在现代前端开发中,Solid.js和React是两个备受关注的框架。虽然它们都致力于构建高效的用户界面,但在实现方式上却有着显著的差异。本文将深入探讨这两个框架的核心概念、源码实现和性能优化策略,帮助开发者更好地理解它们的设计理念。
State:组件的记忆
Solid.js的createSignal
Solid 响应性原理大致上是将任何响应性计算封装在函数中,并在其依赖关系更新时重新运行该函数。Solid JSX 编译器还用一个函数包装了大多数 JSX 表达式(括号中的代码),因此当依赖关系发生变化时,它们会自动更新(并触发相应的 DOM 更新)。更准确地说,每当函数在跟踪范围内被调用时,就会自动重新运行该函数,例如 JSX 表达式或构建 “计算” 的 API 调用(createEffect, createMemo 等)。signal 是最基本的响应性API,它们跟踪随时间变化的单个值(可以是任何 JavaScript 对象)。
Solid.js的响应式系统核心是createSignal函数:
function createSignal(value, options) {
const s = {
value,
observers: null,
observerSlots: null,
comparator: options && options.equals ? options.equals : undefined,
};
return [readSignal.bind(s), writeSignal.bind(s)];
}
function readSignal() {
if (Listener) {
// 建立依赖关系
}
return this.value;
}
function writeSignal(value) {
if (this.comparator && this.comparator(this.value, value)) return value;
this.value = value;
if (this.observers && this.observers.length) {
runUpdates(() => {
for (let i = 0; i < this.observers.length; i++) {
const observer = this.observers[i];
observer.state && observer.state();
}
});
}
return value;
}
Solid.js通过闭包来封装状态,并通过观察者模式来管理依赖关系:
createSignal函数:
创建一个包含value、observers、observerSlots和comparator的对象。 返回一个数组,包含绑定了上下文的readSignal和writeSignal函数。
readSignal函数:
如果存在Listener(通常是一个计算效果),建立信号和Listener之间的双向依赖关系。 这种双向关系允许精确追踪哪些计算依赖于哪些信号,实现细粒度更新。
writeSignal函数:
首先检查是否需要更新(通过可选的comparator)。 如果值发生变化,更新value并通知所有观察者。 使用runUpdates来批量处理更新,提高性能。
这种设计允许Solid.js实现非常高效的响应式系统。每个信号知道哪些计算依赖它,每个计算也知道它依赖哪些信号。这种双向追踪使得Solid.js能够精确地更新只有那些真正受影响的部分,而不是重新渲染整个组件树。
React的useState
组件通常需要根据交互更改屏幕上显示的内容。输入表单应该更新输入字段,单击轮播图上的“下一个”应该更改显示的图片,单击“购买”应该将商品放入购物车。组件需要“记住”某些东西:当前输入值、当前图片、购物车。这种组件特有的记忆在 React 中 被称为 state。
相比Solid的createSignal,React的useState hook的实现要复杂得多,因为它需要与React的整个生命周期和调度系统集成。以下是一个简化版的实现:
function useState(initialState) {
const dispatcher = resolveDispatcher();
return dispatcher.useState(initialState);
}
// 在React内部
function resolveDispatcher() {
const dispatcher = ReactCurrentDispatcher.current;
if (dispatcher === null) {
throw Error('Hooks can only be called inside the body of a function component.');
}
return dispatcher;
}
// Hook的实际实现
function mountState(initialState) {
const hook = mountWorkInProgressHook();
if (typeof initialState === 'function') {
initialState = initialState();
}
hook.memoizedState = hook.baseState = initialState;
const queue = (hook.queue = {
pending: null,
dispatch: null,
lastRenderedReducer: basicStateReducer,
lastRenderedState: initialState,
});
const dispatch = (queue.dispatch = dispatchAction.bind(null, currentlyRenderingFiber, queue));
return [hook.memoizedState, dispatch];
}
React的useState实现涉及到更多的内部机制:
- 它使用了一个dispatcher系统,允许React在不同的阶段(如渲染、更新)使用不同的实现。
- 状态是存储在fiber节点的hooks链表中,而不是像Solid.js那样直接封装在闭包里。
- 更新是通过调度系统来管理的,这允许React实现批量更新和并发模式等高级特性。
- React的这种设计使得它能够支持更复杂的场景,如时间切片和优先级调度,但也增加了系统的复杂性。
这种差异反映了两个框架的不同设计理念:Solid.js追求简单高效的响应式更新,而React则致力于提供一个灵活且功能丰富的组件模型。
更新机制的差异
Solid.js的细粒度更新
Solid.js通过直接操作DOM来实现高效更新。看一个更复杂的例子来理解这一机制:
function TodoList() {
const [todos, setTodos] = createSignal([]);
const [newTodo, setNewTodo] = createSignal('');
const addTodo = (e) => {
e.preventDefault();
setTodos([...todos(), { id: Date.now(), text: newTodo(), completed: false }]);
setNewTodo('');
};
const toggleTodo = (id) => {
setTodos(
todos().map((todo) => (todo.id === id ? { ...todo, completed: !todo.completed } : todo)),
);
};
return (
<div>
<form onSubmit={addTodo}>
<input type="text" value={newTodo()} onInput={(e) => setNewTodo(e.target.value)} />
<button type="submit">Add Todo</button>
</form>
<ul>
<For each={todos()}>
{(todo) => (
<li>
<input
type="checkbox"
checked={todo.completed}
onChange={() => toggleTodo(todo.id)}
/>
<span style={{ textDecoration: todo.completed ? 'line-through' : 'none' }}>
{todo.text}
</span>
</li>
)}
</For>
</ul>
</div>
);
}
在这个例子中:
- 每个信号(
todos和newTodo)都直接与DOM中的特定部分关联。 - 当
newTodo信号更新时,只有输入框的值会改变。 - 当
todos信号更新时,Solid.js的<For>组件会智能地只更新变化的部分,而不是重新渲染整个列表。 - 复选框的状态和文本的样式都直接绑定到各个todo项的
completed属性,确保高效的更新。
这种细粒度的更新机制使得Solid.js能够在处理大量数据或频繁更新时保持高性能。
React的虚拟DOM树更新
React则通过虚拟DOM和调和过程来决定如何更新UI。:
function updateHostComponent(current, workInProgress, renderLanes) {
// 比较props
const oldProps = current.memoizedProps;
const newProps = workInProgress.pendingProps;
if (oldProps !== newProps) {
// 更新DOM属性
updateDOMProperties(instance, newProps, oldProps);
}
// 处理子元素
const oldChildren = current.child;
const newChildren = workInProgress.child;
reconcileChildren(current, workInProgress, newChildren, renderLanes);
}
function reconcileChildren(current, workInProgress, nextChildren, renderLanes) {
if (current === null) {
// 挂载新组件
workInProgress.child = mountChildFibers(workInProgress, null, nextChildren, renderLanes);
} else {
// 更新已存在的组件
workInProgress.child = reconcileChildFibers(
workInProgress,
current.child,
nextChildren,
renderLanes,
);
}
}
React的更新过程涉及以下几个关键步骤:
- 对比新旧props,决定是否需要更新DOM属性。
- 使用reconciliation算法比较新旧子元素树,这个过程是递归的。
- 对于列表渲染,React使用key prop来优化更新过程,尽可能复用已存在的DOM节点。
- 生成一个"更新计划",描述需要对实际DOM进行的最小化更改。
- 在commit阶段,React会一次性将这些更改应用到实际DOM上。
这个过程允许React在不直接操作DOM的情况下计算出最优的更新策略,这对于跨平台开发(如React Native)非常有利。然而,这也意味着React在某些情况下可能会做一些不必要的工作,特别是在处理大型列表或频繁更新时。
React的这种方法在处理复杂UI和大型应用时表现出色,因为它提供了一致的编程模型和优秀的开发者体验。但在某些高性能要求的场景下,可能需要额外的优化技巧(如useMemo、useCallback等)来避免不必要的重渲染。
组件模型对比
Solid.js的单次执行模型
Solid.js的组件只执行一次,建立响应式关系后不再重新执行。这种模型带来了一些独特的优势和考虑事项:
function ComplexComponent() {
const [count, setCount] = createSignal(0);
const [name, setName] = createSignal('John');
// 这个console.log只会在组件首次渲染时执行一次
console.log('Component rendered');
const doubleCount = createMemo(() => count() * 2);
createEffect(() => {
console.log(`Count changed to ${count()}, double is ${doubleCount()}`);
});
return (
<div>
<h1>Hello, {name()}!</h1>
<p>Count: {count()}</p>
<p>Double Count: {doubleCount()}</p>
<button onClick={() => setCount((c) => c + 1)}>Increment</button>
<input value={name()} onInput={(e) => setName(e.target.value)} />
</div>
);
}
在这个例子中:
- 组件函数体只执行一次,建立初始的响应式关系。
createMemo创建了一个响应式计算,它只在其依赖(这里是count)变化时才重新计算。createEffect设置了一个副作用,它会在count或doubleCount变化时自动执行。- JSX中的响应式值(如
{count()})会自动更新,无需重新执行整个组件函数。
这种模型的优势在于:
- 性能优化:初始化成本较低,后续更新非常高效。
- 清晰的依赖关系:响应式系统明确地追踪数据依赖。
- 减少错误:由于组件只执行一次,避免了由于重复执行可能导致的一些副作用问题。
然而,这也带来了一些需要注意的点:
- 学习曲线:开发者需要适应这种响应式的思维模式。
- 调试:由于组件只执行一次,某些调试技巧可能需要调整。
React的重复渲染模型
React组件在每次状态变化时都会重新执行。这种模型有其独特的优势和挑战:
function ComplexComponent() {
const [count, setCount] = useState(0);
const [name, setName] = useState('John');
// 这个console.log会在每次组件重新渲染时执行
console.log('Component rendered');
const doubleCount = useMemo(() => count * 2, [count]);
useEffect(() => {
console.log(`Count changed to ${count}, double is ${doubleCount}`);
}, [count, doubleCount]);
return (
<div>
<h1>Hello, {name}!</h1>
<p>Count: {count}</p>
<p>Double Count: {doubleCount}</p>
<button onClick={() => setCount((c) => c + 1)}>Increment</button>
<input value={name} onChange={(e) => setName(e.target.value)} />
</div>
);
}
在这个React例子中:
- 每次状态(
count或name)变化时,整个组件函数都会重新执行。 useMemo用于优化性能,只在count变化时重新计算doubleCount。useEffect用于处理副作用,它会在count或doubleCount变化时执行。
这种模型的优势包括:
- 简单直观:组件的状态在每次渲染时都是新的,易于理解和推理。
- 灵活性:可以在每次渲染时根据最新的props和state做出决策。
- 一致性:所有组件遵循相同的生命周期,使得行为更可预测。
然而,这种模型也带来了一些挑战:
- 性能开销:频繁的重新渲染可能导致性能问题,特别是在复杂组件中。
- 优化需求:开发者需要使用
useMemo、useCallback等钩子来优化性能。 - 副作用管理:需要小心处理副作用,以避免不必要的渲染、无限循环等。根据我的工作经验来看,这给初学者带来了较大的心智负担,给项目和团队带来了更高的复杂性和更多的工作量,尤其是你需要处理前辈们留下的一堆effect的时候(笑)。
虚拟DOM vs 编译时优化
React的虚拟DOM
虚拟DOM是JavaScript对象的树形结构,代表了实际DOM的结构。当组件的状态发生变化时,React会:
- 创建一个新的虚拟DOM树。
- 将新树与旧树进行比较(diff算法)。
- 计算出需要对实际DOM进行的最小化更改。
- 批量执行这些更改。
这个过程被称为协调(Reconciliation)。看看React是如何实现这个过程的:
function reconcileChildrenArray(returnFiber, currentFirstChild, newChildren, lanes) {
let resultingFirstChild = null;
let previousNewFiber = null;
let oldFiber = currentFirstChild;
let lastPlacedIndex = 0;
let newIdx = 0;
let nextOldFiber = null;
// 首先尝试更新现有子元素
for (; oldFiber !== null && newIdx < newChildren.length; newIdx++) {
if (oldFiber.index > newIdx) {
nextOldFiber = oldFiber;
oldFiber = null;
} else {
nextOldFiber = oldFiber.sibling;
}
const newFiber = updateSlot(returnFiber, oldFiber, newChildren[newIdx], lanes);
if (newFiber === null) {
if (oldFiber === null) {
oldFiber = nextOldFiber;
}
break;
}
if (shouldTrackSideEffects) {
if (oldFiber && newFiber.alternate === null) {
deleteChild(returnFiber, oldFiber);
}
}
lastPlacedIndex = placeChild(newFiber, lastPlacedIndex, newIdx);
if (previousNewFiber === null) {
resultingFirstChild = newFiber;
} else {
previousNewFiber.sibling = newFiber;
}
previousNewFiber = newFiber;
oldFiber = nextOldFiber;
}
// 处理剩余的新子元素或旧子元素
// ...(省略部分代码)
return resultingFirstChild;
}
这个复杂的过程允许React高效地更新DOM,即使在大型应用中也能保持良好的性能。
虚拟DOM的优势:
- 跨平台:同样的虚拟DOM可以渲染到不同的平台(Web、Native等)。
- 批量更新:多个更改可以在一次DOM操作中完成,提高性能。
- 声明式编程:开发者可以描述UI应该是什么样子,而不是如何更新它。
然而,虚拟DOM也有一些潜在的缺点:
- 内存开销:需要在内存中维护额外的JavaScript对象树。
- 学习曲线:理解和优化虚拟DOM可能需要一定的学习成本。
Solid.js的编译时优化
Solid.js采用了一种不同的方法,它在编译时就生成了高效的JavaScript代码。看一个例子:
function Counter() {
const [count, setCount] = createSignal(0);
return <div onClick={() => setCount(count() + 1)}>Count: {count()}</div>;
}
Solid.js会将这个组件编译成类似下面的代码:
import { createSignal as _createSignal } from 'solid-js';
import { insert as _insert, createComponent as _createComponent } from 'solid-js/web';
const _tmpl$ = /*#__PURE__*/ template(`<div>Count: </div>`);
function Counter() {
const [count, setCount] = _createSignal(0);
return (() => {
const _el$ = _tmpl$.cloneNode(true);
_el$.addEventListener('click', () => setCount(count() + 1));
_insert(_el$, count, null);
return _el$;
})();
}
这种编译时优化的方法有几个关键优势:
- 直接DOM操作:生成的代码直接操作DOM,避免了虚拟DOM的开销。
- 模板克隆:使用
_tmpl$.cloneNode(true)来克隆预先创建的DOM模板,这比每次都创建新的DOM元素更高效。 - 细粒度更新:
_insert(_el$, count, null)只更新依赖于count的部分,而不是整个组件。 - 事件委托:事件监听器直接添加到DOM元素上,无需额外的事件系统。
这种方法的优势包括:
- 极高的性能:直接的DOM操作和细粒度更新带来了卓越的性能。
- 小的运行时:大部分工作在编译时完成,运行时库可以很小。
- 可预测的输出:编译后的代码行为非常明确,易于理解和调试。
然而,这种方法也有一些限制:
- 编译依赖:需要构建步骤,不能直接在浏览器中使用。
- 灵活性:某些动态行为可能更难实现,因为大部分优化在编译时完成。
响应式vs声明式编程
Solid.js的响应式方法
Solid.js采用了响应式编程模型,这种模型允许开发者精确地定义数据依赖关系。通过一个更复杂的例子来深入理解这一点:
import { createSignal, createMemo, createEffect, For } from 'solid-js';
function TodoApp() {
const [todos, setTodos] = createSignal([]);
const [filter, setFilter] = createSignal('all');
const addTodo = (text) => {
setTodos([...todos(), { id: Date.now(), text, completed: false }]);
};
const toggleTodo = (id) => {
setTodos(
todos().map((todo) => (todo.id === id ? { ...todo, completed: !todo.completed } : todo)),
);
};
const filteredTodos = createMemo(() => {
return todos().filter((todo) => {
if (filter() === 'active') return !todo.completed;
if (filter() === 'completed') return todo.completed;
return true;
});
});
const remainingCount = createMemo(() => {
return todos().filter((todo) => !todo.completed).length;
});
createEffect(() => {
console.log(`You have ${remainingCount()} todos left to complete`);
});
return (
<div>
<input type="text" onKeyPress={(e) => e.key === 'Enter' && addTodo(e.target.value)} />
<For each={filteredTodos()}>
{(todo) => (
<div>
<input type="checkbox" checked={todo.completed} onChange={() => toggleTodo(todo.id)} />
<span style={{ textDecoration: todo.completed ? 'line-through' : 'none' }}>
{todo.text}
</span>
</div>
)}
</For>
<div>
<button onClick={() => setFilter('all')}>All</button>
<button onClick={() => setFilter('active')}>Active</button>
<button onClick={() => setFilter('completed')}>Completed</button>
</div>
<div>{remainingCount()} items left</div>
</div>
);
}
在这个例子中:
createSignal用于创建响应式状态(todos和filter)。createMemo用于创建派生状态(filteredTodos和remainingCount)。这些计算只在其依赖变化时才会重新执行。createEffect用于处理副作用,比如日志记录。它会在其依赖(这里是remainingCount)变化时自动重新运行。For组件用于高效地渲染列表,它会智能地只更新变化的项。- 事件处理函数(如
addTodo和toggleTodo)直接修改信号,触发相关的响应式更新。
这种响应式方法的优势在于:
- 细粒度更新:只有直接依赖变化的部分会被重新计算或渲染。
- 明确的数据流:依赖关系是显式的,易于理解和维护。
- 高性能:由于更新是精确的,不需要额外的比较或调和过程。
React的声明式方法
相比之下,React采用了一种更声明式的方法。用React重写上面的例子:
import React, { useState, useMemo, useEffect } from 'react';
function TodoApp() {
const [todos, setTodos] = useState([]);
const [filter, setFilter] = useState('all');
const addTodo = (text) => {
setTodos([...todos, { id: Date.now(), text, completed: false }]);
};
const toggleTodo = (id) => {
setTodos(
todos.map((todo) => (todo.id === id ? { ...todo, completed: !todo.completed } : todo)),
);
};
const filteredTodos = useMemo(() => {
return todos.filter((todo) => {
if (filter === 'active') return !todo.completed;
if (filter === 'completed') return todo.completed;
return true;
});
}, [todos, filter]);
const remainingCount = useMemo(() => {
return todos.filter((todo) => !todo.completed).length;
}, [todos]);
useEffect(() => {
console.log(`You have ${remainingCount} todos left to complete`);
}, [remainingCount]);
return (
<div>
<input type="text" onKeyPress={(e) => e.key === 'Enter' && addTodo(e.target.value)} />
{filteredTodos.map((todo) => (
<div key={todo.id}>
<input type="checkbox" checked={todo.completed} onChange={() => toggleTodo(todo.id)} />
<span style={{ textDecoration: todo.completed ? 'line-through' : 'none' }}>
{todo.text}
</span>
</div>
))}
<div>
<button onClick={() => setFilter('all')}>All</button>
<button onClick={() => setFilter('active')}>Active</button>
<button onClick={() => setFilter('completed')}>Completed</button>
</div>
<div>{remainingCount} items left</div>
</div>
);
}
在这个React版本中:
useState用于创建状态(todos和filter)。useMemo用于创建派生状态(filteredTodos和remainingCount)。这些计算会在依赖数组中的值变化时重新执行。useEffect用于处理副作用,如日志记录。- React的JSX直接使用这些状态和计算结果,React会在它们变化时自动更新UI。
React的声明式方法的优势在于:
- 简单的心智模型:开发者只需描述UI在任何给定状态下应该是什么样子。
- 一致的更新机制:所有组件遵循相同的生命周期和更新规则。
- 强大的生态系统:大量的工具和库支持这种编程模型。
然而,这种方法也有一些潜在的缺点:
- 性能开销:React需要比较虚拟DOM树来决定如何更新UI,这在某些情况下可能导致不必要的工作。
- 优化复杂性:开发者可能需要手动优化(如使用
useMemo和useCallback)来避免不必要的重新渲染。
性能优化策略
Solid.js的优化
Solid.js的性能优化主要来自于其设计理念和编译时优化:
- 编译时优化: Solid.js在编译阶段就生成了高效的JavaScript代码。例如:
function Counter() {
const [count, setCount] = createSignal(0);
return <div>{count()}</div>;
}
会被编译为:
const _tmpl$ = /*#__PURE__*/ template(`<div></div>`);
function Counter() {
const [count, setCount] = createSignal(0);
return (() => {
const _el$ = _tmpl$.cloneNode(true);
_insert(_el$, count);
return _el$;
})();
}
这种编译后的代码直接操作DOM,避免了运行时的开销。
- 细粒度更新: Solid.js的响应式系统允许精确地追踪依赖关系,只更新真正需要更新的部分。例如:
const [count, setCount] = createSignal(0);
const double = createMemo(() => count() * 2);
createEffect(() => {
console.log('Count changed:', count());
});
在这个例子中,只有当count信号变化时,double和效果才会重新计算。
- 响应式依赖图: Solid.js在首次渲染时建立一个响应式依赖图,之后的更新都基于这个图进行。这允许系统快速确定哪些部分需要更新,而无需遍历整个组件树。
- 避免不必要的重渲染: 由于Solid.js的组件只执行一次,它天生就避免了React中常见的不必要重渲染问题。
React的优化
React的性能优化策略更多地依赖于开发者的主动优化:
- 虚拟DOM diff:
React通过比较新旧虚拟DOM树来最小化实际DOM操作。这个过程是自动的,但开发者可以通过提供稳定的
keyprop来帮助React更好地识别列表项的变化。 - 批量更新: React会将多个状态更新合并为一次渲染,以减少不必要的重渲染。
function handleClick() {
setCount((c) => c + 1);
setFlag((f) => !f);
// 在React 18中,这两次状态更新会被自动批处理
}
- 使用
memo、useMemo和useCallback: 这些API允许开发者手动优化组件和计算的重渲染:
const MemoizedComponent = React.memo(MyComponent);
const memoizedValue = useMemo(() => computeExpensiveValue(a, b), [a, b]);
const memoizedCallback = useCallback(() => doSomething(a, b), [a, b]);
- 代码分割和懒加载:
使用
React.lazy和Suspense可以实现组件的按需加载,提高初始加载性能:
const LazyComponent = React.lazy(() => import('./LazyComponent'));
function MyComponent() {
return (
<Suspense fallback={<div>Loading...</div>}>
<LazyComponent />
</Suspense>
);
}
- 并发模式: React 18引入的并发模式允许React中断和恢复渲染过程,提高应用的响应性:
import { startTransition } from 'react';
function handleClick() {
startTransition(() => {
setCount((c) => c + 1);
});
}
这里,startTransition告诉React这是一个可以延迟的更新,允许更紧急的更新(如用户输入)优先进行。
未来趋势:Signal的兴起
随着Preact、Vue等框架也开始采用Signal模式,我们可以看到前端开发正在向更细粒度的状态管理和更新机制发展。Signal提供了以下优势:
- 更精确的依赖追踪: Signal允许框架精确地知道哪些部分依赖于哪些状态,从而实现最小化的更新。
- 潜在的性能提升: 由于更新更精确,Signal可以减少不必要的计算和渲染,特别是在大型应用中。
- 简化的状态管理: Signal提供了一种直观的方式来思考和管理状态变化,可能比传统的状态管理方案更容易理解和使用。
例如,Vue 3的组合式API就采用了类似Signal的反应式系统:
import { ref, computed, watchEffect } from 'vue'
const count = ref(0)
const double = computed(() => count.value * 2)
watchEffect(() => {
console.log(`Count is ${count.value}, double is ${double.value}`)
})
// 在组件模板中
<template>
<div>{{ count }} - {{ double }}</div>
</template>
其他框架也有着类似的Signal实现,比如Angular 信号、Preact 信号。
TC39(ECMAScript 标准委员会)最近公开了一个 Signal 提案,这个提案旨在为 JavaScript 语言本身引入原生的 Signal 支持,这可能会对未来的前端开发产生深远的影响。
如果这个提案被接受并最终成为语言标准,我们可能会看到:
- 更统一的响应式编程模型:不同的框架可能会采用相似的 Signal 实现,减少学习成本。
- 性能提升:原生实现可能会比库级别的实现更高效。
- 更好的跨框架兼容性:基于标准化的 Signal,不同框架之间的互操作性可能会提高。
TC39 Proposal for Signals (reactive primitives) is now public