关于 useState 的一切

（给前端大全加星标，提升前端技能）

作者：魔术师卡颂 公号 / 卡颂

作为React开发者，你能答上如下两个问题么：

1. 对于如下函数组件：

function App() {
  const [num, updateNum] = useState(0);
  window.updateNum = updateNum;
  return num;
}

调用window.updateNum(1)可以将视图中的0更新为1么？

2. 对于如下函数组件：

function App() {
  const [num, updateNum] = useState(0);
  
  function increment() {
    setTimeout(() => {
      updateNum(num + 1);
    }, 1000);
  }
  
  return <p onClick={increment}>{num}</p>;
}

在1秒内快速点击p5次，视图上显示为几？

👉向右滑动展示答案                                             1. 可以
                                                            2. 显示为1

其实，这两个问题本质上是在问：

• useState如何保存状态？

• useState如何更新状态？

本文会结合源码，讲透如上两个问题。

这些，就是你需要了解的关于useState的一切。

hook如何保存数据

FunctionComponent的render本身只是函数调用。

那么在render内部调用的hook是如何获取到对应数据呢？

比如：

• useState获取state

• useRef获取ref

• useMemo获取缓存的数据

答案是：

每个组件有个对应的fiber节点（可以理解为虚拟DOM），用于保存组件相关信息。

每次FunctionComponent render时，全局变量currentlyRenderingFiber都会被赋值为该FunctionComponent对应的fiber节点。

所以，hook内部其实是从currentlyRenderingFiber中获取状态信息的。

多个hook如何获取数据

我们知道，一个FunctionComponent中可能存在多个hook，比如：

function App() {
  // hookA
  const [a, updateA] = useState(0);
  // hookB
  const [b, updateB] = useState(0);
  // hookC
  const ref = useRef(0);
  
  return <p></p>;
}

那么多个hook如何获取自己的数据呢？

答案是：

currentlyRenderingFiber.memoizedState中保存一条hook对应数据的单向链表。

对于如上例子，可以理解为：

const hookA = {
  // hook保存的数据
  memoizedState: null,
  // 指向下一个hook
  next: hookB
  // ...省略其他字段
};

hookB.next = hookC;

currentlyRenderingFiber.memoizedState = hookA;

当FunctionComponent render时，每执行到一个hook，都会将指向currentlyRenderingFiber.memoizedState链表的指针向后移动一次，指向当前hook对应数据。

这也是为什么React要求hook的调用顺序不能改变（不能在条件语句中使用hook） —— 每次render时都是从一条固定顺序的链表中获取hook对应数据的。

useState执行流程

我们知道，useState返回值数组第二个参数为改变state的方法。

在源码中，他被称为dispatchAction。

每当调用dispatchAction，都会创建一个代表一次更新的对象update：

const update = {
  // 更新的数据
  action: action,
  // 指向下一个更新
  next: null
};

对于如下例子

function App() {
  const [num, updateNum] = useState(0);
  
  function increment() {
    updateNum(num + 1);
  }
  
  return <p onClick={increment}>{num}</p>;
}

调用updateNum(num + 1)，会创建：

const update = {
  // 更新的数据
  action: 1,
  // 指向下一个更新
  next: null
  // ...省略其他字段
};

如果是多次调用dispatchAction，例如：

function increment() {
  // 产生update1
  updateNum(num + 1);
  // 产生update2
  updateNum(num + 2);
  // 产生update3
  updateNum(num + 3);
}

那么，update会形成一条环状链表。

update3 --next--> update1
  ^                 |
  |               update2
  |______next_______|
                          

这条链表保存在哪里呢？

既然这条update链表是由某个useState的dispatchAction产生，那么这条链表显然属于该useState hook。

我们继续补充hook的数据结构。

const hook = {
  // hook保存的数据
  memoizedState: null,
  // 指向下一个hook
  next: hookForB
  // 本次更新以baseState为基础计算新的state
  baseState: null,
  // 本次更新开始时已有的update队列
  baseQueue: null,
  // 本次更新需要增加的update队列
  queue: null,
};

其中，queue中保存了本次更新update的链表。

在计算state时，会将queue的环状链表剪开挂载在baseQueue最后面，baseQueue基于baseState计算新的state。

在计算state完成后，新的state会成为memoizedState。

为什么更新不基于memoizedState而是baseState，是因为state的计算过程需要考虑优先级，可能有些update优先级不够被跳过。所以memoizedState并不一定和baseState相同。更详细的解释见React技术揭秘^[1]

回到我们开篇第一个问题：

function App() {
  const [num, updateNum] = useState(0);
  window.updateNum = updateNum;
  return num;
}

调用window.updateNum(1)可以将视图中的0更新为1么？

我们需要看看这里的updateNum方法的具体实现：

updateNum === dispatchAction.bind(null, currentlyRenderingFiber, queue);

可见，updateNum方法即绑定了currentlyRenderingFiber与queue（即hook.queue）的dispatchAction。

上文已经介绍，调用dispatchAction的目的是生成update，并插入到hook.queue链表中。

既然queue作为预置参数已经绑定给dispatchAction，那么调用dispatchAction就步仅局限在FunctionComponent内部了。

update的action

第二个问题

function App() {
  const [num, updateNum] = useState(0);
  
  function increment() {
    setTimeout(() => {
      updateNum(num + 1);
    }, 1000);
  }
  
  return <p onClick={increment}>{num}</p>;
}

在1秒内快速点击p5次，视图上显示为几？

我们知道，调用updateNum会产生update，其中传参会成为update.action。

在1秒内点击5次。在点击第五次时，第一次点击创建的update还没进入更新流程，所以hook.baseState还未改变。

那么这5次点击产生的update都是基于同一个baseState计算新的state，并且num变量也还未变化（即5次update.action（即num + 1）为同一个值）。

所以，最终渲染的结果为1。

useState与useReducer

那么，如何5次点击让视图从1逐步变为5呢？

由以上知识我们知道，需要改变baseState或者action。

其中baseState由React的更新流程决定，我们无法控制。

但是我们可以控制action。

action不仅可以传值，也可以传函数。

// action为值
updateNum(num + 1);
// action为函数
updateNum(num => num + 1);

在基于baseState与update链表生成新state的过程中：

let newState = baseState;
let firstUpdate = hook.baseQueue.next;
let update = firstUpdate;

// 遍历baseQueue中的每一个update
do {
  if (typeof update.action === 'function') {
    newState = update.action(newState);
  } else {
    newState = action;
  }
} while (update !== firstUpdate)

可见，当传值时，由于我们5次action为同一个值，所以最终计算的newState也为同一个值。

而传函数时，newState基于action函数计算5次，则最终得到累加的结果。

如果这个例子中，我们使用useReducer而不是useState，由于useReducer的action始终为函数，所以不会遇到我们例子中的问题。

事实上，useState本身就是预置了如下reducer的useReducer。

function basicStateReducer(state, action) {
  return typeof action === 'function' ? action(state) : action;
}

总结

通过本文，我们了解了useState的完整执行过程。

参考资料

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