React Context 实现原理解析

本文由我和ChatGTP联合共创，参考资料在文末，如有勘误请指出，如有侵权请联系我删除，谢谢！

什么是 React Context？

Context 是 React 提供的一种跨层级组件通信的机制，它允许你在组件树中共享数据，而不必手动通过 props 一层层传递。

我们通常使用 props 将数据显式传递到使用它的组件，这是组件数据传递最好的方式。但是当我们需要在组件树中深层传递参数，逐层传递 props 就会变得很麻烦。

那有没有一种方式可以将数据直达所需要的组件中，而不需要层层传递呢？React 的 Context 就能满足我们的这个需求。使用Context我们可以将数据传递到任何需要使用他的子组件中，而不需要额外的声明props。

Context API 概览及使用

Context 主要由三个部分组成：React.createContext 方法、Context.Provider 组件和 Context.Consumer 组件。

定义Context - React.createContext ：

是一个用于创建 Context 对象的方法。它接收一个默认值作为参数，并返回一个包含 Provider 和 Consumer 组件的对象。默认值在组件树中找不到匹配的 Provider 时被使用。

// 创建一个名为 MyContext 的 Context 对象，并指定默认值为 "default value"
const MyContext = React.createContext("default value");

赋值Context - Context.Provider 组件：

Context.Provider 是用于提供数据的组件，它接收一个 value 属性作为数据的值。Provider 组件将 value 中的数据传递给其子组件中的所有 Consumer 组件。当 Provider 的 value 发生变化时，所有依赖该 Provider 的 Consumer 组件都会重新渲染。

import { MyContext } from './MyContext';

function App() {
  // 使用 MyContext.Provider 提供共享数据
  return (
    <MyContext.Provider value="Hello from Context">
      <ChildComponent />
    </MyContext.Provider>
  );
}

消费Context - Context.Consumer 组件：

Context.Consumer 组件用于在组件树中消费共享的数据。它必须包含在 Context.Provider 内部，并且使用函数作为其子元素。这个函数接收当前的 Context 值作为参数，并返回 React 元素。当 Context.Provider 的 value 发生变化时，Context.Consumer 组件会重新渲染，获取最新的 Context 值。
Consumer 组件通过函数作为子组件的方式，将 Provider 提供的值作为该函数的参数，可以在函数体内使用该值。

import { MyContext } from './MyContext';
function ChildComponent() {
  // 使用 MyContext.Consumer 消费共享数据
  return (
    <MyContext.Consumer>
      {value => <div>{value}</div>}
    </MyContext.Consumer>
  );
}

使用 useContext 钩子简化 Context 的消费

React 16.8 引入了 useContext hooks，我们可以通过使用 useContext hook 简化 Context 的使用。以上面Consumer 消费的例子为例，使用 useContext 可以这样写：

import { MyContext } from './MyContext';
function ChildComponent() {
  const value = useContext(MyContext);
  return <div>{value}</div>;
}

在上述示例中，useContext(MyContext) 的调用会返回 MyContext 的当前值，然后可以直接在组件中使用该值。useContext 的好处在于简化了代码，消除了嵌套的 Context.Consumer 组件，使得组件的代码更加简洁和易读。
需要注意，useContext 只能用于函数组件中，并且只能用于获取一个 Context 对象的值。如果需要获取多个 Context 对象的值，仍然需要使用多个 useContext。

通过 Context API，我们可以在组件树中方便地共享数据，避免了逐层传递 props 的繁琐。使用 React.createContext() 方法创建 Context 对象，Context.Provider 提供数据，而 Context.Consumer / useContext 消费数据，这样可以轻松实现跨组件层级的数据传递。

React Context 的实现原理

数据结构：Context 对象

image.png

export function createContext<T>(defaultValue: T): ReactContext<T> {
  // 源码中context对象
  const context: ReactContext<T> = {
    $$typeof: REACT_CONTEXT_TYPE,
    _calculateChangedBits: calculateChangedBits,
    // As a workaround to support multiple concurrent renderers, we categorize
    // some renderers as primary and others as secondary. We only expect
    // there to be two concurrent renderers at most: React Native (primary) and
    // Fabric (secondary); React DOM (primary) and React ART (secondary).
    // Secondary renderers store their context values on separate fields.
    _currentValue: defaultValue,
    _currentValue2: defaultValue,
    // Used to track how many concurrent renderers this context currently
    // supports within in a single renderer. Such as parallel server rendering.
    _threadCount: 0,
    // These are circular
    Provider: (null: any),
    Consumer: (null: any),
  };

  context.Provider = {
    $$typeof: REACT_PROVIDER_TYPE,
    _context: context,
  };
  ......
  context.Consumer = context;
  return context;
}

从 ReactContext.js 源码中可以看出，React Context 是一个 JavaScript 对象，它包含了两个属性：Provider 和 Consumer。Provider 组件用于提供数据，Consumer 组件用于消费数据。
同时还有两个变量 _currentValue 和_currentValue2 用来储存值，默认取createContext 创建时传入得 defaultValue。_currentValue 主要用来保存传递给Provider的value属性值。从注释可以看出, 保存 2 个 value 是为了支持多个渲染器并发渲染。
context工作流程可以概括为三个步骤：

1. 实例化context，并将默认值defaultValue赋值给context._currentValue
2. 每遇到一个同类型context.Provier，将value赋值给context._currentValue
3. Consumer / useContext取context._currentValue上的值

通过上述流程我们可以看出，Context的核心实现主要是步骤2，即value值的更新。

Context 的更新与触发-基于 Fiber 架构的实现

当 Provider 的值发生变化时，React 会重新渲染与之相关的所有 Consumer 组件。这是通过一种叫做“订阅/发布模式”（Publish/Subscribe）的机制实现的。Provider 组件维护一个订阅列表，当值发生变化时，会通知订阅了该 Provider 的所有 Consumer 组件，触发它们的重新渲染。—ChatGTP如是一本正经的说（这一点感觉它说的不太对，感觉是在瞎编糊弄我呢😂）

React Fiber 架构对于 Context 的实现起到了重要的作用。在 Fiber 架构下，React 使用单链表的数据结构来表示组件树，这样可以更高效地进行协调和更新。当 Provider 的值发生变化时，React 会通过遍历 Fiber 树的方式，找到所有依赖于该 Provider 的节点，并触发它们的重新渲染。

其主要更新逻辑在 propagateContextChange方法：

• 向下遍历: 从ContextProvider类型的节点开始, 向下查找所有fiber.dependencies依赖该context的节点(consumer).
• 向上遍历: 从consumer节点开始, 向上遍历（每个子元素都引用了父节点）, 修改父路径上所有节点的fiber.childLanes属性, 表明其子节点有改动, 子节点会进入更新逻辑.

fiber树

主要更新步骤：

1. 当 Context 的值发生变化时，React 会触发 Context 的更新，来更新 Provider 组件的状态。
2. Provider 组件的状态更新完成后，会调用 ReactFiber 中的 scheduleUpdateOnFiber(markRootUpdated) 方法来标记 Context 相关的 Fiber 节点为“脏”状态，表示需要重新渲染。
3. 在 React 的调度过程中，React 会遍历“脏”状态的 Fiber 节点，并进行协调和更新操作。对于依赖于 Context 的 Consumer 组件，会触发它们的重新渲染。在遍历过程中，React 会根据 Fiber 节点的类型，调用对应的更新函数（如函数组件的 updateFunctionComponent、类组件的 updateClassComponent）。
4. 在更新函数中，React 会检查 Consumer 组件是否依赖于发生变化的 Context。如果依赖的 Context 发生了更新，React 会标记 Consumer 对应的 Fiber 节点为“脏”状态，触发重新渲染。
5. 在协调和更新过程完成后，React 会进行提交阶段，将新的 Fiber 树的变更应用到实际的 DOM 中。在commit提交阶段，React 会遍历 Fiber 树，并根据 Fiber 节点的类型执行不同的操作，如创建新的 DOM 节点、更新属性、插入、移动或删除 DOM 节点等。在更新过程中，React 会将新的 Fiber 树与旧的 Fiber 树进行比较和交换（diff算法），确保更新是以高效的方式进行的。

嵌套组件的数据生产（更新）和消费

const MyContext = React.createContext(0);

<MyContext.Provider value={1}>
  <MyContext.Provider value={2}>
    <MyContext.Provider value={3}>
      <Child1 />
    </MyContext.Provider>
    <Child2 />
  </MyContext.Provider>
  <Child3 />
</MyContext.Provider>

在上面代码中，MyContext 的值会从默认值0，逐渐被更新为1、2、3，沿途消费的Child组件取得的值分别为：3、2、1。整个后进先出的流程很像栈（其实就是）：1、2、3分别入栈，3、2、1分别出栈，过程中栈顶的值就是context当前的值。

实现这种嵌套的机制，React 利用的就是是栈的特性（后进先出），通过 pushProvider 方法进行入栈 和 popProvider方法进行出栈。
每次执行pushProvider时将context._currentValue更新为当前值：使用push 方法将 cursor.current 的值推到 valueStack 的栈顶，然后把当前 provider 节点的变化了的 value 值放到 cursor.current 中。

// 使用栈存储 context._currentValue 值
function pushProvider(providerFiber, context, nextValue) {
  // 入栈
  push(valueCursor, context._currentValue, providerFiber)
  // 修改 context 的值
  context._currentValue = nextValue
}

function push<T>(cursor: StackCursor<T>, value: T, fiber: Fiber): void {
  index++;
	
  valueStack[index] = cursor.current;

  // ...
  
	// 保存最新值
  cursor.current = value;
}

image.png

popProvider出栈操作执行时，会将context._currentValue更新为上一个context._currentValue：pop 方法则将 cursor.current 的值替换成 valueStack 栈顶的值，然后栈顶的值重置为 null，接着 index--。

function popProvider(
  context: ReactContext<any>,
  providerFiber: Fiber,
): void {
  
  const currentValue = valueCursor.current;
  // ...
 	context._currentValue = currentValue;
  // ...
  pop(valueCursor, providerFiber);
}

function pop<T>(cursor: StackCursor<T>, fiber: Fiber): void {
  // ...
	// 取出栈顶元素
  cursor.current = valueStack[index];

  valueStack[index] = null;
	// ...
  index--;
}

4. Context 的性能优化

在大型应用中，React Context 可能会面临性能问题，主要涉及以下几个方面：

• 嵌套层级过深：当 Context 嵌套层级过深时，每个 Consumer 组件在渲染时都需要检查其上层是否存在匹配的 Provider 组件。这种嵌套关系会增加渲染的开销，特别是在庞大的组件树中。
• 未优化的更新触发：如果 Context 的值发生变化时，所有依赖该 Context 的 Consumer 组件都会触发重新渲染。在某些情况下，这可能会导致无关的组件重新渲染，造成性能浪费。

针对这些性能问题，可以采取以下优化策略：

1. 避免过深的嵌套层级：尽量避免在组件树中创建过深的 Context 嵌套结构。可以通过重构组件结构、合并多个 Context，或者使用更细粒度的 Context 来减少嵌套层级。
2. 使用 shouldComponentUpdate 或 React.memo：在 Consumer 组件中，可以使用 shouldComponentUpdate 或 React.memo 来进行性能优化。通过对比前后的 Context 值，可以避免不必要的重新渲染。
3. 使用 useContext 和 useReducer：在性能要求较高的情况下，可以使用 useContext 配合 useReducer 来替代 useContext 配合 useState。因为 useReducer 提供了更细粒度的更新控制，可以减少不必要的重新渲染。
4. 使用局部化的 Context：对于大型应用中的某些模块或功能，可以使用局部化的 Context，而不是将 Context 放置在整个应用的顶层。这样可以减少不必要的 Consumer 组件，提高渲染性能。
5. 使用数据分离：对于只读的全局数据，可以考虑使用状态管理库（如 Redux 或 MobX）来管理，而不是使用 Context。这样可以提供更高效的状态管理和更新机制。

性能优化应该根据具体的应用场景和需求进行评估和实施。在进行优化时，可以使用性能分析工具（如 React DevTools 和 Chrome DevTools）来定位性能瓶颈，并针对性地进行调整。

参考资料

1. Chatgtp 对话
2. React 官方文档
3. React github 源码
4. 深入 React Context 源码与实现
5. Context原理
6. React Context的核心实现，就5行代码