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渲染、提交和挂载

注意

本文档指的是正在积极推广的新架构。

React Native 渲染器经历一系列工作，将 React 逻辑渲染到宿主平台。这一系列工作称为渲染管道，发生在初始渲染和 UI 状态更新时。本文档将介绍渲染管道以及这些场景中的差异。

渲染管道可以分为三个主要阶段

  1. 渲染： React 执行产品逻辑，在 JavaScript 中创建 React 元素树。渲染器从这棵树创建 C++ 中的 React 影子树。
  2. 提交：在完全创建 React 影子树后，渲染器触发提交。这将提升 React 元素树和新创建的 React 影子树，使其成为要挂载的“下一棵树”。 这也会安排计算其布局信息。
  3. 挂载： React 影子树现在具有布局计算结果，被转换为 宿主视图树。

渲染管道的各个阶段可能发生在不同的线程上。有关更多详细信息，请参阅线程模型文档。

React Native renderer Data flow

初始渲染​

假设您要渲染以下内容

jsx
function MyComponent() {
  return (
    <View>
      <Text>Hello, World</Text>
    </View>
  );
}

// <MyComponent />

在上面的示例中，<MyComponent /> 是一个 React 元素。React 递归地将这个React 元素 简化为终端 React 宿主组件，方法是调用它（或者如果使用 JavaScript 类实现，则调用其 render 方法），直到每个 React 元素 都无法进一步简化为止。现在，您有了一个 React 宿主组件的React 元素树。

阶段 1. 渲染​

Phase one: render

在元素简化的过程中，当每个React 元素被调用时，渲染器也会同步创建一个 React 影子节点。这仅发生在React 宿主组件上，而不是 React 复合组件上。在上面的示例中，<View> 导致创建 ViewShadowNode 对象，<Text> 导致创建 TextShadowNode 对象。值得注意的是，永远不会有直接表示 <MyComponent> 的React 影子节点。

每当 React 在两个React 元素节点之间创建父子关系时，渲染器也会在相应的React 影子节点之间创建相同的关系。这就是 React 影子树 的组装方式。

更多细节

  • 操作（创建React 影子节点，在两个React 影子节点之间创建父子关系）是同步且线程安全的操作，从 React (JavaScript) 到渲染器 (C++) 执行，通常在 JavaScript 线程上。
  • React 元素树（及其组成的React 元素节点）不会无限期存在。它是 React 中“fiber”物化的临时表示。每个代表宿主组件的“fiber”都存储一个指向 React 影子节点 的 C++ 指针，这由 JSI 实现。在此文档中了解有关“fiber”的更多信息。
  • React 影子树 是不可变的。为了更新任何 React 影子节点，渲染器会创建一个新的 React 影子树。但是，渲染器提供克隆操作以使状态更新更高效（有关更多详细信息，请参阅React 状态更新）。

在上面的示例中，渲染阶段的结果如下所示

Step one

在 React 影子树 完成后，渲染器会触发 React 元素树 的提交。

阶段 2. 提交​

Phase two: commit

提交阶段包括两个操作：布局计算 和 树提升。

  • 布局计算： 此操作计算每个 React 影子节点 的位置和大小。在 React Native 中，这涉及调用 Yoga 来计算每个 React 影子节点 的布局。实际计算需要每个 React 影子节点 的样式，这些样式源自 JavaScript 中的 React 元素。它还需要 React 影子树 根的布局约束，这决定了结果节点可以占用的可用空间量。

Step two

  • 树提升（新树 → 下一棵树）： 此操作将新的 React 影子树 提升为要挂载的“下一棵树”。 此提升表明新的 React 影子树 具有要挂载的所有信息，并代表 React 元素树 的最新状态。“下一棵树”在 UI 线程的下一个“tick”上挂载。

更多细节

  • 这些操作在后台线程上异步执行。
  • 大多数布局计算完全在 C++ 中执行。但是，某些组件的布局计算依赖于宿主平台（例如 Text、TextInput 等）。文本的大小和位置特定于每个宿主平台，需要在宿主平台层上计算。为此，Yoga 调用在宿主平台中定义的函数来计算组件的布局。

阶段 3. 挂载​

Phase three: mount

挂载阶段将 React 影子树（现在包含来自布局计算的数据）转换为 宿主 视图树，并在屏幕上渲染像素。提醒一下，React 元素树 如下所示

jsx
<View>
  <Text>Hello, World</Text>
</View>

在较高层面上，React Native 渲染器为每个 React 影子节点 创建一个相应的 宿主视图，并将其挂载到屏幕上。在上面的示例中，渲染器为 <View> 创建 android.view.ViewGroup 的实例，为 <Text> 创建 android.widget.TextView 的实例，并用“Hello World”填充它。类似地，对于 iOS，创建一个 UIView，并通过调用 NSLayoutManager 填充文本。然后配置每个宿主视图以使用其 React 影子节点的 props，并使用计算出的布局信息配置其大小和位置。

Step two

更详细地说，挂载阶段包括以下三个步骤

  • 树差异比较： 此步骤完全在 C++ 中计算“先前渲染的树”和“下一棵树”之间的差异。结果是要在宿主视图上执行的原子突变操作列表（例如 createView、updateView、removeView、deleteView 等）。此步骤也是扁平化 React 影子树以避免创建不必要的宿主视图的地方。有关此算法的详细信息，请参阅视图扁平化。
  • 树提升（下一棵树 → 渲染的树）：此步骤原子地将“下一棵树”提升为“先前渲染的树”，以便下一个挂载阶段计算与正确树的差异。
  • 视图挂载：此步骤将原子突变操作应用于相应的宿主视图。此步骤在宿主平台的 UI 线程上执行。

更多细节

  • 这些操作在 UI 线程上同步执行。如果提交阶段在后台线程上执行，则挂载阶段将安排在 UI 线程的下一个“tick”执行。另一方面，如果提交阶段在 UI 线程上执行，则挂载阶段在同一线程上同步执行。
  • 挂载阶段的调度、实现和执行在很大程度上取决于宿主平台。例如，Android 和 iOS 之间挂载层的渲染器架构目前有所不同。
  • 在初始渲染期间，“先前渲染的树”为空。因此，树差异比较步骤将生成仅包含创建视图、设置 props 和将视图相互添加的突变操作列表。当处理 React 状态更新 时，树差异比较对于性能变得更加重要。
  • 在当前的生产测试中，React 影子树 通常由大约 600-1000 个 React 影子节点 组成（在视图扁平化之前），视图扁平化后树会减少到约 200 个节点。在 iPad 或桌面应用程序上，此数量可能会增加 10 倍。

React 状态更新​

让我们探讨一下当 React 元素树 的状态更新时，渲染管道的每个阶段。假设您在初始渲染中渲染了以下组件

jsx
function MyComponent() {
  return (
    <View>
      <View
        style={{backgroundColor: 'red', height: 20, width: 20}}
      />
      <View
        style={{backgroundColor: 'blue', height: 20, width: 20}}
      />
    </View>
  );
}

应用 初始渲染 部分中描述的内容，您会期望创建以下树

Render pipeline 4

请注意，节点 3 映射到具有红色背景的宿主视图，而节点 4 映射到具有蓝色背景的宿主视图。假设由于 JavaScript 产品逻辑中的状态更新，第一个嵌套 <View> 的背景从 'red' 变为 'yellow'。这是新的 React 元素树 可能的样子

jsx
<View>
  <View
    style={{backgroundColor: 'yellow', height: 20, width: 20}}
  />
  <View
    style={{backgroundColor: 'blue', height: 20, width: 20}}
  />
</View>

React Native 如何处理此更新？

当发生状态更新时，渲染器需要概念性地更新 React 元素树，以便更新已挂载的宿主视图。但是为了保持线程安全，React 元素树 和 React 影子树 都必须是不可变的。这意味着 React 必须创建每个树的新副本，而不是改变当前的 React 元素树 和 React 影子树，其中包含新的 props、样式和子项。

让我们探讨一下状态更新期间渲染管道的每个阶段。

阶段 1. 渲染​

Phase one: render

当 React 创建包含新状态的新 React 元素树 时，它必须克隆受更改影响的每个 React 元素 和 React 影子节点。克隆后，新的 React 影子树 将被提交。

React Native 渲染器利用结构共享来最大限度地减少不可变性的开销。当克隆 React 元素 以包含新状态时，路径上直到根的每个 React 元素 都会被克隆。如果 React 元素需要更新其 props、样式或子项，React 才会克隆它。 任何未受状态更新影响的 React 元素 都会在新旧树之间共享。

在上面的示例中，React 使用以下操作创建新树

  1. CloneNode(节点 3, {backgroundColor: 'yellow'}) → 节点 3'
  2. CloneNode(节点 2) → 节点 2'
  3. AppendChild(节点 2', 节点 3')
  4. AppendChild(节点 2', 节点 4)
  5. CloneNode(节点 1) → 节点 1'
  6. AppendChild(节点 1', 节点 2')

在这些操作之后，节点 1' 代表新 React 元素树 的根。让我们将 T 分配给“先前渲染的树”，将 T' 分配给“新树”

Render pipeline 5

请注意 T 和 T' 如何都共享 节点 4。结构共享提高了性能并减少了内存使用。

阶段 2. 提交​

Phase two: commit

在 React 创建新的 React 元素树 和 React 影子树 后，它必须提交它们。

  • 布局计算： 类似于初始渲染期间的布局计算。一个重要的区别是，布局计算可能会导致共享的 React 影子节点 被克隆。发生这种情况的原因是，如果共享的 React 影子节点 的父级发生布局更改，则共享的 React 影子节点 的布局也可能更改。
  • 树提升（新树 → 下一棵树）： 类似于初始渲染期间的树提升。

阶段 3. 挂载​

Phase three: mount

  • 树提升（下一棵树 → 渲染的树）：此步骤原子地将“下一棵树”提升为“先前渲染的树”，以便下一个挂载阶段计算与正确树的差异。
  • 树差异比较： 此步骤计算“先前渲染的树”（T）和“下一棵树”（T'）之间的差异。结果是要在宿主视图上执行的原子突变操作列表。
    • 在上面的示例中，操作包括：UpdateView(**节点 3**, {backgroundColor: 'yellow'})
    • 可以为任何当前挂载的树和任何新树计算差异。渲染器可以跳过树的一些中间版本。
  • 视图挂载：此步骤将原子突变操作应用于相应的宿主视图。在上面的示例中，只会更新 View 3 的 backgroundColor（为黄色）。

Render pipeline 6

React Native 渲染器状态更新​

对于 影子树 中的大多数信息，React 是唯一的拥有者和唯一的真理来源。所有数据都源自 React，并且存在单向数据流。

但是，有一个例外和重要的机制：C++ 中的组件可以包含未直接暴露给 JavaScript 的状态，并且 JavaScript 不是真理来源。C++ 和宿主平台控制此 C++ 状态。通常，这仅在您开发需要 C++ 状态 的复杂宿主组件时才相关。绝大多数宿主组件不需要此功能。

例如，ScrollView 使用此机制让渲染器知道当前偏移量是多少。更新是从宿主平台触发的，特别是从代表 ScrollView 组件的宿主视图触发的。有关偏移量的信息用于诸如 measure 之类的 API 中。由于此更新源自宿主平台，并且不影响 React 元素树，因此此状态数据由 C++ 状态 保存。

从概念上讲，C++ 状态 更新类似于上面描述的 React 状态更新。但有两个重要的区别

  1. 它们跳过“渲染阶段”，因为 React 没有参与。
  2. 更新可以源自任何线程并在任何线程上发生，包括主线程。

阶段 2. 提交​

Phase two: commit

当执行 C++ 状态 更新时，一段代码请求更新 ShadowNode (N) 以将 C++ 状态 设置为值 S。React Native 渲染器将反复尝试获取 N 的最新提交版本，使用新状态 S 克隆它，并将 N’ 提交到树。如果 React 或另一个 C++ 状态 更新在此期间执行了另一次提交，则 C++ 状态 提交将失败，并且渲染器将多次重试 C++ 状态 更新，直到提交成功。这可以防止真理来源冲突和竞争。

阶段 3. 挂载​

Phase three: mount

挂载阶段 实际上与 React 状态更新的挂载阶段 相同。渲染器仍然需要重新计算布局、执行树差异比较等。有关详细信息，请参阅上面的部分。