Preact：一个备胎的自我修养

原发于知乎专栏：zhuanlan.zhihu.com/ne-fe

前一段时间由于React Licence的问题，团队内部积极的探索React的替代方案，同时考虑到之后可能开展的移动端业务，团队目标是希望能够找到一个迁移成本低，体量小的替代产品。经过多方探索，Preact进入了我们的视野。从接触到Preact开始，一路学习下来折损了许多头发，也收获不少思考，这里想和大家介绍一下Preact的实现思路，也分享一下自己的思考所得。

Preact是什么

一句话介绍Preact，它是React的3KB轻量替代方案，拥有同样的ES6 API。如果觉得就这么一句话太模糊的话，我还可以再啰嗦几句。Preact = performance + react，这是Preact名字的由来，其中一个performance足以窥见作者的用心。下面这张图反映了在长列表初始化的场景下，不同框架的表现，可以看出Preact确实性能出众。

Preact的工作流程

简单介绍了Preact的前生今世以后，接下来说下Preact的工作流程，主要包含五个模块：

• component
• h函数
• render
• diff算法
• 回收机制

流转过程见下图。

在了解了Preact的工作流程之后，接下来会对上文提到的五个模块一一解读。

Component

关键词：hook, linkState, 批量更新

相信有过react开发经验的同学对component的概念都不会陌生，这里也不做过多解释，只是介绍一些Preact在component层面上的添加的新特性。

hook函数

除了基本的生命周期函数外，Preact还提供三个hook函数，方便用户在指定的时间点执行统一操作。

• afterMount
• afterUpdate
• beforeUnmount

linkState

linkState针对的场景是在render方法中为用户操作的回调绑定this，这样每次渲染都在局部创建一个函数闭包，这样效率十分低下而且会迫使垃圾回收器做许多不必要的工作。linkState理想中的应用场景如下。

export default class App extends Component { constructor() { super(); this.state = { text: 'initial' } } handleChange = e => { this.setState({ text: e.target.value }) } render({desc}, {text}} { return ( <div> <input value={text} onChange={this.linkState('text', 'target.value')}> <div>{text}</div> </div> ) } }复制代码

然而linkState的实现方式。。。是在组件初始化的时候为每个回调创建闭包，绑定this，同时创建一个实例属性将绑定后回调函数缓存起来，这样再次render的时候就不需要再次绑定。实际效果等同于在组件的constructor中绑定。尴尬之处在于，linkState内部只实现了setState操作，同时也不支持自定义参数，使用场景比较有限。

//linkState源码 //缓存回调 linkState(key, eventPath) { let c = this._linkedStates || (this._linkedStates = {}); return c[key+eventPath] || (c[key+eventPath] = createLinkedState(this, key, eventPath)); } //首次注册回调的时候创建闭包 export function createLinkedState(component, key, eventPath) { let path = key.split('.'); return function(e) { let t = e && e.target || this, state = {}, obj = state, v = isString(eventPath) ? delve(e, eventPath) : t.nodeName ? (t.type.match(/^che|rad/) ? t.checked : t.value) : e, i = 0; for ( ; i<path.length-1; i++) { obj = obj[path[i]] || (obj[path[i]] = !i && component.state[path[i]] || {}); } obj[path[i]] = v; component.setState(state); }; }复制代码

批量更新

Preact实现了组件的批量更新，具体实现思路就是每次执行state or props更新之时，对应的属性会被立刻更新，但是基于new state or props的渲染操作会被push进到一个更新队列中，在当前event loop的最后或者是在下一个event loop的开始，才会将队列中的操作一一执行。同一个组件状态的多次更新，不会重复进入队列。如下图所示，属性更新之后，组件渲染之前，_dirty值为true，因此，组件渲染之前后续的属性更新操作都不会使组件重复入队。

//更新队列源码 export function enqueueRender(component) { if (!component._dirty && (component._dirty = true) && items.push(component)==1) { (options.debounceRendering || defer)(rerender); } }复制代码

h函数

关键词：节点合并

h函数的作用如同React.CreateElement，用于生成virtual node。其接受的输入格式如下，三个参数分别为节点类型，节点属性，子元素。

h('a', { href: '/', h{ 
   'span', null, 'Home'}})复制代码

节点合并

h函数在生成vnode的过程中，会对相邻的简单节点进行合并操作，目的是为了减少节点数量，减轻diff负担。 请看下面的例子。

import { h, Component } from 'preact'; const innerinnerchildren = [['innerchild2', 'innerchild3'], 'innerchild4']; const innerchildren = [ <div> {innerinnerchildren} </div>, <span>desc</span> ] export default class App extends Component { render() { return ( <div> {innerchildren} </div> ) } }复制代码

Render

关键词：流程控制，diff准备

首先先解释一下，这里的render模块泛指整个流程中将vnode插入到dom树中的操作，然而这类操作中又有一部分工作被diff模块承担，所以实际上render模块的更多承担的是流程控制以及进入diff的前置工作。

流程控制

所谓流程控制，具体的内容分为两部分，节点类型的判断，是自定义的组件还是原生的dom节点，渲染类型的判断，是首次渲染还是更新操作。根据不同情况，指定不同的渲染路线，执行相应的生命周期方法，hook函数和渲染逻辑。

Diff准备

如前所述，Preact在内存中只维持一棵包含更新内容的新的virtual dom树，另一个代表被更新的旧的virtual dom树实际上是从dom树还原回来的，与此同时，dom树的更新操作也是在比较过程中，一边比较一边patch的。为了确保上述操作不出现混乱，在生成/更新的dom树的之前，需要在dom节点上添加一些自定义的属性记录状态。

//创建自定义属性记录 export function renderComponent(component, opts, mountAll, isChild) { if (component._disable) return; let skip, rendered, props = component.props, state = component.state, context = component.context, previousProps = component.prevProps || props, previousState = component.prevState || state, previousContext = component.prevContext || context, isUpdate = component.base, nextBase = component.nextBase, initialBase = isUpdate || nextBase, initialChildComponent = component._component, inst, cbase;复制代码

Diff算法

关键词：DOM依赖，Disconnected or Not，DocumentFragment

diff过程主要分为两个阶段，第一个阶段是建立virual node与dom节点之间的对应关系，第二个阶段便是对两者进行比较并更新dom节点。

• 在实际执行过程中，diff操作的起点是update组件的根节点与代表其下一个状态的vnode之前的比较。这一步中两者之间的对应关系十分明确，而到了下一步，则需要在两者的子元素中确定对应关系，具体的方法是首先对相同key值的子节点配对，之后将同类型的节点配对，最后没有被配对的vnode视为新添加的节点，而落单的dom节点的命运则是被回收。
• 进入到更新阶段之后，会根据virtual node的类型和dom树中参照节点的情况分类处理，并在diff的过程中实时的进行patch操作，最终生成新的dom节点，然后对子节点递归。
  
  

DOM依赖

经过前面的介绍，相信大家对Preact的virtual dom实现已经有了一定的了解，这里不再赘述。这种实现方式，优点在于总能真实的反映之前virtual dom树的情况，缺点就是存在内存泄露的风险。

Disconnected or Not

• What does Disconnected mean

我们都知道，当我们向dom树中的节点执行appendChild，removeChild操作的时候，每执行一次，就会触发一次页面的reflow，这是一个具有相当开销的行为。因此当我们必须执行一系列这样的操作的时候，可以采取这样的优化手段，首先创建一个节点，在这个节点上执行过所有子节点的append操作之后，再将以这个节点作为根节点的子树一次性的append或者replace到dom树中，只触发一次reflow，就完成了整个子树的更新，这样的更新方式称之为disconnected。

与之相对，在创建节点之后，立刻将节点插入到dom树中，然后继续进行子节点的操作，则称之为connected。

• Go ahead to Preact

在阐明了这个前提之后，再来看Preact的实现方式，Disconnected or Connected，是一座围城。尽管作者声称Preact的渲染方式是disconnected，然而事实的真相是，not always true。 从一个简单的情况说起，textnode的值被修改或者旧的节点被替换成textnode。Preact所做的就是创建一个textnode或者修改之前textnode的nodeValue。虽然纠结这个场景是没有意义的，但是为了完整的介绍diff流程，有必要先说明一下。 进入重点。先看第一个例子。为了说明问题，我们用一个稍微极端点的例子。

在这个例子中可以看到，当输入text之后，有一个div子树向section子树的更新，这里为了描述一个极端情况，更新前后的子节点是一样的。

//例一 placeholder所在子树只有根节点不同 import { h, Component } from 'preact'; export default class App extends Component { constructor() { super(); this.state = { text: '' } } handlechang = e => { this.setState({ text: e.target.value }) } render({desc}, { text }) { return ( <div> <input value={text} onChange={this.handlechang}/> {text ? <section key='placeholder'> <h2>placeholder</h2> </section>: <div key='placeholder'> <h2>placeholder</h2> </div>} </div> ) } }复制代码

接下来看一下针对这种场景，diff操作的详细流程。

//原生dom的idiff逻辑 let out = dom, //注释1 nodeName = String(vnode.nodeName), prevSvgMode = isSvgMode, vchildren = vnode.children; isSvgMode = nodeName==='svg' ? true : nodeName==='foreignObject' ? false : isSvgMode; if (!dom) { //注释2 out = createNode(nodeName, isSvgMode); } else if (!isNamedNode(dom, nodeName)) { //注释3 out = createNode(nodeName, isSvgMode); while (dom.firstChild) out.appendChild(dom.firstChild); if (dom.parentNode) dom.parentNode.replaceChild(out, dom); recollectNodeTree(dom); } //子节点递归 …… else if (vchildren && vchildren.length || fc) { innerDiffNode(out, vchildren, context, mountAll); } ……复制代码

无论参与diff的元素是自定义组件还是原生dom，经过层层解构，最终都是以dom的形式进行比较。因此我们只需要关注原生dom的diff逻辑。

首先看注释1的位置，dom表示dom树上的节点，也就是要被更新掉的节点，vnode就是待渲染的虚拟节点。在例一中，diff的起点就是最外层的div，也就是第一轮的dom变量，因此注释2，注释3处的判定均为false。之后会对out节点的子节点和对应的vnode的子节点进行递归的diff操作。

那么这里首先说明了第一处问题，渲染操作的起点始终是connected状态的。

if (vlen) { for (let i=0; i<vlen; i++) { vchild = vchildren[i]; child = null; let key = vchild.key; // 相同key值匹配 if (key!=null) { if (keyedLen && key in keyed) { child = keyed[key]; keyed[key] = undefined; keyedLen--; } } // 相同nodeName匹配  else if (!child && min<childrenLen) { for (j=min; j<childrenLen; j++) { c = children[j]; if (c && isSameNodeType(c, vchild)) { child = c; children[j] = undefined; if (j===childrenLen-1) childrenLen--; if (j===min) min++; break; } } } // vnode为section节点时，dom树中既无同key节点，也无同nodeName节点，因此为null child = idiff(child, vchild, context, mountAll); ……复制代码

子节点之间的对应关系的确立依据，要么key值相同，要么nodeName相同，可以知道section和div的关系并不满足上述两种情况。因此当再次进入idiff方法的时候，在注释2的位置，由于dom不存在，会新建一个section节点赋给out，这样再次进行子元素diff的时候，由于out是一个新建节点，不包含任何子元素，section的所有子元素diff的对象都是null，这就意味这section的所有子元素最后都是被新建出来的（不论是否设置了key值），尽管它们和旧的dom上的节点一模一样。。。所以总结一下就是例一这种情况，section所有的子节点都是被新建出来的，而不是被复用的，但是整个操作过程是在disconnected情况下进行的。

那么如果给两者加上相同的key值呢？

// 例二，组件结构相同，唯一的区别是placeholder所在子树添加了相同的key值 import { h, Component } from 'preact'; export default class App extends Component { constructor() { super(); this.state = { text: '' } } handlechang = e => { this.setState({ text: e.target.value }) } render({desc}, { text }) { return ( <div> <input value={text} onChange={this.handlechang}/> {text ? <section key='placeholder'> <h2>placeholder</h2> </section>: <div key='placeholder'> <h2>placeholder</h2> </div>} </div> ) } }复制代码

因为两者具有相同的key值，所以在vnode与dom确定对应关系时可以成功的配对，进入diff环节。然而一个replace操作又让后续的所有操作都变成了connected。好消息是相同的子节点被复用了。

// 原生dom的diff逻辑 // dom节点，即div存在，且与vnode节点类型section不同类型 else if (!isNamedNode(dom, nodeName)) { out = createNode(nodeName, isSvgMode); while (dom.firstChild) out.appendChild(dom.firstChild); if (dom.parentNode) dom.parentNode.replaceChild(out, dom); recollectNodeTree(dom); }复制代码

DocumentFragment

上图为作者编写的测试案例的性能对比图，横坐标为Operation per second，数值越大代表执行效率越高。可以看出无论connected还是disconnected的情况，DocumentFragement的表现都更差。具体原因还有待考究。BenchMark原链接。

回收机制

关键词：回收池&Enhanced Mount

回收池&Enhanced Mount

在将节点从dom中移除时，不会将节点直接删除，而是会根据节点类型（组件 or node），执行一些清理逻辑之后，分别存入到两个回收池中。在每次执行Mount操作的时候，创建方法会在回收池里寻找同类型节点，一旦找到这样的同类节点，它会被作为待更新的参照节点传入diff算法中，这样再后续的比较过程中，来自回收池的节点会被作为原型进行patch改造，产生新的节点。相当于变Mount为Update，从而避免从零构建的额外开销。

现实的结局往往没有童话故事般美好，回收机制最终还是出现了意外。案发现场传送门，回收机制会在某些情况下导致节点被错误的复用……所以，如同发炎的阑尾，可能很快回收机制就会从我们的视线里消失了。

结束语

本文着重介绍了Preact的工作流程以及其中各个模块的一些工作细节，希望可以达到抛砖引玉的作用，吸引更多的人参与到社区的交流中来。对于文章所谈及内容感兴趣的朋友欢迎随时找我交流，如果线上交流有欠畅爽的话，可以把简历投到。我能想到最浪漫的事就是和你一路收藏点点滴滴的欢笑，留到以后，坐在工位上，慢慢聊。