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前言
从React Hooks发布以来，整个社区都以积极的态度去拥抱它、学习它。期间也涌现了很多关于React Hooks 源码解析的文章。本文就以笔者自己的角度来写一篇属于自己的文章吧。希望可以深入浅出、图文并茂的帮助大家对React Hooks的实现原理进行学习与理解。本文将以文字、代码、图画的形式来呈现内容。主要对常用Hooks中的 useState、useReducer、useEffect 进行学习，尽可能的揭开Hooks的面纱。
使用Hooks时的疑惑
Hooks的面世让我们的Function Component逐步拥有了对标Class Component的特性，比如私有状态，生命周期函数等。useState与useReducer这两个Hooks让我们可以在 Function Component里使用到私有状态。而useState其实就是阉割版的useReducer，这也是我那它们两个放在一起讲的原因。应用一下官方的例子：
function PersionInfo ({initialAge,initialName}) {
const [age, setAge] = useState(initialAge);
const [name, setName] = useState(initialName);
return (
<>
Age: {age}, Name: {name}
<button onClick={() => setAge(age + 1)}>Growing up</button>
</>
);
}
useState 我们可以初始化一个私有状态，它会返回这个状态的最新值和一个用来更新状态的方法。而useReducer则是针对更复杂的状态管理场景：
const initialState = {age: 0, name: 'Dan'};
function reducer(state, action) {
switch (action.type) {
case 'increment':
return {...state, age: state.age + action.age};
case 'decrement':
return {...state, age: state.age - action.age};
default:
throw new Error();
}
}
function PersionInfo() {
const [state, dispatch] = useReducer(reducer, initialState);
return (
<>
Age: {state.age}, Name: {state.name}
<button onClick={() => dispatch({type: 'decrement', age: 1})}>-</button>
<button onClick={() => dispatch({type: 'increment', age: 1})}>+</button>
</>
);
}
同样也是返回当前最新的状态，并返回一个用来更新数据的方法。在使用这两个方法的时候也许我们会想过这样的问题：
const [age, setAge] = useState(initialAge);
const [name, setName] = useState(initialName);
React内部是怎么区分这两个状态的呢？
Function Component 不像 Class Component那样可以将私有状态挂载到类实例中并通过对应的key来指向对应的状态，而且每次的页面的刷新或者说组件的重新渲染都会使得 Function 重新执行一遍。所以React中必定有一种机制来区分这些Hooks。
const [age, setAge] = useState(initialAge);
// 或
const [state, dispatch] = useReducer(reducer, initialState);
另一个问题就是React是如何在每次重新渲染之后都能返回最新的状态？
Class Component因为自身的特点可以将私有状态持久化的挂载到类实例上，每时每刻保存的都是最新的值。而 Function Component 由于本质就是一个函数，并且每次渲染都会重新执行。所以React必定拥有某种机制去记住每一次的更新操作，并最终得出最新的值返回。当然我们还会有其他的一些问题，比如这些状态究竟存放在哪？为什么只能在函数顶层使用Hooks而不能在条件语句等里面使用Hooks？
答案尽在源码之中
我们先来了解useState以及useReducer的源码实现，并从中解答我们在使用Hooks时的种种疑惑。首先我们从源头开始：
import React, { useState } from 'react';
在项目中我们通常会以这种方式来引入useState方法，被我们引入的这个useState方法是什么样子的呢？其实这个方法就在源码 packages/react/src/ReactHook.js 中。
// packages/react/src/ReactHook.js
import ReactCurrentDispatcher from './ReactCurrentDispatcher';
function resolveDispatcher() {
const dispatcher = ReactCurrentDispatcher.current;
// ...
return dispatcher;
}
// 我们代码中引入的useState方法
export function useState(initialState) {
const dispatcher = resolveDispatcher();
return dispatcher.useState(initialState)
}
从源码中可以看到，我们调用的其实是 ReactCurrentDispatcher.js 中的dispatcher.useState()，那么我们继续前往ReactCurrentDispatcher.js文件：
import type {Dispacther} from 'react-reconciler/src/ReactFiberHooks';
const ReactCurrentDispatcher = {
current: (null: null | Dispatcher),
};
export default ReactCurrentDispatcher;
好吧，它继续将我们带向 react-reconciler/src/ReactFiberHooks.js这个文件。那么我们继续前往这个文件。
// react-reconciler/src/ReactFiberHooks.js
export type Dispatcher = {
useState<S>(initialState: (() => S) | S): [S, Dispatch<BasicStateAction<S>>],
useReducer<S, I, A>(
reducer: (S, A) => S,
initialArg: I,
init?: (I) => S,
): [S, Dispatch<A>],
useEffect(
create: () => (() => void) | void,
deps: Array<mixed> | void | null,
): void,
// 其他hooks类型定义
}
兜兜转转我们终于清楚了React Hooks 的源码就放 react-reconciler/src/ReactFiberHooks.js 目录下面。在这里如上图所示我们可以看到有每个Hooks的类型定义。同时我们也可以看到Hooks的具体实现，大家可以多看看这个文件。首先我们注意到，我们大部分的Hooks都有两个定义：
// react-reconciler/src/ReactFiberHooks.js
// Mount 阶段Hooks的定义
const HooksDispatcherOnMount: Dispatcher = {
useEffect: mountEffect,
useReducer: mountReducer,
useState: mountState,
// 其他Hooks
};
// Update阶段Hooks的定义
const HooksDispatcherOnUpdate: Dispatcher = {
useEffect: updateEffect,
useReducer: updateReducer,
useState: updateState,
// 其他Hooks
};
从这里可以看出，我们的Hooks在Mount阶段和Update阶段的逻辑是不一样的。在Mount阶段和Update阶段他们是两个不同的定义。我们先来看Mount阶段的逻辑。在看之前我们先思考一些问题。React Hooks需要在Mount阶段做什么呢？就拿我们的useState和useReducer来说：
- 我们需要初始化状态，并返回修改状态的方法，这是最基本的。
- 我们要区分管理每个Hooks。
- 提供一个数据结构去存放更新逻辑，以便后续每次更新可以拿到最新的值。
我们一下React的实现，先来看mountState的实现。
// react-reconciler/src/ReactFiberHooks.js
function mountState (initialState) {
// 获取当前的Hook节点，同时将当前Hook添加到Hook链表中
const hook = mountWorkInProgressHook();
if (typeof initialState === 'function') {
initialState = initialState();
}
hook.memoizedState = hook.baseState = initialState;
// 声明一个链表来存放更新
const queue = (hook.queue = {
last: null,
dispatch: null,
lastRenderedReducer,
lastRenderedState,
});
// 返回一个dispatch方法用来修改状态，并将此次更新添加update链表中
const dispatch = (queue.dispatch = (dispatchAction.bind(
null,
currentlyRenderingFiber,
queue,
)));
// 返回当前状态和修改状态的方法
return [hook.memoizedState, dispatch];
}
区分管理Hooks
关于第一件事，初始化状态并返回状态和更新状态的方法。这个没有问题，源码也很清晰利用initialState来初始化状态，并且返回了状态和对应更新方法 return [hook.memoizedState, dispatch]。那么我们来看看React是如何区分不同的Hooks的，这里我们可以从 mountState 里的 mountWorkInProgressHook方法和Hook的类型定义中找到答案。
// react-reconciler/src/ReactFiberHooks.js
export type Hook = {
memoizedState: any,
baseState: any,
baseUpdate: Update<any, any> | null,
queue: UpdateQueue<any, any> | null,
next: Hook | null, // 指向下一个Hook
};
首先从Hook的类型定义中就可以看到，React 对Hooks的定义是链表。也就是说我们组件里使用到的Hooks是通过链表来联系的，上一个Hooks的next指向下一个Hooks。这些Hooks节点是怎么利用链表数据结构串联在一起的呢？相关逻辑就在每个具体mount 阶段 Hooks函数调用的 mountWorkInProgressHook方法里：
// react-reconciler/src/ReactFiberHooks.js
function mountWorkInProgressHook(): Hook {
const hook: Hook = {
memoizedState: null,
baseState: null,
queue: null,
baseUpdate: null,
next: null,
};
if (workInProgressHook === null) {
// 当前workInProgressHook链表为空的话，
// 将当前Hook作为第一个Hook
firstWorkInProgressHook = workInProgressHook = hook;
} else {
// 否则将当前Hook添加到Hook链表的末尾
workInProgressHook = workInProgressHook.next = hook;
}
return workInProgressHook;
}
在mount阶段，每当我们调用Hooks方法，比如useState，mountState就会调用mountWorkInProgressHook 来创建一个Hook节点，并把它添加到Hooks链表上。比如我们的这个例子：
const [age, setAge] = useState(initialAge);
const [name, setName] = useState(initialName);
useEffect(() => {})
那么在mount阶段，就会生产如下图这样的单链表：
311.png
返回最新的值
而关于第三件事，useState和useReducer都是使用了一个queue链表来存放每一次的更新。以便后面的update阶段可以返回最新的状态。每次我们调用dispatchAction方法的时候，就会形成一个新的updata对象，添加到queue链表上，而且这个是一个循环链表。可以看一下 dispatchAction 方法的实现：
// react-reconciler/src/ReactFiberHooks.js
// 去除特殊情况和与fiber相关的逻辑
function dispatchAction(fiber,queue,action,) {
const update = {
action,
next: null,
};
// 将update对象添加到循环链表中
const last = queue.last;
if (last === null) {
// 链表为空，将当前更新作为第一个，并保持循环
update.next = update;
} else {
const first = last.next;
if (first !== null) {
// 在最新的update对象后面插入新的update对象
update.next = first;
}
last.next = update;
}
// 将表头保持在最新的update对象上
queue.last = update;
// 进行调度工作
scheduleWork();
}
也就是我们每次执行dispatchAction方法，比如setAge或setName。就会创建一个保存着此次更新信息的update对象，添加到更新链表queue上。然后每个Hooks节点就会有自己的一个queque。比如假设我们执行了下面几个语句：
setAge(19);
setAge(20);
setAge(21);
那么我们的Hooks链表就会变成这样：
322.png
在Hooks节点上面，会如上图那样，通过链表来存放所有的历史更新操作。以便在update阶段可以通过这些更新获取到最新的值返回给我们。这就是在第一次调用useState或useReducer之后，每次更新都能返回最新值的原因。再来看看mountReducer，你会发现和mountState几乎一摸一样，只是状态的初始化逻辑有那么一点区别。毕竟useState其实就是阉割版的useReducer。这里就不详细介绍mountReducer了。
// react-reconciler/src/ReactFiberHooks.js
function mountReducer(reducer, initialArg, init,) {
// 获取当前的Hook节点，同时将当前Hook添加到Hook链表中
const hook = mountWorkInProgressHook();
let initialState;
// 初始化
if (init !== undefined) {
initialState = init(initialArg);
} else {
initialState = initialArg ;
}
hook.memoizedState = hook.baseState = initialState;
// 存放更新对象的链表
const queue = (hook.queue = {
last: null,
dispatch: null,
lastRenderedReducer: reducer,
lastRenderedState: (initialState: any),
});
// 返回一个dispatch方法用来修改状态，并将此次更新添加update链表中
const dispatch = (queue.dispatch = (dispatchAction.bind(
null,
currentlyRenderingFiber,
queue,
)));
// 返回状态和修改状态的方法
return [hook.memoizedState, dispatch];
}
然后我们来看看update阶段，也就是看一下我们的useState或useReducer是如何利用现有的信息，去给我们返回最新的最正确的值的。先来看一下useState在update阶段的代码也就是updateState：
// react-reconciler/src/ReactFiberHooks.js
function updateState(initialState) {
return updateReducer(basicStateReducer, initialState);
}
可以看到，updateState底层调用的其实就会死updateReducer，因为我们调用useState的时候，并不会传入reducer，所以这里会默认传递一个basicStateReducer进去。我们先看看这个basicStateReducer：
// react-reconciler/src/ReactFiberHooks.js
function basicStateReducer(state, action){
return typeof action === 'function' ? action(state) : action;
}
在使用useState(action)的时候，action通常会是一个值，而不是一个方法。所以baseStateReducer要做的其实就是将这个action返回。来继续看一下updateReducer的逻辑：
// react-reconciler/src/ReactFiberHooks.js
// 去掉与fiber有关的逻辑
function updateReducer(reducer,initialArg,init) {
const hook = updateWorkInProgressHook();
const queue = hook.queue;
// 拿到更新列表的表头
const last = queue.last;
// 获取最早的那个update对象
first = last !== null ? last.next : null;
if (first !== null) {
let newState;
let update = first;
do {
// 执行每一次更新，去更新状态
const action = update.action;
newState = reducer(newState, action);
update = update.next;
} while (update !== null && update !== first);
hook.memoizedState = newState;
}
const dispatch = queue.dispatch;
// 返回最新的状态和修改状态的方法
return [hook.memoizedState, dispatch];
}
在update阶段，也就是我们组件第二次第三次。。执行到useState或useReducer的时候，会遍历update对象循环链表，执行每一次更新去计算出最新的状态来返回，以保证我们每次刷新组件都能拿到当前最新的状态。useState的reducer是baseStateReducer，因为传入的update.action为值，所以会直接返回update.action，而useReducer 的reducer是用户定义的reducer，所以会根据传入的action和每次循环得到的newState逐步计算出最新的状态。
313.png
useState/useReducer 小总结
看到这里我们在回头看看最初的一些疑问：
- React 如何管理区分Hooks？
- React通过单链表来管理Hooks
- 按Hooks的执行顺序依次将Hook节点添加到链表中
- useState和useReducer如何在每次渲染时，返回最新的值？
- 每个Hook节点通过循环链表记住所有的更新操作
- 在update阶段会依次执行update循环链表中的所有更新操作，最终拿到最新的state返回
- 为什么不能在条件语句等中使用Hooks？
- 链表！
314.png
比如如图所示，我们在mount阶段调用了useState('A'), useState('B'), useState('C')，如果我们将useState('B') 放在条件语句内执行，并且在update阶段中因为不满足条件而没有执行的话，那么没法正确的重Hooks链表中获取信息。React也会给我们报错。
Hooks链表放在哪？
好的，现在我们已经了解了React 通过链表来管理 Hooks，同时也是通过一个循环链表来存放每一次的更新操作，得以在每次组件更新的时候可以计算出最新的状态返回给我们。那么我们这个Hooks链表又存放在那里呢？理所当然的我们需要将它存放到一个跟当前组件相对于的地方。那么很明显这个与组件一一对应的地方就是我们的FiberNode。
image.gif
如图所示，组件构建的Hooks链表会挂载到FiberNode节点的memoizedState上面去。
323.png
useEffect
看到这，相信你已经对Hooks的源码实现模式已经有一定的了解了，所以你尝试去看一下Effect的实现你会一下子就看懂。首先我们先回忆一下useEffect是怎么样工作的？
function PersionInfo () {
const [age, setAge] = useState(18);
useEffect(() =>{
console.log(age)
}, [age])
const [name, setName] = useState('Dan');
useEffect(() =>{
console.log(name)
}, [name])
return (
<>
...
</>
);
}
PersionInfo组件第一次渲染的时候会在控制台输出age和name，在后面组件的每次update中，如果useEffect中的deps依赖的值发生了变化的话，也会在控制台中输出对应的状态，同时在unmount的时候就会执行清除函数（如果有）。React中是怎么实现的呢？其实很简单，在FiberNode中通过一个updateQueue来存放所有的effect，然后在每次渲染之后依次执行所有需要执行的effect。useEffect 也分为mountEffect和updateEffect
mountEffect
// react-reconciler/src/ReactFiberHooks.js
// 简化去掉特殊逻辑
function mountEffect( create,deps,) {
return mountEffectImpl(
create,
deps,
);
}
function mountEffectImpl(fiberEffectTag, hookEffectTag, create, deps) {
// 获取当前Hook，并把当前Hook添加到Hook链表
const hook = mountWorkInProgressHook();
const nextDeps = deps === undefined ? null : deps;
// 将当前effect保存到Hook节点的memoizedState属性上，
// 以及添加到fiberNode的updateQueue上
hook.memoizedState = pushEffect(hookEffectTag, create, undefined, nextDeps);
}
function pushEffect(tag, create, destroy, deps) {
const effect: Effect = {
tag,
create,
destroy,
deps,
next: (null: any),
};
// componentUpdateQueue 会被挂载到fiberNode的updateQueue上
if (componentUpdateQueue === null) {
// 如果当前Queue为空，将当前effect作为第一个节点
componentUpdateQueue = createFunctionComponentUpdateQueue();
// 保持循环
componentUpdateQueue.lastEffect = effect.next = effect;
} else {
// 否则，添加到当前的Queue链表中
const lastEffect = componentUpdateQueue.lastEffect;
if (lastEffect === null) {
componentUpdateQueue.lastEffect = effect.next = effect;
} else {
const firstEffect = lastEffect.next;
lastEffect.next = effect;
effect.next = firstEffect;
componentUpdateQueue.lastEffect = effect;
}
}
return effect;
}
可以看到在mount阶段，useEffect做的事情就是将自己的effect添加到了componentUpdateQueue上。这个componentUpdateQueue会在renderWithHooks方法中赋值到fiberNode的updateQueue上。
// react-reconciler/src/ReactFiberHooks.js
// 简化去掉特殊逻辑
export function renderWithHooks() {
const renderedWork = currentlyRenderingFiber;
renderedWork.updateQueue = componentUpdateQueue;
}
也就是在mount阶段我们所有的effect都以链表的形式被挂载到了fiberNode上。然后在组件渲染完毕之后，React就会执行updateQueue中的所有方法。
324.png
updateEffect
// react-reconciler/src/ReactFiberHooks.js
// 简化去掉特殊逻辑
function updateEffect(create,deps){
return updateEffectImpl(
create,
deps,
);
}
function updateEffectImpl(fiberEffectTag, hookEffectTag, create, deps){
// 获取当前Hook节点，并把它添加到Hook链表
const hook = updateWorkInProgressHook();
// 依赖
const nextDeps = deps === undefined ? null : deps;
// 清除函数
let destroy = undefined;
if (currentHook !== null) {
// 拿到前一次渲染该Hook节点的effect
const prevEffect = currentHook.memoizedState;
destroy = prevEffect.destroy;
if (nextDeps !== null) {
const prevDeps = prevEffect.deps;
// 对比deps依赖
if (areHookInputsEqual(nextDeps, prevDeps)) {
// 如果依赖没有变化，就会打上NoHookEffect tag，在commit阶段会跳过此
// effect的执行
pushEffect(NoHookEffect, create, destroy, nextDeps);
return;
}
}
}
hook.memoizedState = pushEffect(hookEffectTag, create, destroy, nextDeps);
}
update阶段和mount阶段类似，只不过这次会考虑effect 的依赖deps，如果此次更新effect的依赖没有变化的话，就会被打上NoHookEffect标签，最后会在commit阶段跳过改effect的执行。
function commitHookEffectList(unmountTag,mountTag,finishedWork) {
const updateQueue = finishedWork.updateQueue;
let lastEffect = updateQueue !== null ? updateQueue.lastEffect : null;
if (lastEffect !== null) {
const firstEffect = lastEffect.next;
let effect = firstEffect;
do {
if ((effect.tag & unmountTag) !== NoHookEffect) {
// Unmount 阶段执行tag !== NoHookEffect的effect的清除函数 （如果有的话）
const destroy = effect.destroy;
effect.destroy = undefined;
if (destroy !== undefined) {
destroy();
}
}
if ((effect.tag & mountTag) !== NoHookEffect) {
// Mount 阶段执行所有tag !== NoHookEffect的effect.create，
// 我们的清除函数（如果有）会被返回给destroy属性，一遍unmount执行
const create = effect.create;
effect.destroy = create();
}
effect = effect.next;
} while (effect !== firstEffect);
}
}
useEffect 小总结
image.gif
useEffect做了什么？
- FiberNdoe节点中会又一个updateQueue链表来存放所有的本次渲染需要执行的effect。
- mountEffect阶段和updateEffect阶段会把effect 挂载到updateQueue上。
- updateEffect阶段，deps没有改变的effect会被打上NoHookEffect tag，commit阶段会跳过该Effect。
到此为止，useState/useReducer/useEffect源码也阅读完毕了，相信有了这些基础，剩下的Hooks的源码阅读不会成问题，最后放上完整图示：
325.png
源码
最后, 送人玫瑰，手留余香，觉得有收获的朋友可以点赞，关注一波 ，文档资料 已上传至 React 中文社区交流群, 请关注公众号，点击菜单栏 入群学习，添加 入群小助手 后入群领取。陆续更新前端超硬核文章。
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