Fiber、协程和 Generator行为上的区别?
“可中断”和“可恢复” 确实是 Fiber、协程和 Generator 在行为上最显著的共同点。
它们的巨大差异在于 “如何实现” 以及 “为何而设计”。
让我们深入底层,看看 yield/next
和 Fiber 分别是如何运作的。
1. Generator 如何实现中断与恢复?(语言层面的魔法)
Generator 的中断恢复是 JavaScript 引擎在语言层面提供的原生能力。
核心机制:执行上下文的保存与切换
当您调用一个 Generator 函数 function* gen()
时,引擎并不会立即执行它,而是返回一个 迭代器对象。
当您调用 iterator.next()
时,引擎会:
- 创建/恢复一个独立的执行上下文:这个上下文包含了 Generator 函数内部的局部变量、参数、以及当前执行到的位置。
- 执行直至 yield:引擎在这个独立的上下文中执行代码,直到遇到
yield
关键字。 - 暂停并交出值:遇到
yield
时,引擎立即冻结当前的执行上下文,并将yield
后面的值包装成{value: ..., done: false}
返回给调用者。这个上下文被完整地保存在堆内存中。 - 等待下一次 next:函数调用似乎“返回”了,主线程可以去做其他事情。当再次调用
iterator.next()
时,引擎会找到之前冻结的上下文,将其解冻并完全恢复,从上次yield
语句之后继续执行。
可以把它想象成:
引擎给这个 Generator 函数拍了一张快照。yield
时保存快照并暂停,next()
时则把快照加载回来继续播放。这个“拍快照”的能力是 JS 引擎内置的,开发者无法直接控制。
2. Fiber 如何实现中断与恢复?(应用层面的模拟)
Fiber 的中断恢复是 React 团队在 JavaScript 应用层,用代码模拟出来的能力。因为 React 无法改变 JS 引擎。
核心机制:链表数据结构 + 循环模拟递归
-
数据结构:Fiber 节点链表
React 将虚拟 DOM 树转换成了一个由 Fiber 节点组成的链表。每个 Fiber 节点对应一个组件,并包含以下信息:child
: 指向第一个子节点。sibling
: 指向下一个兄弟节点。return
: 指向父节点。stateNode
: 组件实例或 DOM 节点。alternate
: 指向当前节点对应的上一次渲染的 Fiber 节点(用于 Diff 比较)。
这就是“可恢复”的秘密所在:所有的工作状态都明确地存储在这个链表数据结构里,而不是依赖调用栈。
-
执行过程:循环和手动记录
React 不再使用递归来遍历树。递归一旦开始就无法中断,因为调用栈的信息由引擎管理。
取而代之,React 实现了一个workLoop
(工作循环),它基于requestIdleCallback
(或setTimeout
)来在一帧的空闲时间里执行任务。这个循环大概是这样的:
let nextFiberUnitOfWork = null; // 下一个要处理的Fiber节点(这就是“恢复”点) let shouldYield = false; // 是否该中断了function workLoop(deadline) {while (nextFiberUnitOfWork && !shouldYield) {// 1. 处理当前Fiber节点(“执行”)nextFiberUnitOfWork = performUnitOfWork(nextFiberUnitOfWork);// 2. 检查当前帧是否还有剩余时间shouldYield = deadline.timeRemaining() < 1;}// 3. 如果时间不够了,就中断循环,并请求下一次空闲周期再继续if (nextFiberUnitOfWork) {requestIdleCallback(workLoop);} }// 开始工作 requestIdleCallback(workLoop);
-
performUnitOfWork
函数:
这个函数是核心,它做三件事:- Begin:处理当前 Fiber 节点(如调用 Render、Diff 子节点)。
- 向下遍历:如果有子节点,返回子节点作为下一个工作单元。
- 向上/向右遍历:如果没有子节点,就处理兄弟节点。如果没有兄弟节点,就“完成”当前节点并返回父节点。
通过总是返回下一个要处理的节点,React 完全摆脱了对调用栈的依赖。中断时,它只需要记录下
nextFiberUnitOfWork
这个变量。恢复时,工作循环直接从上次记录的这个节点开始继续处理即可。
对比与总结
特性 | Generator (yield /next ) | React Fiber |
---|---|---|
实现层级 | 语言引擎层。由 JS 规范定义,引擎原生支持。 | 应用层。React 用纯 JavaScript 代码和数据结构模拟实现。 |
中断/恢复原理 | 冻结/解冻执行上下文。引擎魔法,效率高但不可见。 | 手动记录链表遍历的指针。通过循环和返回“下一个节点”来模拟。状态完全保存在 Fiber 节点数据结构中。 |
控制权 | 协同式 (Cooperative)。函数通过 yield 主动让出控制权。 | 调度式 (Preemptive)。由外部的 调度器 (Scheduler) 根据优先级和剩余时间强制中断。 |
状态保存 | 由引擎自动保存完整的函数执行上下文。 | 由 React 显式地保存在 Fiber 节点的数据结构中。 |
目标 | 为解决迭代和异步编程问题,提供一种通用的控制流机制。 | 为解决 UI 渲染阻塞问题,实现可中断的渲染和优先级调度。 |
为什么 React 不直接用 Generator?
正如上面的对比所示:
- 功能不足:Generator 的“主动让出”模型无法实现 React 需要的基于优先级的“强制中断”。高优先级的更新(如用户输入)无法打断一个正在执行的 Generator 函数。
- 开销问题:Generator 的上下文保存和恢复虽然高效,但对于 React 大量、频繁的更新操作来说,依然是不够的。Fiber 的手动控制可以做到更极致的优化。
- 状态承载:React 需要承载的信息远不止函数内部的几个变量,而是整个组件的状态、副作用、子节点关系等。Fiber 的链表结构是专为这个目的设计的完美载体,而 Generator 的上下文对此并不知情。
简单比喻:
- Generator 像是一本自带书签的书,你看累了可以主动夹上书签(
yield
),下次从书签处继续读(next
)。 - Fiber 像是你正在拼一个巨大的乐高模型。你无法让时间停止,但你可以在下班时用手机拍一张照片,记录下拼到哪一步了(这就是
nextFiberUnitOfWork
)。明天上班,看着照片就能继续拼。这个“拍照记录”的行为,就是 Fiber 在应用层模拟的“中断与恢复”。