• 讲 React Hooks 的优秀文章很多，但大多专注于讲解一两个 Hook，要想一网打尽有难度
• 看了很多使用方法甚至源码分析，但是没法和具体的使用场景对应起来，不了解怎么在实际开发中灵活运用

如果你也有同样的困惑，希望这一系列文章能帮助你拨开云雾，让 Hooks 成为你的称手兵器。我们将通过一个完整的 COVID-19 数据可视化项目，结合 Hooks 的动画原理讲解，让你真正地精通 React Hooks！

说实话，Hooks 的知识点相当分散，就像游乐园的游玩项目一样，选择一条完美的路线很难。但是不管怎么样，希望在接下来的旅程中，你能玩得开心😊！

初始化项目

首先，通过 Create React App（以下简称 CRA） 初始化项目：

npx create-react-app covid-19-with-hooks

在少许等待之后，进入项目。

提示

我们所有的数据源自 NovelCOVID 19 API，可以点击访问其全部的 API 文档。

一切就绪，让我们出发吧！

useState + useEffect：初来乍到

首先，让我们从最最最常用的两个 Hooks 说起：useState 和 useEffect 。很有可能，你在平时的学习和开发中已经接触并使用过了（当然如果你刚开始学也没关系啦）。不过在此之前，我们先熟悉一下 React 函数式组件的运行过程。

理解函数式组件的运行过程

我们知道，Hooks 只能用于 React 函数式组件。因此理解函数式组件的运行过程对掌握 Hooks 中许多重要的特性很关键，请看下图：

可以看到，函数式组件严格遵循 UI = render(data) 的模式。当我们第一次调用组件函数时，触发初次渲染；然后随着 props 的改变，便会重新调用该组件函数，触发重渲染。

你也许会纳闷，动画里面为啥要并排画三个一样的组件呢？因为我想通过这种方式直观地阐述函数式组件的一个重要思想：

每一次渲染都是完全独立的。

后面我们将沿用这样的风格，并一步步地介绍 Hook 在函数式组件中扮演怎样的角色。

useState 使用浅析

首先我们来简单地了解一下 useState 钩子的使用，官方文档介绍的使用方法如下：

const [state, setState] = useState(initialValue);

其中 state 就是一个状态变量，setState 是一个用于修改状态的 Setter 函数，而 initialValue 则是状态的初始值。

光看代码可能有点抽象，请看下面的动画：

与之前的纯函数式组件相比，我们引入了 useState 这个钩子，瞬间就打破了之前 UI = render(data) 的安静画面——函数组件居然可以从组件之外把状态和修改状态的函数“钩”过来！并且仔细看上面的动画，通过调用 Setter 函数，居然还可以直接触发组件的重渲染！

提示

你也许注意到了所有的“钩子”都指向了一个绿色的问号，我们会在下面详细地分析那是什么，现在就暂时把它看作是组件之外可以访问的一个“神秘领域”。

结合上面的动画，我们可以得出一个重要的推论：每次渲染具有独立的状态值（毕竟每次渲染都是完全独立的嘛）。也就是说，每个函数中的 state 变量只是一个简单的常量，每次渲染时从钩子中获取到的常量，并没有附着数据绑定之类的神奇魔法。

这也就是老生常谈的 Capture Value 特性。可以看下面这段经典的计数器代码（来自 Dan 的这篇精彩的文章）：

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

  function handleAlertClick() {
    setTimeout(() => {
      alert('You clicked on: ' + count);
    }, 3000);
  }

  return (
    <div>
      <p>You clicked {count} times</p>
      <button onClick={() => setCount(count + 1)}>
        Click me
      </button>
      <button onClick={handleAlertClick}>
        Show alert
      </button>
    </div>
  );
}

实现了上面这个计数器后（也可以直接通过这个 Sandbox 进行体验），按如下步骤操作：1）点击 Click me 按钮，把数字增加到 3；2）点击 Show alert 按钮；3）在 setTimeout 触发之前点击 Click me，把数字增加到 5。

结果是 Alert 显示 3！

如果你觉得这个结果很正常，恭喜你已经理解了 Capture Value 的思想！如果你觉得匪夷所思嘛……来简单解释一下：

• 每次渲染相互独立，因此每次渲染时组件中的状态、事件处理函数等等都是独立的，或者说只属于所在的那一次渲染
• 我们在 count 为 3 的时候触发了 handleAlertClick 函数，这个函数所记住的 count 也为 3
• 三秒种后，刚才函数的 setTimeout 结束，输出当时记住的结果：3

这道理就像，你翻开十年前的日记本，虽然是现在翻开的，但记录的仍然是十年前的时光。或者说，日记本 Capture 了那一段美好的回忆。

useEffect 使用浅析

你可能已经听说 useEffect 类似类组件中的生命周期方法。但是在开始学习 useEffect 之前，建议你暂时忘记生命周期模型，毕竟函数组件和类组件是不同的世界。官方文档介绍 useEffect 的使用方法如下：

useEffect(effectFn, deps)

effectFn 是一个执行某些可能具有副作用的 Effect 函数（例如数据获取、设置/销毁定时器等），它可以返回一个清理函数（Cleanup），例如大家所熟悉的 setInterval 和 clearInterval ：

useEffect(() => {
  const intervalId = setInterval(doSomething(), 1000);
  return () => clearInterval(intervalId);
});

可以看到，我们在 Effect 函数体内通过 setInterval 启动了一个定时器，随后又返回了一个 Cleanup 函数，用于销毁刚刚创建的定时器。

OK，听上去还是很抽象，再来看看下面的动画吧：

动画中有以下需要注意的点：

• 每个 Effect 必然在渲染之后执行，因此不会阻塞渲染，提高了性能
• 在运行每个 Effect 之前，运行前一次渲染的 Effect Cleanup 函数（如果有的话）
• 当组件销毁时，运行最后一次 Effect 的 Cleanup 函数

提示

将 Effect 推迟到渲染完成之后执行是出于性能的考虑，如果你想在渲染之前执行某些逻辑（不惜牺牲渲染性能），那么可使用 useLayoutEffect 钩子，使用方法与 useEffect 完全一致，只是执行的时机不同。

再来看看 useEffect 的第二个参数：deps （依赖数组）。从上面的演示动画中可以看出，React 会在每次渲染后都运行 Effect。而依赖数组就是用来控制是否应该触发 Effect，从而能够减少不必要的计算，从而优化了性能。具体而言，只要依赖数组中的每一项与上一次渲染相比都没有改变，那么就跳过本次 Effect 的执行。

仔细一想，我们发现 useEffect 钩子与之前类组件的生命周期相比，有两个显著的特点：

• 将初次渲染（componentDidMount）、重渲染（componentDidUpdate）和销毁（componentDidUnmount）三个阶段的逻辑用一个统一的 API 去解决
• 把相关的逻辑都放到一个 Effect 里面（例如 setInterval 和 clearInterval），更突出逻辑的内聚性

在最极端的情况下，我们可以指定 deps 为空数组 [] ，这样可以确保 Effect 只会在组件初次渲染后执行。实际效果动画如下：

可以看到，后面的所有重渲染都不会触发 Effect 的执行；在组件销毁时，运行 Effect Cleanup 函数。

注意

如果你熟悉 React 的重渲染机制，那么应该可以猜到 deps 数组在判断元素是否发生改变时同样也使用了 Object.is 进行比较。因此一个隐患便是，当 deps 中某一元素为非原始类型时（例如函数、对象等），每次渲染都会发生改变，从而失去了 deps 本身的意义（条件式地触发 Effect）。我们会在接下来讲解如何规避这个困境。

实战环节

OK，到了实战环节，我们先实现获取全球数据概况（每 5 秒重新获取一次）。创建 src/components/GlobalStats.js 组件，用于展示全球数据概况，代码如下：

import React from "react";

function Stat({ number, color }) {
  return <span style={{ color: color, fontWeight: "bold" }}>{number}</span>;
}

function GlobalStats({ stats }) {
  const { cases, deaths, recovered, active, updated } = stats;

  return (
    <div className='global-stats'>
      <small>Updated on {new Date(updated).toLocaleString()}</small>
      <table>
        <tr>
          <td>
            Cases: <Stat number={cases} color='red' />
          </td>
          <td>
            Deaths: <Stat number={deaths} color='gray' />
          </td>
          <td>
            Recovered: <Stat number={recovered} color='green' />
          </td>
          <td>
            Active: <Stat number={active} color='orange' />
          </td>
        </tr>
      </table>
    </div>
  );
}

export default GlobalStats;

可以看到，GlobalStats 就是一个简单的函数式组件，没有任何钩子。

然后修改 src/App.js ，引入刚刚创建的 GlobalStats 组件，代码如下：

import React, { useState, useEffect } from "react";

import "./App.css";
import GlobalStats from "./components/GlobalStats";

const BASE_URL = "https://corona.lmao.ninja/v2";

function App() {
  const [globalStats, setGlobalStats] = useState({});

  useEffect(() => {
    const fetchGlobalStats = async () => {
      const response = await fetch(`${BASE_URL}/all`);
      const data = await response.json();
      setGlobalStats(data);
    };

    fetchGlobalStats();
    const intervalId = setInterval(fetchGlobalStats, 5000);

    return () => clearInterval(intervalId);
  }, []);

  return (
    <div className='App'>
      <h1>COVID-19</h1>
      <GlobalStats stats={globalStats} />
    </div>
  );
}

export default App;

可以看到，我们在 App 组件中，首先通过 useState 钩子引入了 globalStats 状态变量，以及修改该状态的函数。然后通过 useEffect 钩子获取 API 数据，其中有以下需要注意的点：

1. 我们通过定义了一个 fetchGlobalStats 异步函数并进行调用从而获取数据，而不是直接把这个 async 函数作为 useEffect 的第一个参数；
2. 创建了一个 Interval，用于每 5 秒钟重新获取一次数据；
3. 返回一个函数，用于销毁之前创建的 Interval。

此外，第二个参数（依赖数组）为空数组，因此整个 Effect 函数只会运行一次。

注意

有时候，你也许会不经意间把 Effect 写成一个 async 函数：

useEffect(async () => {
  const response = await fetch('...');
  // ...
}, []);

这样可以吗？强烈建议你不要这样做。useEffect 约定 Effect 函数要么没有返回值，要么返回一个 Cleanup 函数。而这里 async 函数会隐式地返回一个 Promise，直接违反了这一约定，会造成不可预测的结果。

最后附上应用的全局 CSS 文件，代码如下（直接复制粘贴即可）：

.App {
  width: 1200px;
  margin: auto;
  text-align: center;
}

.history-group {
  display: flex;
  justify-content: center;
  width: 1200px;
  margin: auto;
}

table,
th,
td {
  border: 1px solid #ccc;
  border-collapse: collapse;
}

th,
td {
  padding: 5px;
  text-align: left;
}

.global-stats > table {
  margin: auto;
  margin-top: 0.5rem;
  margin-bottom: 1rem;
}

通过 npm start 开启项目：

此外，你可以检查一下控制台的 Network 选项卡，应该能看到我们的应用每五秒就会发起一次请求查询最新的数据。恭喜你，成功地用 Hooks 进行了一次数据获取！

useState + useEffect：渐入佳境

在上一步骤中，我们在 App 组件中定义了一个 State 和 Effect，但是实际应用不可能这么简单，一般都需要多个 State 和 Effect，这时候又该怎么去理解和使用呢？

深入 useState 的本质

在上一节的动画中，我们看到每一次渲染组件时，我们都能通过一个神奇的钩子把状态”钩“过来，不过这些钩子从何而来我们打了一个问号。现在，是时候解开谜团了。

注意

以下动画演示并不完全对应 React Hooks 的源码实现，但是它能很好地帮助你理解其工作原理。当然，也能帮助你去啃真正的源码。

我们先来看看当组件初次渲染（挂载）时，情况到底是什么样的：

注意以下要点：

1. 在初次渲染时，我们通过 useState 定义了多个状态；
2. 每调用一次 useState ，都会在组件之外生成一条 Hook 记录，同时包括状态值（用 useState 给定的初始值初始化）和修改状态的 Setter 函数；
3. 多次调用 useState 生成的 Hook 记录形成了一条链表；
4. 触发 onClick 回调函数，调用 setS2 函数修改 s2 的状态，不仅修改了 Hook 记录中的状态值，还即将触发重渲染。

OK，重渲染的时候到了，动画如下：

可以看到，在初次渲染结束之后、重渲染之前，Hook 记录链表依然存在。当我们逐个调用 useState 的时候，useState 便返回了 Hook 链表中存储的状态，以及修改状态的 Setter。

提示

当你充分理解上面两个动画之后，其实就能理解为什么这个 Hook 叫 useState 而不是 createState 了——之所以叫 use ，是因为没有的时候才创建（初次渲染的时候），有的时候就直接读取（重渲染的时候）。

通过以上的分析，我们不难发现 useState 在设计方面的精巧（摘自张立理：对 React Hooks 的一些思考）：

• 状态和修改状态的 Setter 函数两两配对，并且后者一定影响前者，前者只被后者影响，作为一个整体它们完全不受外界的影响
• 鼓励细粒度和扁平化的状态定义和控制，对于代码行为的可预测性和可测试性大有帮助
• 除了 useState （和其他钩子），函数组件依然是实现渲染逻辑的“纯”组件，对状态的管理被 Hooks 所封装了起来

深入 useEffect 的本质

在对 useState 进行一波深挖之后，我们再来揭开 useEffect 神秘的面纱。实际上，你可能已经猜到了——同样是通过一个链表记录所有的 Hook，请看下面的演示：

注意其中一些细节：

1. useState 和 useEffect 在每次调用时都被添加到 Hook 链表中；
2. useEffect 还会额外地在一个队列中添加一个等待执行的 Effect 函数；
3. 在渲染完成后，依次调用 Effect 队列中的每一个 Effect 函数。

至此，上一节的动画中那两个“问号”的身世也就揭晓了——只不过是链表罢了！回过头来，我们想起来 React 官方文档 Rules of Hooks 中强调过一点：

Only call hooks at the top level. 只在最顶层使用 Hook。

具体地说，不要在循环、嵌套、条件语句中使用 Hook——因为这些动态的语句很有可能会导致每次执行组件函数时调用 Hook 的顺序不能完全一致，导致 Hook 链表记录的数据失效。具体的场景就不画动画啦，自行脑补吧~

不要撒谎：关于 deps 的那些事

useEffect （包括其他类似的 useCallback 和 useMemo 等）都有个依赖数组（deps）参数，这个参数比较有趣的一点是：指定依赖的决定权完全在你手里。你当然可以选择“撒谎”，不管什么情况都给一个空的 deps 数组，仿佛在说“这个 Effect 函数什么依赖都没有，相信我”。

然而，这种有点偷懒的做法显然会引来各种 Bug。一般来说，所使用到的 prop 或者 state 都应该被添加到 deps 数组里面去。并且，React 官方还推出了一个专门的 ESLint 插件，可以帮你自动修复 deps 数组（说实话，这个插件的自动修复有时候还是挺闹心的……）。

实战环节

从这一步开始，我们将使用 Recharts 作为可视化应用的图表库，它提供了出色的 D3 和 React 的绑定层。通过如下命令添加 recharts 依赖：

npm install recharts

创建 src/components/CountriesChart.js ，用于展示多个国家的相关数据直方图，代码如下：

import React from "react";
import {
  BarChart,
  CartesianGrid,
  XAxis,
  YAxis,
  Tooltip,
  Legend,
  Bar,
} from "recharts";

function CountriesChart({ data, dataKey }) {
  return (
    <BarChart
      width={1200}
      height={250}
      style={{ margin: "auto" }}
      margin={{ top: 30, left: 20, right: 30 }}
      data={data}
    >
      <CartesianGrid strokeDasharray='3 3' />
      <XAxis dataKey='country' />
      <YAxis />
      <Tooltip />
      <Legend />
      <Bar dataKey={dataKey} fill='#8884d8' />
    </BarChart>
  );
}

export default CountriesChart;

创建 src/components/SelectDataKey.js ，用于选择需要展示的关键指标，代码如下：

import React from "react";

function SelectDataKey({ onChange }) {
  return (
    <>
      <label htmlFor='key-select'>Select a key for sorting: </label>
      <select id='key-select' onChange={onChange}>
        <option value='cases'>Cases</option>
        <option value='todayCases'>Today Cases</option>
        <option value='deaths'>Death</option>
        <option value='recovered'>Recovered</option>
        <option value='active'>Active</option>
      </select>
    </>
  );
}

export default SelectDataKey;

SelectDataKey 用于让用户选择以下关键指标：

• cases ：累积确诊病例
• todayCases ：今日确诊病例
• deaths ：累积死亡病例
• recovered ：治愈人数
• active ：现存确诊人数

最后我们在根组件 src/App.js 中引入上面创建的两个组件，代码如下：

// ...
import GlobalStats from "./components/GlobalStats";
import CountriesChart from "./components/CountriesChart";
import SelectDataKey from "./components/SelectDataKey";

const BASE_URL = "https://corona.lmao.ninja/v2";

function App() {
  const [globalStats, setGlobalStats] = useState({});
  const [countries, setCountries] = useState([]);
  const [key, setKey] = useState("cases");

  useEffect(() => {
    // ...
  }, []);

  useEffect(() => {
    const fetchCountries = async () => {
      const response = await fetch(`${BASE_URL}/countries?sort=${key}`);
      const data = await response.json();
      setCountries(data.slice(0, 10));
    };

    fetchCountries();
  }, [key]);

  return (
    <div className='App'>
      <h1>COVID-19</h1>
      <GlobalStats stats={globalStats} />
      <SelectDataKey onChange={(e) => setKey(e.target.value)} />
      <CountriesChart data={countries} dataKey={key} />
    </div>
  );
}

export default App;

可以看到：

1. 我们创建了两个新的状态 countries （所有国家的数据）和 key （数据排序的指标，就是上面的五个）；
2. 我们又通过一个 useEffect 钩子进行数据获取，和之前获取全球数据类似，只不过注意我们这边第二个参数（依赖数组）是 [key] ，也就是只有当 key 状态改变的时候，才会调用 useEffect 里面的函数。
3. 最后使用之前创建的两个子组件，传入相应的数据和回调函数。

把项目跑起来，可以看到直方图显示了前十个国家的数据，并且可以修改排序的指标（比如可以从默认的累积确诊 cases 切换成死亡人数 deaths ）：

看上去挺不错的！

到这里，本系列第一篇也就讲完啦，希望你真正理解了 useState 和 useEffect ——最最最常用的两个 Hook。在下一篇教程中，我们将继续讲解自定义 Hook 和 useCallback。

参考资料

• React 官方文档
• Robin Wieruch：How to fetch data with React Hooks?
• Dan Abramov：A Complete Guide to useEffect
• Dan Abramov：How Are Function Components Different from Classes?
• Rudi Yardley：React hooks: not magic, just arrays
• Eytan Manor：Under the hood of React’s hooks system
• 衍良：React Hooks 完全上手指南
• 张立理：对 React Hooks 的一些思考

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