一文彻底搞懂react hooks的原理和实现

摘要

当使用 Hook 特性编写组件的时候时候，总能感觉到它的简洁和方便。当然，「天下没有免费的午餐」，它存在内存泄漏风险（最后有提到）。但这并不妨碍探索它的魔力。

在正式开始前，希望您读过 Hook 的文档或者在项目使用过它。但如果只对函数编程感兴趣，也可能有所收获。

为了让行文更流畅，我打算先抛出几个问题，这些问题会在源码实现的过程中，逐步解决：

  • 🤔️ useState 的实现原理
  • 🤔️ 为什么不能在循环、判断内部使用 Hook
  • 🤔️ useEffect 的实现原理
  • 🤔️ useEffect 的应用场景
  • 🤔️ Class vs Hooks

⚠️ 代码均由TypeScript来实现，文中全部 demos 均在 gist.github.com/dongyuanxin/

useState 的实现原理

当调用 useState 的时候，会返回形如 (变量, 函数) 的一个元祖。并且 state 的初始值就是外部调用 useState 的时候，传入的参数。

理清楚了传参和返回值，再来看下 useState 还做了些什么。正如下面代码所示，当点击按钮的时候，执行setNum，状态 num 被更新，并且 UI 视图更新。显然，useState 返回的用于更改状态的函数，自动调用了render方法来触发视图更新。

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function App() {
    const [num, setNum] = useState < number >(0);
    return (
        <div>
            <div>num: {num}</div>
            <button onClick={() => setNum(num + 1)}>加 1</button>
        </div>
    );
}

有了上面的探索，借助闭包，封装一个 setState 如下：

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function render() {
    ReactDOM.render(<App />, document.getElementById("root"));
}
let state: any;
function useState<T>(initialState: T): [T, (newState: T) => void] {
    state = state || initialState;
    function setState(newState: T) {
        state = newState;
        render();
    }
    return [state, setState];
}
render(); // 首次渲染

这是一个简易能用的useState雏形了。它也解决了文章开始提到的「🤔️ useState 的实现原理」这个问题。但如果在函数内声明多个 state，在当前代码中，只有第一个 state 是生效的(请看state = state || initialState;))。

为什么不能在循环、判断内部使用 Hook

先不要考虑题目提及的问题。思路还是回到如何让 useState 支持多个 state。《React hooks: not magic, just arrays》中提及，React Hook 看起来非常 Magic 的实现，本质上还是通过 Array 来实现的。

前面 useState 的简单实现里，初始的状态是保存在一个全局变量中的。以此类推，多个状态，应该是保存在一个专门的全局容器中。这个容器，就是一个朴实无华的 Array 对象。具体过程如下：

  • 第一次渲染时候，根据 useState 顺序，逐个声明 state 并且将其放入全局 Array 中。每次声明 state，都要将 cursor 增加 1。
  • 更新 state，触发再次渲染的时候。cursor 被重置为 0。按照 useState 的声明顺序，依次拿出最新的 state 的值，视图更新。

请看下面这张图，每次使用 useState，都会向 STATE

容器中添加新的状态。

006tNbRwly1gax6ahv32oj30hi0k075q.jpg

实现的代码如下：

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import React from "react";
import ReactDOM from "react-dom";
const states: any[] = [];
let cursor: number = 0;
function useState<T>(initialState: T): [T, (newState: T) => void] {
    const currenCursor = cursor;
    states[currenCursor] = states[currenCursor] || initialState; // 检查是否渲染过
    function setState(newState: T) {
        states[currenCursor] = newState;
        render();
    }
    ++cursor; // update: cursor
    return [states[currenCursor], setState];
}
function App() {
    const [num, setNum] = useState < number >(0);
    const [num2, setNum2] = useState < number >(1);
    return (
        <div>
            <div>num: {num}</div>
            <div>
                <button onClick={() => setNum(num + 1)}>加 1</button>
                <button onClick={() => setNum(num - 1)}>减 1</button>
            </div>
            <hr />
            <div>num2: {num2}</div>
            <div>
                <button onClick={() => setNum2(num2 * 2)}>扩大一倍</button>
                <button onClick={() => setNum2(num2 / 2)}>缩小一倍</button>
            </div>
        </div>
    );
}
function render() {
    ReactDOM.render(<App />, document.getElementById("root"));
    cursor = 0; // 重置cursor
}
render(); // 首次渲染

此时，如果想在循环、判断等不在函数组件顶部的地方使用 Hook，如下所示：

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let tag = true;
function App() {
    const [num, setNum] = useState < number >(0);
    // 只有初次渲染，才执行
    if (tag) {
        const [unusedNum] = useState < number >(1);
        tag = false;
    }
    const [num2, setNum2] = useState < number >(2);
    return (
        <div>
            <div>num: {num}</div>
            <div>
                <button onClick={() => setNum(num + 1)}>加 1</button>
                <button onClick={() => setNum(num - 1)}>减 1</button>
            </div>
            <hr />
            <div>num2: {num2}</div>
            <div>
                <button onClick={() => setNum2(num2 * 2)}>扩大一倍</button>
                <button onClick={() => setNum2(num2 / 2)}>缩小一倍</button>
            </div>
        </div>
    );
}

由于在条件判断的逻辑中，重置了tag=false，因此此后的渲染不会再进入条件判断语句。看起来好像没有问题？但是，由于 useState 是基于 Array+Cursor 来实现的，第一次渲染时候，state 和 cursor 的对应关系如下表：

state和cursor对应表

当点击事件触发再次渲染，并不会进入条件判断中的 useState。所以，cursor = 1 时对应的变量是 num2 。

但在上次渲染时，cursor = 1 时对应的变量是 unusedNum。这就会导致setNum2 并没有修改到 num2。

到此，解决了文章开头提出的「🤔️ 为什么不能在循环、判断内部使用 Hook」。在使用 Hook 的时候，请在函数组件顶部使用！

useEffect 的实现原理

在探索 useEffect 原理的时候，一直被一个问题困扰：useEffect 作用和用途是什么？当然，用于函数的副作用这句话谁都会讲。举个例子吧：

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function App() {
    const [num, setNum] = useState(0);
    useEffect(() => {
        // 模拟异步请求后端数据
        setTimeout(() => {
            setNum(num + 1);
        }, 1000);
    }, []);
    return <div>{!num ? "请求后端数据..." : `后端数据是 ${num}`}</div>;
}

这段代码，虽然这样组织可读性更高，毕竟可以将这个请求理解为函数的副作用。但这并不是必要的。完全可以不使用useEffect，直接使用setTimeout，并且它的回调函数中更新函数组件的 state。

在阅读A Complete Guide to useEffect和构建你自己的 Hooks之后，我才理解 useEffect 的存在的必要性和意义。

在 useEffect 的第二个参数中，我们可以指定一个数组，如果下次渲染时，数组中的元素没变，那么就不会触发这个副作用（可以类比 Class 类的关于 nextprops 和 prevProps 的生命周期）。好处显然易见，相比于直接裸写在函数组件顶层，useEffect 能根据需要，避免多余的 render。

下面是一个不包括销毁副作用功能的 useEffect 的 TypeScript 实现：

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// 还是利用 Array + Cursor的思路
const allDeps: any[][] = [];
let effectCursor: number = 0;
function useEffect(callback: () => void, deps: any[]) {
    if (!allDeps[effectCursor]) {
        // 初次渲染：赋值 + 调用回调函数
        allDeps[effectCursor] = deps;
        ++effectCursor;
        callback();
        return;
    }
    const currenEffectCursor = effectCursor;
    const rawDeps = allDeps[currenEffectCursor];
    // 检测依赖项是否发生变化，发生变化需要重新render
    const isChanged = rawDeps.some(
        (dep: any, index: number) => dep !== deps[index]
    );
    if (isChanged) {
        callback();
        allDeps[effectCursor] = deps; // 感谢 juejin@carlzzz 的指正
    }
    ++effectCursor;
}
function render() {
    ReactDOM.render(<App />, document.getElementById("root"));
    effectCursor = 0; // 注意将 effectCursor 重置为0
}

对于 useEffect 的实现，配合下面案例的使用会更容易理解。当然，你也可以在这个 useEffect 中发起异步请求，并在接受数据后，调用 state 的更新函数，不会发生爆栈的情况。

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function App() {
    const [num, setNum] = useState < number >(0);
    const [num2] = useState < number >(1);
    // 多次触发
    // 每次点击按钮，都会触发 setNum 函数
    // 副作用检测到 num 变化，会自动调用回调函数
    useEffect(() => {
        console.log("num update: ", num);
    }, [num]);
    // 仅第一次触发
    // 只会在compoentDidMount时，触发一次
    // 副作用函数不会多次执行
    useEffect(() => {
        console.log("num2 update: ", num2);
    }, [num2]);
    return (
        <div>
            <div>num: {num}</div>
            <div>
                <button onClick={() => setNum(num + 1)}>加 1</button>
                <button onClick={() => setNum(num - 1)}>减 1</button>
            </div>
        </div>
    );
}

⚠️ useEffect 第一个回调函数可以返回一个用于销毁副作用的函数，相当于 Class 组件的 unmount 生命周期。这里为了方便说明，没有进行实现。

在这一小节中，尝试解答了 「🤔️ useEffect 的实现原理」和 「🤔️ useEffect 的应用场景」这两个问题。

Class VS Hooks

虽然 Hooks 看起来更酷炫，更简洁。但是在实际开发中我更倾向于使用 Class 来声明组件。Hooks 对代码编写的要求较高，在没有有效机制保证代码可读性、规避风险的情况下，Class 依然是我的首选。

2021更新：拥抱Hook，拥抱社区。

参考链接

文章中多有见解不到当之处，欢迎讨论和指正。