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」，它牺牲了可读性并且存在内存泄漏风险（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。

function App() {
  const [num, setNum] = useState < number > 0;

  return (
    <div>
      <div>num: {num}</div>
      <button onClick={() => setNum(num + 1)}>加 1</button>
    </div>
  );
}
复制代码

有了上面的探索，借助闭包，封装一个 setState 如下：

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
复制代码

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。

实现的代码如下：

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
复制代码

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：

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>
  );
}
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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：

变量名	cursor
num	0
unusedNum	1
num2	2

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=2 的时候对应的变量是 num2。而其实 num2 对应的 cursor 应该是 3。就会导致setNum2并不起作用。

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：

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>;
}
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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：

// 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
}
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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。

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>
  );
}
复制代码

⚠️ 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。两种方法的对比如下：

Class	Hooks
代码逻辑清晰（构造函数、componentDidMount 等）	需要配合变量名和注释
不容易内存泄漏	容易发生内存泄漏

总的来说，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。关于内存泄漏，下面是一个例子（目前还没找到方法规避这种向全局传递状态更新函数的做法）：

import React, { useState } from "react";
import ReactDOM from "react-dom";

let func: any;
setInterval(() => {
  typeof func === "function" && func(Date.now());
  console.log("interval");
}, 1000);

function App() {
  const [num, setNum] = useState < number > 0;
  if (typeof func !== "function") {
    func = setNum;
  }
  return <div>{num}</div>;
}

function render() {
  ReactDOM.render(<App />, document.getElementById("root"));
}

render();
复制代码

参考链接

React hooks: not magic, just arrays
A Complete Guide to useEffect
useEffect 完整指南
React Hooks 原理: useEffect实现有问题，回调函数调用 state 的更新函数，会爆栈

文章中多有见解不到当之处，欢迎讨论和指正。
https://juejin.cn/post/6844903975838285838