React基础与原理实现
一、前言
React是用于构建用户界面的 JavaScript 库。其有着许多优秀的特性，使其受到大众的欢迎。
① 声明式渲染:
所谓声明式，就是关注结果，而不是关注过程。比如我们常用的html标记语言就是一种声明式的，我们只需要在.html文件上，写上声明式的标记如<h1>这是一个标题</h1>，浏览器就能自动帮我们渲染出一个标题元素。同样react中也支持jsx的语法，可以在js中直接写html，由于其对DOM操作进行了封装，react会自动帮我们渲染出对应的结果。
② 组件化:
组件是react的核心，一个完整的react应用是由若干个组件搭建起来的，每个组件有自己的数据和方法，组件具体如何划分，需要根据不同的项目来确定，而组件的特征是可复用，可维护性高。
③ 单向数据流:
子组件对于父组件传递过来的数据是只读的。子组件不可直接修改父组件中的数据，只能通过调用父组件传递过来的方法，来间接修改父组件的数据，形成了单向清晰的数据流。防止了当一个父组件的变量被传递到多个子组件中时，一旦该变量被修改，所有传递到子组件的变量都会被修改的问题，这样出现bug调试会比较困难，因为不清楚到底是哪个子组件改的，把对父组件的bug调试控制在父组件之中。
之后的内容，我们将一步步了解React相关知识，并且简单实现一个react。
二、jsx
刚接触react的时候，首先要了解的就是jsx语法，jsx其实是一种语法糖，是js的一种扩展语法，它可以让你在js中直接书写html代码片段，并且react推荐我们使用jsx来描述我们的界面，例如下面一段代码:
// 直接在js中，将一段html代码赋值给js中的一个变量const element = <h1>Hello, react!</h1\>;
在普通js中，执行这样一段代码，会提示Uncaught SyntaxError: Unexpected token '<'，也就是不符合js的语法规则。那么为什么react能够支持这样的语法呢？
因为react代码在打包编译的过程中，会通过babel进行转化，会对jsx中的html片段进行解析，解析出来标签名、属性集、子元素，并且作为参数传递到React提供的createElement方法中执行。如上面代码的转换结果为:
// babel编译转换结果const element = React.createElement("h1", null, "Hello, react!");
可以看到，babel转换的时候，识别到这是一个h1标签，并且标签上没有任何属性，所以属性集为null，其有一个子元素，纯文本"Hello, react!"，所以经过babel的这么一个骚操作，React就可以支持jsx语法了。因为这个转换过程是由babel完成的，所以我们也可以通过安装babel的jsx转换包，从而让我们自己的项目代码也可以支持jsx语法。
三、让我们的项目支持jsx语法
因为我们要实现一个简单的react，由于我们使用react编程的时候是可以使用jsx语法的，所以我们首先要让我们的项目支持jsx语法。
① 新建一个名为my-react的项目
在项目根目录下新建一个src目录，里面存放一个index.js作为项目的入口文件，以及一个public目录，里面存放一个index.html文件，作为单页面项目的入口html页面，如:
cd /path/to/my-react // 进入到项目根目录下npm init --yes // 自动生成项目的package.json文件
// project_root/src/index.js 内容const element = <h1>hello my-react</h1>;
// project_root/public/index.html 内容<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
<meta charset="UTF-8">
<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
<meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="ie=edge">
<title>my-react</title>
</head>
<body>
<div id="root"></div>
<script></script>
</body>
</html>
② 安装 parcel-bundler 模块
parcel-bundler是一个打包工具，它速度非常快，并且可以零配置，相对webpack而言，不需要进行复杂的配置即可实现web应用的打包，并且可以以任何类型的文件作为打包入口，同时自动启动内置的web服务器方便调试。
// 安装parcel-bundlernpm install parcel-bundler --save-dev
// 修改package.json，执行parcel-bundler命令并传递入口文件路径作为参数
{
"scripts": {
"start": "parcel -p 8080 ./public/index.html"
}
}
// 启动项目
npm run start
parcel启动的时候会在8080端口上启动Web服务器，并且以public目录下的index.html文件作为入口文件进行打包，因为index.html文件中有一行<script></script>，所以index.html依赖src目录下的index.js，所以又会编译src目录下的index.js并打包。
此时执行npm run start会报错，因为此时还不支持jsx语法的编译。
③ 安装@babel/plugin-transform-react-jsx模块
安装好@babel/plugin-transform-react-jsx模块后，还需要新建一个.babelrc文件，配置如下:
// .babelrc{
"plugins": [
["@babel/plugin-transform-react-jsx", {
"pragma": "React.createElement" // default pragma is React.createElement
}]
]
}
其作用就是，遇到jsx语法的时候，将解析后的结果传递给React.createElement()方法，默认是React.createElement，可以自定义。此时编译就可以通过了，可以查看编译后的结果，如下:
var element = React.createElement("h1", null, "hello my-react");四、实现React.createElement
此时项目虽然能编译jsx了，但是执行的时候会报错，因为还没有引入React以及其createElement()方法，React的createElement()方法作用就是创建虚拟DOM，虚拟DOM其实就是一个普通的JavaScript对象，里面包含了tag、attrs、children等属性。
① 在src目录下新建一个react目录
在react目录下新建一个index.js作为模块的默认导出，里面主要就是createElement方法的实现，babel解析jsx后，如果有多个子节点，那么所有的子节点都会以参数的形式传入createElement函数中，所以createElement的第三个参数可以用es6剩余参数语法，以一个数组的方式来接收所有的子节点，如:
// src/react/index.js// 作用就是接收babel解析jsx后的结果作为参数，创建并返回虚拟DOM节点对象
function createElement(tag, attrs, ...children) {
attrs = attrs || {}; // 如果元素的属性为null，即元素上没有任何属性，则设置为一个{}空的对象
const key = attrs.key || null; // 如果元素上有key，则去除key，如果没有则设置为null
if (key) {
delete attrs.key; // 如果传了key，则将key属性从attrs属性对象中移除
}
return { // 创建一个普通JavaScript对象，并将各属性添加上去，作为虚拟DOM进行返回
tag,
key,
attrs,
children
}
}
export default {
createElement // 将createElement函数作为react的方法导出
}
至此，react上已经添加了createElement函数了，然后在src/index.js中引入react模块即可。
// src/index.jsimport React from "./react"; // 引入react模块
const element = <h1>hello my-react</h1>;
console.log(element);
引入react后，由于React上有了createElement方法，所以可以正常执行，并且拿到返回的虚拟DOM节点，如下:
五、实现ReactDOM.render
此时，我们已经能够拿到对应的虚拟DOM节点了，由于虚拟DOM只是一个普通的JavaScript对象，不是真正的DOM，所以需要对虚拟DOM进行render，创建对应的真实DOM并添加到页面中，才能在页面中看到，react中专门提供了一个ReactDOM模块用于处理DOM相关的操作。
① 在src目录下新建一个react-dom目录
在react-dom目录下新建一个index.js作为模块的默认导出，并在其中创建一个render方法并对外暴露，render函数需要接收一个虚拟DOM节点和一个挂载点，即将虚拟DOM渲染成了真实DOM后，需要将其挂载到哪里，这个挂载点就是一个容器，即应用的根节点。
// src/react-dom/index.js// 负责将虚拟DOM渲染到容器之下
function render(vnode, container) {
if (container) {
container.appendChild(_render(vnode)); // 虚拟DOM渲染成真实DOM后将其加入到容器之下
}
}
// 负责将虚拟DOM转换为真实DOM
function _render(vnode) {
}
export default {
render
}
render函数主要就是将传入的虚拟DOM渲染成真实的DOM之后，再将其加入到容器内。这点和Vue是不同的，Vue是将根组件渲染成真实DOM后，再替换掉容器节点。
接下来就是实现_render()函数，主要就是对传入的虚拟DOM类型进行判断并进行相应的处理，创建出对应的DOM节点。
function _render(vnode) {if (typeof vnode === "undefined" || vnode === null || typeof vnode === "boolean") {
vnode = ""; // 如果传入的虚拟DOM是undefined、null、true、false，则直接转换为空字符串
}
if (typeof vnode === "number") {
vnode = String(vnode); // 如果传入的虚拟DOM是数字，那么将其转换为字符串形式
}
if (typeof vnode === "string") { // 如果传入的虚拟DOM是字符串，则直接创建一个文本节点即可
return document.createTextNode(vnode);
}
const {tag, attrs, children} = vnode;
const dom = document.createElement(tag);
if (attrs) {
Object.keys(attrs).forEach((key) => { // 遍历属性
const value = attrs[key];
setAttribute(dom, key, value); // 设置属性
});
}
if (children) {
children.forEach((child) => {
render(child, dom); // 递归渲染子节点
});
}
return dom;
}
接下来实现setAttribute()方法，主要就是给DOM元素设置属性、样式、事件等。
function setAttribute(dom, key, value) {if (key === "className") {
key = "class";
}
if (/on\w+/.test(key)) {
key = key.toLowerCase();
dom[key] = value || "";
} else if(key === "style") {
if (!value || typeof value === "string") {
dom.style.cssText = value || "";
} else if (value && typeof value === "object") {
for (let key in value) {
if (typeof value[key] === "number") {
dom.style[key] = value[key] + "px";
} else {
dom.style[key] = value[key];
}
}
}
} else {
if (key in dom) { // 如果是dom的原生属性，直接赋值
dom[key] = value || "";
}
if (value) {
dom.setAttribute(key, value);
} else {
dom.removeAttribute(key);
}
}
}
测试是否可以渲染一段JSX。
// src/index.jsimport React from "./react"; // 引入react模块
import ReactDOM from "./react-dom"; // 引入react-dom模块
function doClick() {
console.log("doClick method run.");
}
const element = <h1 onClick={doClick}>hello my-react</h1>;
console.log(element);
ReactDOM.render(element, document.getElementById("root"));
这里绑定了一个onClick事件，此时启动项目执行，可以看到页面上已经能看到渲染后的结果了，并且点击文字，可以看到事件处理函数执行了。
六、实现组件功能
此时已经完成了基本的声明式渲染功能了，但是目前只能渲染html中存在的标签元素，而我们的react是支持自定义组件的，可以让其渲染出我们自定义的标签元素。react中的组件支持函数组件和类组件，函数组件的性能比类组件的性能要高，因为类组件使用的时候要实例化，而函数组件直接执行函数取返回结果即可。为了提高性能，尽量使用函数组件。但是函数组件没有this、没有生命周期、没有自己的state状态。
① 首先实现函数组件功能
函数组件相对较简单，我们先看一下怎么使用函数组件，就是直接定义一个函数，然后其返回一段jsx，然后将函数名作为自定义组件名，像html标签元素一样使用即可，如:
// src/index.jsimport React from "./react"; // 引入react模块
import ReactDOM from "./react-dom"; // 引入react-dom模块
function App(props) {
return <h1>hello my-{props.name}-function</h1>
}
console.log(<App name="react"/>);
ReactDOM.render(<App name="react"/>, document.getElementById("root"));
<App name="react"/>经过babel转换之后，tag就变成了App函数，所以我们不能直接通过document.createElement("App")去创建App元素了，我们需要执行App()函数拿到其返回值<h1>hello my-{props.name}</h1>，而这个返回值是一段jsx，所以会被babel转换为一个虚拟DOM节点对象，我们只需要执行该函数就能拿到该函数组件对应的虚拟DOM节点了，然后将函数组件对应的虚拟DOM转换为真实DOM并加入到其父节点之下即可，如:
// 修改src/react-dom/index.jsfunction _render(vnode) {
......
if (typeof tag === "function") { // 如果是函数组件
const vnode = tag(attrs); // 执行函数并拿到对应的虚拟DOM节点
return _render(vnode); // 将虚拟DOM节点渲染为真实的DOM节点，并加入到其父节点下
}
......
}
函数组件渲染如下:
②支持类组件
在定义类组件的时候，是通过继承React.Component类的，所以我们需要创建一个组件基类即Component，在src/react目录下新建一个component.js文件，如下:
// src/react/component.jsclass Component {
constructor(props = {}) {
this.props = props; // 保存props属性集
this.state = {}; // 保存状态数据
}
}
export default Component;
我们在看一下类组件的使用方式，如下:
// src/index.jsclass App extends React.Component {
constructor(props) {
super(props);
this.state = {
count: 0
}
}
render() {
return <h1>hell my-{this.props.name}-class-state-{this.state.count}</h1>
}
}
console.log(<App name="react"/>);
ReactDOM.render(<App name="react"/>, document.getElementById("root"));
<App name="react"/>组件经过babel转换后，tag变成了一个class函数，如果class类函数的原型上有render()方法，那么就是一个类组件，我们可以通过类组件的类名创建出对应的类组件对象，然后调用其render()函数拿到对应的虚拟DOM节点即可。
// 修改src/react-dom/index.jsfunction _render(vnode) {
......
if (tag.prototype && tag.prototype.render) { // 如果是类组件
const comp = new tag(attrs); // 通过类创建出对应的组件实例对象
setComponentProps(comp, attrs); // 设置组件实例的属性
return comp.base; // 返回类组件渲染后挂在组件实例上的真实DOM
} else if (typeof tag === "function") {
const vnode = tag(attrs); // 执行函数并拿到对应的虚拟DOM节点
return _render(vnode); // 将虚拟DOM节点渲染为真实的DOM节点，并加入到其父节点下
}
......
}
实现setComponentProps()，主要就是设置组件的属性并开始启动组件的渲染。
// 给组件设置属性，并开始渲染组件function setComponentProps(comp, attrs) {
comp.props = attrs;
renderComponent(comp); // 启动组件的渲染
}
实现renderComponent()，主要就是执行组件实例的render()方法拿到对应的虚拟DOM，然后将虚拟DOM渲染为真实DOM并挂在组件实例上，如:
// 渲染组件，根据组件的虚拟DOM渲染成真实DOMexport function renderComponent(comp) {
const vnode = comp.render(); // 执行组件的render()函数拿到对应的虚拟DOM
const base = _render(vnode); // 将组件对应的虚拟DOM渲染成真实DOM
comp.base = base; // 将组件对应的真实DOM挂在组件实例上
}
类组件渲染结果:
七、让类组件支持setState
react中setState是Component中的一个方法，用于修改组件的状态数据的。当组件中调用setState函数的时候，组件的状态数据被更新，同时会触发组件的重新渲染，所以需要修改Component.js并在其中添加一个setState函数。如:
// src/react/component.jsimport {renderComponent} from "../react-dom/index";
class Component {
constructor(props = {}) {
this._container = null; // 保存组件所在容器
}
setState(stateChange) {
Object.assign(this.state, stateChange); // 更新状态数据
renderComponent(this); // 重新渲染组件
}
}
此时组件调用setState之后会改变组件的状态，然后调用renderComponent()方法进行组件的重新渲染，但是此时组件并没有重新渲染，因为目前renderComponent()方法只是负责执行组件实例的render()方法拿到对应的虚拟DOM然后将其渲染为真实DOM，此时只是创建出了真实DOM并没有挂载到DOM树中，所以我们需要判断当前组件是否已经渲染过，如果是渲染过了，那么我们可以通过之前渲染的真实DOM找到其父节点，然后用最新的DOM替换掉之前旧的DOM即可。
// 修改renderComponentexport function renderComponent(comp) {
const vnode = comp.render(); // 执行组件的render()函数拿到对应的虚拟DOM
const base = _render(vnode); // 将组件对应的虚拟DOM渲染成真实DOM
if (comp.base) { // base存在表示已经渲染过了
// 找到上一次渲染结果的父节点，并用最新渲染的DOM替换掉之前旧的真实DOM
comp.base.parentNode.replaceChild(base, comp.base);
}
comp.base = base; // 将组件对应的真实DOM挂在组件实例上
}
测试类组件渲染：
// src/index.js上测试class App extends React.Component {
constructor(props) {
super(props);
this.state = {
count: 0
}
}
doClick() {
this.setState({
count: 1
});
}
render() {
return <h1 onClick={this.doClick.bind(this)}>hell my-{this.props.name}-class-state-{this.state.count}</h1>
}
}
console.log(<App name="react"/>);
ReactDOM.render(<App name="react"/>, document.getElementById("root"));
八、支持生命周期
在启动渲染前主要有componentWillMount和componentWillReceiveProps两个生命周期，如果启动渲染前，组件还没有创建出来，那么就会执行componentWillMount，如果组件已经创建，那么就会执行componentWillReceiveProps。
function setComponentProps(comp, attrs) {if (!comp.base) { // 如果启动渲染前，组件没有对应的真实DOM，则表示首次渲染，执行componentWillMount
if (comp.componentWillMount) {
comp.componentWillMount();
}
} else if(comp.componentWillReceiveProps) { // 如果启动渲染前，组件有对应的真实DOM，则表示非首次渲染，则执行componentWillReceiveProps
comp.componentWillReceiveProps();
}
comp.props = attrs;
renderComponent(comp); // 启动组件的渲染
}
启动渲染之后主要有componentDidMount、componentWillUpdate、componentDidUpdate三个生命周期。启动渲染之后，如果组件还没有创建出来，那么执行componentDidMount，如果组件已经创建，那么执行componentWillUpdate、componentDidUpdate。
export function renderComponent(comp) {const vnode = comp.render(); // 执行组件的render()函数拿到对应的虚拟DOM
if (comp.base && comp.componentWillUpdate) { // 如果组件已经渲染过，则执行componentWillUpdate
comp.componentWillUpdate();
}
const base = _render(vnode); // 将组件对应的虚拟DOM渲染成真实DOM
if (comp.base) { // base存在表示已经渲染过了
// 找到上一次渲染结果的父节点，并用最新渲染的DOM替换掉之前旧的真实DOM
comp.base.parentNode.replaceChild(base, comp.base);
if (comp.componentDidUpdate) { // 将新的DOM替换旧的DOM后，如果组件存在真实DOM则执行componentDidUpdate
comp.componentDidUpdate();
}
} else { // 如果组件还没有渲染过，则执行componentDidMount
if (comp.componentDidMount) {
comp.componentDidMount();
}
}
comp.base = base; // 将组件对应的真实DOM挂在组件实例上
}
九、优化setState
此时如果我们在组件渲染完成后执行如下代码，我们可以发现，会执行10次setState操作，同时组件也会被连续更新10次，这样非常损耗性能，其实没有必要更新10次，我们只需要更新10次状态，然后用最后的状态更新一次组件即可。我们可以在执行setState的时候不立即更新组件，而是将状态和组件进行缓存起来，等所有状态都更新完毕之后再一次性更新组件。
for (let i = 0; i < 10; i++) {this.setState({ // 这里只是一个入栈的操作，组件的状态还没有发生变化
num: this.state.num + 1
});
console.log(this.state.num); // 组件状态还没有变化，所以仍然为0
}
在react模块下新建一个set_state_queue.js，其对外暴露一个enqueueSetState()函数，负责状态和组件的入栈，如果当前状态栈为空，则开启一个微任务，等组件状态和组件都入栈完毕之后再开启一次性更新操作。
// react/set_state_queue.jsimport {renderComponent} from "../react-dom/index";
let stateQueue = []; // 状态栈
let renderQueue = []; // 组件栈
function defer(fn) {
return Promise.resolve().then(fn)
}
export function enqueueSetState(stateChange, component) {
if (stateQueue.length === 0) { // 如果状态栈为空，则开启一个微任务，等状态入栈完毕之后再开启组件的一次性更新
defer(flush);
}
stateQueue.push({ // 将状态数据入栈
stateChange,
component
});
const hasComponent = renderQueue.some((item) => { // 判断组件栈中是否已经入栈过该组件
return item === component;
});
if (!hasComponent) { // 如果该组件没有入栈过，则入组件栈
renderQueue.push(component);
}
}
实现flush，主要就是先遍历状态栈，在真实的React中，stateChange可以是对象，也可以是函数，是函数的时候会传入上一次的状态和组件的props，然后返回一个新的状态，再与组件的状态进行合并。由于stateChange为对象的时候，拿不到之前的状态，所以不管合并多少次都相当于只合并了一次，stateChange为函数的时候，可以拿到之前的状态，所以合并多次，最终状态也会变化多次。接着遍历组件栈，重新渲染该组件一次即可。
// react/set_state_queue.jsfunction flush() {
stateQueue.forEach((item) => {
const {stateChange, component} = item;
if (!component.prevState) { // 初始化prevState
component.prevState = component.state;
}
// 合并状态，每次遍历都会更新组件的state
if (typeof stateChange === "function") {
Object.assign(component.state, stateChange(component.prevState, component.props));
} else { // stateChange为对象的时候，因为调用setState的时候，组件状态还没有变化，所以每次遍历stateChange都是一样的，此时不管执行多少次，相当于执行了一次
Object.assign(component.state, stateChange);
}
// 将最新的状态保存为prevState，以便在stateChange为函数的时候能够拿到最新的状态
component.prevState = component.state;
});
stateQueue = []; // 清空状态栈
// 遍历组件栈
renderQueue.forEach((component) => {
renderComponent(component);
});
renderQueue = []; // 清空组件栈
}
十、总结
至此，已经基本实现react的基本功能，包括声明式渲染、组件支持、setSate、生命周期。其过程为，首先通过babel将jsx语法进行编译转换，babel会将jsx语法解析为三部分，标签名、属性集、子节点，然后用React.createElement()函数进行包裹，react实现createElement函数，用于创建虚拟DOM节点，然后调用render()函数对虚拟DOM节点进行分析，并创建对应的真实DOM，然后挂载到页面中。然后提供自定义组件的支持，自定义组件，无非就是将jsx定义到了函数和类中，如果是函数，那么就直接执行就可返回对应的jsx，也即拿到了对应的虚拟DOM，如果是类，那么就创建组件类实例，然后调用其render()函数，那么也可以拿到对应的jsx，也即拿到了对应的虚拟DOM，然后挂载到页面中。类组件中添加setSate函数，用于更新组件实例上的数据，然后setState函数会触发组件的重新渲染，从而更新渲染出带最新数据的组件。
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