如何優雅的使用 React Context
在開始今天的文章之前，大家不妨先想一下觸發 React 組件 re-render 的原因有哪些，或者說什么時候 React 組件會發生 re-render 。
先說結論：
- 狀態變化
- 父組件 re-render
- Context 變化
- Hooks 變化
這里有個誤解：props 變化也會導致 re-render。其實不會的，props 的變化往上追溯是因為父組件的 state 變化導致父組件 re-render，從而引起了子組件的 re-render，與 props 是否變化無關的。只有那些使用了 React.memo 和 useMemo 的組件，props 的變化才會觸發組件的 re-render。
針對上述造成 re-render 的原因，又該通過怎樣的策略優化呢？感興趣的朋友可以看這篇文章：React re-renders guide: everything, all at once。
接下來開始我們今天的主題：如何優雅的使用 React Context。上面我們提到了 Context 的變化也會觸發組件的 re-render，那 React Context 又是怎么工作呢？先簡單介紹一下 Context 的工作原理。
Context 的工作原理
Context 是 React 提供的一種直接訪問祖先節點上的狀態的方法，從而避免了多級組件層層傳遞 props 的頻繁操作。
創建 Context
通過 React.createContext 創建 Context 對象
export function createContext(
defaultValue
) {
const context = {
$$typeof: REACT_CONTEXT_TYPE,
_currentValue: defaultValue,
_currentValue2: defaultValue,
_threadCount: 0,
Provider: (null: any),
Consumer: (null: any),
};
context.Provider = {
$$typeof: REACT_PROVIDER_TYPE,
_context: context,
};
context.Consumer = context;
return context;
}React.createContext 的核心邏輯：
- 將初始值存儲在 context._currentValue
- 創建 Context.Provider 和 Context.Consumer 對應的 ReactElement 對象
在 fiber 樹渲染時，通過不同的 workInProgress.tag 處理 Context.Provider 和 Context.Consumer 類型的節點。
主要看下針對 Context.Provider 的處理邏輯：
function updateContextProvider(
current: Fiber | null,
workInProgress: Fiber,
renderLanes: Lanes,
) {
const providerType = workInProgress.type;
const context = providerType._context;
const newProps = workInProgress.pendingProps;
const oldProps = workInProgress.memoizedProps;
const newValue = newProps.value;
pushProvider(workInProgress, context, newValue);
if (oldProps !== null) {
// 更新 context 的核心邏輯
}
const newChildren = newProps.children;
reconcileChildren(current, workInProgress, newChildren, renderLanes);
return workInProgress.child;
}消費 Context
在 React 中提供了 3 種消費 Context 的方式
- 直接使用 Context.Consumer 組件（也就是上面 createContext 時創建的 Consumer）
- 類組件中，可以通過靜態屬性 contextType 消費 Context
- 函數組件中，可以通過 useContext 消費 Context
這三種方式內部都會調用 prepareToReadContext 和 readContext 處理 Context。prepareToReadContext 中主要是重置全局變量為readContext 做準備。
接下來主要看下readContext ：
export function readContext<T>(
context: ReactContext<T>,
observedBits: void | number | boolean,
): T {
const contextItem = {
context: ((context: any): ReactContext<mixed>),
observedBits: resolvedObservedBits,
next: null,
};
if (lastContextDependency === null) {
lastContextDependency = contextItem;
currentlyRenderingFiber.dependencies = {
lanes: NoLanes,
firstContext: contextItem,
responders: null,
};
} else {
lastContextDependency = lastContextDependency.next = contextItem;
}
// 2. 返回 currentValue
return isPrimaryRenderer ? context._currentValue : context._currentValue2;
}readContext的核心邏輯：
- 構建 contextItem 并添加到 workInProgress.dependencies 鏈表（contextItem 中保存了對當前 context 的引用，這樣在后續更新時，就可以判斷當前 fiber 是否依賴了 context ，從而判斷是否需要 re-render）
- 返回對應 context 的 _currentValue 值
更新 Context
當觸發 Context.Provider 的 re-render 時，重新走 updateContextProvider 中更新的邏輯：
function updateContextProvider(
current: Fiber | null,
workInProgress: Fiber,
renderLanes: Lanes,
) {
// ...
// 更新邏輯
if (oldProps !== null) {
const oldValue = oldProps.value;
if (is(oldValue, newValue)) {
// 1. value 未發生變化時，直接走 bailout 邏輯
if (
oldProps.children === newProps.children &&
!hasLegacyContextChanged()
) {
return bailoutOnAlreadyFinishedWork(
current,
workInProgress,
renderLanes,
);
}
} else {
// 2. value 變更時，走更新邏輯
propagateContextChange(workInProgress, context, renderLanes);
}
//...
}接下來看下 propagateContextChange (核心邏輯在 propagateContextChange_eager 中) 的邏輯：
function propagateContextChange_eager < T > (
workInProgress: Fiber,
context: ReactContext < T > ,
renderLanes: Lanes,
): void {
let fiber = workInProgress.child;
if (fiber !== null) {
fiber.return = workInProgress;
}
// 從子節點開始匹配是否存在消費了當前 Context 的節點
while (fiber !== null) {
let nextFiber;
const list = fiber.dependencies;
if (list !== null) {
nextFiber = fiber.child;
let dependency = list.firstContext;
while (dependency !== null) {
// 1. 判斷 fiber 節點的 context 和當前 context 是否匹配
if (dependency.context === context) {
// 2. 匹配時，給當前節點調度一個更新任務
if (fiber.tag === ClassComponent) {}
fiber.lanes = mergeLanes(fiber.lanes, renderLanes);
const alternate = fiber.alternate;
if (alternate !== null) {
alternate.lanes = mergeLanes(alternate.lanes, renderLanes);
}
// 3. 向上標記 childLanes
scheduleContextWorkOnParentPath(
fiber.return,
renderLanes,
workInProgress,
);
list.lanes = mergeLanes(list.lanes, renderLanes);
break;
}
dependency = dependency.next;
}
} else if (fiber.tag === ContextProvider) {} else if (fiber.tag === DehydratedFragment) {} else {}
// ...
fiber = nextFiber;
}
}核心邏輯：
- 從 ContextProvider 的節點出發，向下查找所有 fiber.dependencies 依賴當前 Context 的節點
- 找到消費節點時，從當前節點出發，向上回溯標記父節點 fiber.childLanes，標識其子節點需要更新，從而保證了所有消費了該 Context 的子節點都會被重新渲染，實現了 Context 的更新
總結
- 在消費階段，消費者通過 readContext 獲取最新狀態，并通過 fiber.dependencies 關聯當前 Context
- 在更新階段，從 ContextProvider 節點出發查找所有消費了該 context 的節點
如何避免 Context 引起的 re-render
從上面分析 Context 的整個工作流程，我們可以知道當 ContextProvider 接收到 value 變化時就會找到所有消費了該 Context 的組件進行 re-render，若 ContextProvider 的 value 是一個對象時，即使沒有使用到發生變化的 value 的組件也會造成多次不必要的 re-render。
那我們怎么做優化呢？直接說方案：
- 將 ContextProvider 的值做 memoize 處理
- 對數據和 API 做拆分（或者說是將 getter（state）和 setter（API）做拆分）
- 對數據做拆分（細粒度拆分）
- Context Selector
具體的 case 可參考上述提到的優化文章：React re-renders guide: everything, all at once。
接下來開始我們今天的重點：Context Selector。開始之前先來個 case1：
import React, { useState } from "react";
const StateContext = React.createContext(null);
const StateProvider = ({ children }) => {
console.log("StateProvider render");
const [count1, setCount1] = useState(1);
const [count2, setCount2] = useState(1);
return (
<StateContext.Provider
value={{ count1, setCount1, count2, setCount2 }}>
{children}
</StateContext.Provider>
);
};
const Counter1 = () => {
console.log("count1 render");
const { count1, setCount1 } = React.useContext(StateContext);
return (
<>
<div>Count1: {count1}</div>
<button
onClick={() => setCount1((n) => n + 1)}>setCount1</button>
</>
);
};
const Counter2 = () => {
console.log("count2 render");
const { count2, setCount2 } = React.useContext(StateContext);
return (
<>
<div>Count2: {count2}</div>
<button onClick={() => setCount2((n) => n + 1)}>setCount2</button>
</>
);
};
const App = () => {
return (
<StateProvider>
<Counter1 />
<Counter2 />
</StateProvider>
);
};
export default App;?
開發環境記得關閉 StrictMode 模式，否則每次 re-render 都會走兩遍。具體使用方式和 StrictMode 的意義可參考官方文檔。
?
通過上面的 case，我們會發現在 count1 觸發更新時，即使 Counter2 沒有使用 count1 也會進行 re-render。這是因為 count1 的更新會引起 StateProvider 的 re-render，從而會導致 StateProvider 的 value 生成全新的對象，觸發 ContextProvider 的 re-render，找到當前 Context 的所有消費者進行 re-render。
如何做到只有使用到 Context 的 value 改變才觸發組件的 re-render 呢？社區有一個對應的解決方案 dai-shi/use-context-selector: React useContextSelector hook in userland。
接下來我們改造一下上述的 case2：
import React, { useState } from 'react';
import { createContext, useContextSelector } from 'use-context-selector';
const context = createContext(null);
const Counter1 = () => {
const count1 = useContextSelector(context, v => v[0].count1);
const setState = useContextSelector(context, v => v[1]);
const increment = () => setState(s => ({
...s,
count1: s.count1 + 1,
}));
return (
<div>
<span>Count1: {count1}</span>
<button type="button" onClick={increment}>+1</button>
{Math.random()}
</div>
);
};
const Counter2 = () => {
const count2 = useContextSelector(context, v => v[0].count2);
const setState = useContextSelector(context, v => v[1]);
const increment = () => setState(s => ({
...s,
count2: s.count2 + 1,
}));
return (
<div>
<span>Count2: {count2}</span>
<button type="button" onClick={increment}>+1</button>
{Math.random()}
</div>
);
};
const StateProvider = ({ children }) => (
<context.Provider value={useState({ count1: 0, count2: 0 })}>
{children}
</context.Provider>
);
const App = () => (
<StateProvider>
<Counter1 />
<Counter2 />
</StateProvider>
);
export default App這時候問題來了，不是說好精準渲染的嗎？怎么還是都會進行 re-render。解決方案：將 react 改為 v17 版本（v17對應的case3），后面我們再說具體原因（只想說好坑..）。
use-context-selector
接下來我們主要分析下 createContext 和 useContextSelector 都做了什么（官方還有其他的 API ，感興趣的朋友可以自行查看，核心還是這兩個 API）。
createContext
簡化一下，只看核心邏輯：
import { createElement, useLayoutEffect, useRef, createContext as createContextOrig } from 'react'
const CONTEXT_VALUE = Symbol();
const ORIGINAL_PROVIDER = Symbol();
const createProvider = (
ProviderOrig
) => {
const ContextProvider = ({ value, children }) => {
const valueRef = useRef(value);
const contextValue = useRef();
if (!contextValue.current) {
const listeners = new Set();
contextValue.current = {
[CONTEXT_VALUE]: {
/* "v"alue */ v: valueRef,
/* "l"isteners */ l: listeners,
},
};
}
useLayoutEffect(() => {
valueRef.current = value;
contextValue.current[CONTEXT_VALUE].l.forEach((listener) => {
listener({ v: value });
});
}, [value]);
return createElement(ProviderOrig, { value: contextValue.current }, children);
};
return ContextProvider;
};
export function createContext(defaultValue) {
const context = createContextOrig({
[CONTEXT_VALUE]: {
/* "v"alue */ v: { current: defaultValue },
/* "l"isteners */ l: new Set(),
},
});
context[ORIGINAL_PROVIDER] = context.Provider;
context.Provider = createProvider(context.Provider);
delete context.Consumer; // no support for Consumer
return context;
}對原始的 createContext 包一層，同時為了避免 value 的意外更新造成消費者的不必要 re-render ，將傳遞給原始的 createContext 的 value 通過 uesRef 進行存儲，這樣在 React 內部對比新舊 value 值時就不會再操作 re-render（后續 value 改變后派發更新時就需要通過 listener 進行 re-render 了），最后返回包裹后的 createContext 給用戶使用。
useContextSelector
接下來看下簡化后的 useContextSelector ：
export function useContextSelector(context, selector) {
const contextValue = useContextOrig(context)[CONTEXT_VALUE];
const {
/* "v"alue */ v: { current: value },
/* "l"isteners */ l: listeners
} = contextValue;
const selected = selector(value);
const [state, dispatch] = useReducer(
(prev, action) => {
if ("v" in action) {
if (Object.is(prev[0], action.v)) {
return prev; // do not update
}
const nextSelected = selector(action.v);
if (Object.is(prev[1], nextSelected)) {
return prev; // do not update
}
return [action.v, nextSelected];
}
},
[value, selected]
);
useLayoutEffect(() => {
listeners.add(dispatch);
return () => {
listeners.delete(dispatch);
};
}, [listeners]);
return state[1];
}核心邏輯：
- 每次渲染時，通過 selector 和 value 獲取最新的 selected
- 同時將 useReducer 對應的 dispatch 添加到 listeners
- 當 value 改變時，就會執行 listeners 中收集到 dispatch 函數，從而在觸發 reducer 內部邏輯，通過對比 value 和 selected 是否有變化，來決定是否觸發當前組件的 re-render
在 react v18 下的 bug
回到上面的 case 在 react v18 的表現和在原始 Context 的表現幾乎一樣，每次都會觸發所有消費者的 re-render。再看 use-context-selector 內部是通過 useReducer 返回的 dispatch 函數派發組件更新的。
接下來再看下 useReducer 在 react v18 和 v17 版本到底有什么不一樣呢？看個簡單的 case：
import React, { useReducer } from "react";
const initialState = 0;
const reducer = (state, action) => {
switch (action) {
case "increment":
return state;
default:
return state;
}
};
export const App = () => {
console.log("UseReducer Render");
const [count, dispatch] = useReducer(reducer, initialState);
return (
<div>
<div>Count = {count}</div>
<button onClick={() => dispatch("increment")}>Inacrement</button>
</div>
);
};簡單描述下：多次點擊按鈕「Inacrement」，在 react 的 v17 和 v18 版本分別會有什么表現？
先說結論：
- v17：只有首次渲染會觸發 App 組件的 render，后續點擊將不再觸發 re-render
- v18：每次都會觸發 App 組件的 re-render（即使狀態沒有實質性的變化也會觸發 re-render）
這就要說到【eager state 策略】了，在 React 內部針對多次觸發更新，而最后狀態并不會發生實質性變化的情況，組件是沒有必要渲染的，提前就可以中斷更新了。
也就是說 useReducer 內部是有做一定的性能優化的，而這優化會存在一些 bug，最后 React 團隊也在 v18 后移除了該優化策略（注：useState 還是保留該優化），詳細可看該相關 PR Remove usereducer eager bailout。當然該 PR 在社區也存在一些討論（Bug: useReducer and same state in React 18），畢竟無實質性的狀態變更也會觸發 re-render，對性能還是有一定影響的。
回歸到 useContextSelector ，無優化版本的 useReducer 又是如何每次都觸發組件 re-render 呢？
具體原因：在上面 useReducer 中，是通過 Object.is 判斷 value 是否發生了實質性變化，若沒有，就返回舊的狀態，在 v17 有優化策略下，就不會再去調度更新任務了，而在 v18 沒有優化策略的情況下，每次都會調度新的更新任務，從而引發組件的 re-render。
通過 useSyncExternalStore 優化
通過分析知道造成 re-render 的原因是使用了 useReducer，那就不再依賴該 hook，使用 react v18 新的 hook useSyncExternalStore 來實現 useContextSelector（優化后的 case4）。
export function useContextSelector(context, selector) {
const contextValue = useContextOrig(context)[CONTEXT_VALUE];
const {
/* "v"alue */ v: { current: value },
/* "l"isteners */ l: listeners
} = contextValue;
const lastSnapshot = useRef(selector(value));
const subscribe = useCallback(
(callback) => {
listeners.add(callback);
return () => {
listeners.delete(callback);
};
},
[listeners]
);
const getSnapshot = () => {
const {
/* "v"alue */ v: { current: value }
} = contextValue;
const nextSnapshot = selector(value);
lastSnapshot.current = nextSnapshot;
return nextSnapshot;
};
return useSyncExternalStore(subscribe, getSnapshot);
}實現思路：
- 收集訂閱函數 subscribe 的 callback（即 useSyncExternalStore 內部的 handleStoreChange ）
- 當 value 發生變化時，觸發 listeners 收集到的 callback ，也就是執行 handleStoreChange 函數，通過 getSnapshot 獲取新舊值，并通過 Object.is 進行對比，判斷當前組件是否需要更新，從而實現了 useContextSelector 的精確更新
當然除了 useReducer 對應的性能問題，use-context-selector 還存在其他的性能，感興趣的朋友可以查看這篇文章從 0 實現 use-context-selector。同時，use-context-selector 也是存在一些限制，比如說不支持 Class 組件、不支持 Consumer …
針對上述文章中，作者提到的問題二和問題三，個人認為這并不是 use-context-selector 的問題，而是 React 底層自身帶來的問題。比如說：問題二，React 組件是否 re-render 跟是否使用了狀態是沒有關系的，而是和是否觸發了更新狀態的 dispatch 有關，如果一定要和狀態綁定一起，那不就是 Vue 了嗎。對于問題三，同樣是 React 底層的優化策略處理并沒有做到極致這樣。
總結
回到 React Context 工作原理來看，只要有消費者訂閱了該 Context，在該 Context 發生變化時就會觸達所有的消費者。也就是說整個工作流程都是以 Context 為中心的，那只要把 Context 拆分的粒度足夠小就不會帶來額外的渲染負擔。但是這樣又會帶來其他問題：ContextProvider 會嵌套多層，同時對于粒度的把握對開發者來說又會帶來一定的心智負擔。
從另一條路出發：Selector 機制，通過選擇需要的狀態從而規避掉無關的狀態改變時帶來的渲染開銷。除了社區提到的 use-context-selector ，React 團隊也有一個相應的 RFC 方案 RFC: Context selectors，不過這個 RFC 從 19 年開始目前還處于持續更新階段。
最后，對于 React Context 的使用，個人推薦：「不頻繁更改的全局狀態（比如說：自定義主題、賬戶信息、權限信息等）可以合理使用 Context，而對于其他頻繁修改的全局狀態可以通過其他數據流方式維護，可以更好的避免不必要的 re-render 開銷」。
參考
- https://www.developerway.com/posts/react-re-renders-guide
- https://react.dev/reference/react/StrictMode#enabling-strict-mode-for-entire-app
- https://github.com/dai-shi/use-context-selector
- https://github.com/facebook/react/pull/22445
- https://github.com/facebook/react/issues/24596
- https://react.dev/reference/react/useSyncExternalStore
- https://juejin.cn/post/7197972831795380279
- https://github.com/reactjs/rfcs/pull/119
- case1：https://codesandbox.io/s/serverless-frost-9ryw2x?file=/src/App.js
- case2：https://codesandbox.io/s/use-context-selector-vvs93q?file=/src/App.js
- case3：https://codesandbox.io/s/elegant-montalcini-nkrvlh?file=/src/App.js
- case4：https://codesandbox.io/s/use-context-selector-smsft3?file=/src/App.js
