一步步实现React-Hooks核心原理

React Hooks已经推出一段时间，大家应该比较熟悉，或者多多少少在项目中用过。写这篇文章简单分析一下Hooks的原理，并带大家实现一个简易版的Hooks。

这篇写的比较细，相关的知识点都会解释，给大家刷新一下记忆。

Hooks

Hooks是React 16.8推出的新功能。以这种更简单的方式进行逻辑复用。之前函数组件被认为是无状态的。但是通过Hooks，函数组件也可以有状态，以及类组件的生命周期方法。

useState用法示例：

import React, { useState } from 'react';

function Example() {
  // count是组件的状态
  const [count, setCount] = useState(0);

  return (
    <div>
      <p>You clicked {count} times</p>
      <button onClick={() => setCount(count + 1)}>        Click me      </button>
    </div>
  );
}
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闭包

开始之前，我们来简单回顾一下闭包的概念，因为Hooks的实现是高度依赖闭包的。

闭包（Closure），Kyle Simpson在《你不知道的Javascript》中总结闭包是：

Closure is when a function is able to remember and access its lexical scope even when that function is executing outside its lexical scope.

闭包就是，函数可以访问到它所在的词法作用域，即使是在定义以外的位置调用。

闭包的一个重要应用就是，实现内部变量/私有数据。

var counter = 0;

// 给计数器加1
function add() {
  counter += 1;
}

// 调用 add() 3次
add(); // 1
add(); // 2
counter = 1000;
add(); // 1003
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这里因为counter不是内部变量，所以谁都能修改它的值。我们不想让人随意修改counter怎么办？这时候就可以用闭包：参考 前端手写面试题详细解答

function getAdd() {
  var counter = 0;
  return function add() {counter += 1;}
}
var add = getAdd();
add(); // 1
add(); // 2
add(); // 3
counter = 1000 // error! 当前位置无法访问counter
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我们还可以把函数的定义挪到调用的位置，用一个立即执行函数表达式IIFE(Immediately Invoked Function Expression)：

var add = (function getAdd() {
  var counter = 0;
  return function add() {counter += 1;}
})();
add(); // 1
add(); // 2
add(); // 3
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这种通过IIFE创建闭包的方式也叫做模块模式(Module Pattern)，它创建了一个封闭的作用域，只有通过返回的对象/方法来操纵作用域中的值。这个模式由来已久了，之前很多Javascript的库，比如jQuery，就是用它来导出自己的实例的。

开始动手实现

理清闭包的概念后可以着手写了。从简单的入手，先来实现setState。

function useState(initialValue) {
  var _val = initialValue; // _val是useState的变量
  function state() {
    // state是一个内部函数，是闭包
    return _val;
  }
  function setState(newVal) {
    _val = newVal;
  }
  return [state, setState];
}
var [foo, setFoo] = useState(0);
console.log(foo()); // 0
setFoo(1);
console.log(foo()) // 1
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根据useState的定义来实现。比较简单不需要多解释。

将useState应用到组件中

现在我们将这个简易版的useState应用到一个Counter组件中：

function Counter() {
  const [count, setCount] = useState(0);
  return {
    click: () => setCount(count() + 1),
    render: () => console.log('render:', { count: count() })
  }
}
const C = Counter();
C.render(); // render: { count: 0 }
C.click();
C.render(); // render: { count: 1 }
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这里简单起见，就不render真实DOM了，因为我们只关心组件的状态，所以每次render的时候打印count的值。

这里点击click之后，counter的值加一，useState的基本功能实现了。但现在state是一个函数而不是一个变量，这和React的API不一致，接下来我们就来改正这一点。

过期闭包

function useState(initialValue) {
  var _val = initialValue
  // 去掉了state()函数
  function setState(newVal) {
    _val = newVal
  }
  return [_val, setState] //直接返回_val
}
var [foo, setFoo] = useState(0)
console.log(foo) // 0
setFoo(1) // 更新_val
console.log(foo) // 0 - BUG！
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如果我们直接把state从函数改成变量，问题就出现了，state不更新了。无论点击几次，Counter的值始终不变。这个是过期闭包问题（Stale Closure Problem）。因为在useState返回的时候，state就指向了初始值，所以后面即使counter的值改变了，打印出来的仍然就旧值。我们想要的是，返回一个变量的同时，还能让这个变量和真实状态同步。那如何来实现呢？

模块模式

解决办法就是将闭包放在另一个闭包中。

const MyReact = (function() {
  let _val //将_val提升到外层闭包
  return {
    render(Component) {
      const Comp = Component()
      Comp.render()
      return Comp
    },
    useState(initialValue) {
      _val = _val || initialValue //每次刷新
      function setState(newVal) {
        _val = newVal
      }
      return [_val, setState]
    }
  }
})()
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我们运用之前提到的模块模式，创建一个MyReact模块（第一层闭包），返回的对象中包含useState方法（第二层闭包）。useState返回值中的state，指向的是useState闭包中的_val，而每次调用useState，_val都会重新绑定到上层的_val上，保证返回的state的值是最新的。解决了过期闭包的问题。

MyReact还提供了另外一个方法render，方法中调用组件的render方法来“渲染”组件，也是为了不渲染DOM的情况下进行测试。

function Counter() {
  const [count, setCount] = MyReact.useState(0)
  return {
    click: () => setCount(count + 1),
    render: () => console.log('render:', { count })
  }
}
let App
App = MyReact.render(Counter) // render: { count: 0 }
App.click()
App = MyReact.render(Counter) // render: { count: 1 }
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这里每次调用MyReact.render(Counter)，都会生成新的Counter实例，调用实例的render方法。render方法中调用了MyReact.useState()。MyReact.useState()在多次执行之间，外层闭包中的_val值保持不变，所以count会绑定到当前的_val上，这样就可以打印出正确的count值了。

实现useEffect

实现了useState之后，接下来实现useEffect。

const MyReact = (function() {
  let _val, _deps // 将状态和依赖数组保存到外层的闭包中
  return {
    render(Component) {
      const Comp = Component()
      Comp.render()
      return Comp
    },
    useEffect(callback, depArray) {
      const hasNoDeps = !depArray
      const hasChangedDeps = _deps ? !depArray.every((el, i) => el === _deps[i]) : true
      if (hasNoDeps || hasChangedDeps) {
        callback()
        _deps = depArray
      }
    },
    useState(initialValue) {
      _val = _val || initialValue
      function setState(newVal) {
        _val = newVal
      }
      return [_val, setState]
    }
  }
})()

// usage
function Counter() {
  const [count, setCount] = MyReact.useState(0)
  MyReact.useEffect(() => {
    console.log('effect', count)
  }, [count])
  return {
    click: () => setCount(count + 1),
    noop: () => setCount(count),
    render: () => console.log('render', { count })
  }
}
let App
App = MyReact.render(Counter)
// effect 0
// render {count: 0}
App.click()
App = MyReact.render(Counter)
// effect 1
// render {count: 1}
App.noop()
App = MyReact.render(Counter)
// // 没有执行effect
// render {count: 1}
App.click()
App = MyReact.render(Counter)
// effect 2
// render {count: 2}
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在MyReact.useEffect中，我们将依赖数组保存到_deps，每次调用，都和前一次的依赖数组进行比对。发生变化才触发回调。

注意这里在比较依赖时用的是Object.is, React在比较state变化时也是用它。注意Object.is在比较时不会做类型转换（和==不同）。另外NaN === NaN返回false，但是Object.is(NaN, NaN)会返回true。

(简单起见，我们实现的useEffect，回调函数是同步执行的，所以打印出来的log是effect先执行，然后才是render。实际React中useEffect的回调函数应该是异步执行的)

支持多个Hooks

到此为止我们已经简单实现了useState和useEffect。但还有一个问题，就是useState和useEffect每个组件中只能用一次。

那么怎么才能支持使用多次hooks呢，我们可以将hooks保存到一个数组中。

const MyReact = (function() {
  let hooks = [],
    currentHook = 0 // 存储hooks的数组，和数组指针
  return {
    render(Component) {
      const Comp = Component() // 执行effect
      Comp.render()
      currentHook = 0 // 每次render后，hooks的指针清零
      return Comp
    },
    useEffect(callback, depArray) {
      const hasNoDeps = !depArray
      const deps = hooks[currentHook]
      const hasChangedDeps = deps ? !depArray.some((el, i) => !Object.is(el, deps[i])) : true
      if (hasNoDeps || hasChangedDeps) {
        callback()
        hooks[currentHook] = depArray
      }
      currentHook++ // 每调用一次指针加一
    },
    useState(initialValue) {
      hooks[currentHook] = hooks[currentHook] || initialValue
      const setStateHookIndex = currentHook // 注意⚠️这句不是没用。是避免过期闭包问题。
      const setState = newState => (hooks[setStateHookIndex] = newState)
      return [hooks[currentHook++], setState]
    }
  }
})()
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注意这里用了一个新的变量setStateHookIndex来保存currentHook的值。这是为了避免useState闭包包住旧的currentHook的值。

将改动应用到组件中：

function Counter() {
  const [count, setCount] = MyReact.useState(0)
  const [text, setText] = MyReact.useState('foo') // 第二次用了useState
  MyReact.useEffect(() => {
    console.log('effect', count, text)
  }, [count, text])
  return {
    click: () => setCount(count + 1),
    type: txt => setText(txt),
    noop: () => setCount(count),
    render: () => console.log('render', { count, text })
  }
}
let App
App = MyReact.render(Counter)
// effect 0 foo
// render {count: 0, text: 'foo'}
App.click()
App = MyReact.render(Counter)
// effect 1 foo
// render {count: 1, text: 'foo'}
App.type('bar')
App = MyReact.render(Counter)
// effect 1 bar
// render {count: 1, text: 'bar'}
App.noop()
App = MyReact.render(Counter)
// // 不运行effect
// render {count: 1, text: 'bar'}
App.click()
App = MyReact.render(Counter)
// effect 2 bar
// render {count: 2, text: 'bar'}
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实现多个hooks支持的基本思路，就是用一个数组存放hooks。每次使用hooks时，将hooks指针加1。每次render以后，将指针清零。

Custom Hooks

接下来，可以借助已经实现的hooks继续实现custom hooks：

function Component() {
  const [text, setText] = useSplitURL('www.google.com')
  return {
    type: txt => setText(txt),
    render: () => console.log({ text })
  }
}
function useSplitURL(str) {
  const [text, setText] = MyReact.useState(str)
  const masked = text.split('.')
  return [masked, setText]
}
let App
App = MyReact.render(Component)
// { text: [ 'www', 'google', 'com' ] }
App.type('www.reactjs.org')
App = MyReact.render(Component)
// { text: [ 'www', 'reactjs', 'org' ] }}
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重新理解Hooks规则

了解Hooks的实现可以帮助我们理解Hooks的使用规则。还记得使用Hooks的原则吗？hooks只能用到组件最外层的代码中，不能包裹在if或者循环里，原因是在React内部，通过数组来存储hooks。所以必须保证每次render，hooks的顺序不变，数量不变，才能做deps的比对。