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打破 React Hook 必须按顺序、不能在条件语句中调用的枷锁

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sl1673495 commented

React 官网介绍了 Hook 的这样一个限制：

不要在循环，条件或嵌套函数中调用 Hook， 确保总是在你的 React 函数的最顶层以及任何 return 之前调用他们。遵守这条规则，你就能确保 Hook 在每一次渲染中都按照同样的顺序被调用。这让 React 能够在多次的 useState 和 useEffect 调用之间保持 hook 状态的正确。(如果你对此感到好奇，我们在下面会有更深入的解释。)

这个限制在开发中也确实会时常影响到我们的开发体验，比如函数组件中出现 if 语句提前 return 了，后面又出现 Hook 调用的话，React 官方推的 eslint 规则也会给出警告。

function App(){
  if (xxx) {
    return null;
  }

  // ❌ React Hook "useState" is called conditionally. 
  // React Hooks must be called in the exact same order in every component render.
  useState();
  
  return 'Hello'
}

其实是个挺常见的用法，很多时候满足某个条件了我们就不希望组件继续渲染下去。但由于这个限制的存在，我们只能把所有 Hook 调用提升到函数的顶部，增加额外开销。

由于 React 的源码太复杂，接下来本文会以原理类似但精简很多的 Preact 的源码为切入点来调试、讲解。

限制的原因

这个限制并不是 React 团队凭空造出来的，的确是由于 React Hook 的实现设计而不得已为之。

以 Preact 的 Hook 的实现为例，它用数组和下标来实现 Hook 的查找（React 使用链表，但是原理类似）。

// 当前正在运行的组件
let currentComponent

// 当前 hook 的全局索引
let currentIndex

// 第一次调用 currentIndex 为 0
useState('first') 

// 第二次调用 currentIndex 为 1
useState('second')

可以看出，每次 Hook 的调用都对应一个全局的 index 索引，通过这个索引去当前运行组件 currentComponent 上的 _hooks 数组中查找保存的值，也就是 Hook 返回的 [state, useState]

那么假如条件调用的话，比如第一个 useState 只有 0.5 的概率被调用：

// 当前正在运行的组件
let currentComponent

// 当前 hook 的全局索引
let currentIndex

// 第一次调用 currentIndex 为 0
if (Math.random() > 0.5) {
  useState('first')
}

// 第二次调用 currentIndex 为 1
useState('second')

在 Preact 第一次渲染组件的时候，假设 Math.random() 返回的随机值是 0.6，那么第一个 Hook 会被执行，此时组件上保存的 _hooks 状态是：

_hooks: [
  { value: 'first', update: function },
  { value: 'second', update: function },
]

用图来表示这个查找过程是这样的：

第一次渲染

假设第二次渲染的时候，Math.random() 返回的随机值是 0.3，此时只有第二个 useState 被执行了，那么它对应的全局 currentIndex 会是 0，这时候去 _hooks[0] 中拿到的却是 first 所对应的状态，这就会造成渲染混乱。

第二次渲染

没错，本应该值为 second 的 value，莫名其妙的被指向了 first，渲染完全错误！

以这个例子来看：

export default function App() {
  if (Math.random() > 0.5) {
    useState(10000)
  }
  const [value, setValue] = useState(0)

  return (
    <div>
      <button onClick={() => setValue(value + 1)}>+</button>
      {value}
    </div>
  )
}

结果是这样：

chaos

破解限制

有没有办法破解限制呢？

如果要破解全局索引递增导致的 bug，那么我们可以考虑换种方式存储 Hook 状态。

如果不用下标存储，是否可以考虑用一个全局唯一的 key 来保存 Hook，这样不是就可以绕过下标导致的混乱了吗？

比如 useState 这个 API 改造成这样：

export default function App() {
  if (Math.random() > 0.5) {
    useState(10000, 'key1');
  }
  const [value, setValue] = useState(0, "key2");

  return (
    <div>
      <button onClick={() => setValue(value + 1)}>+</button>
      {value}
    </div>
  );
}

这样，通过 _hooks['key'] 来查找，就无所谓前序的 Hook 出现的任何意外情况了。

也就是说，原本的存储方式是：

_hooks: [
  { value: 'first', update: function },
  { value: 'second', update: function },
]

改造后：

_hooks: [
  key1: { value: 'first', update: function },
  key2: { value: 'second', update: function },
]

注意，数组本身就支持对象的 key 值特性，不需要改造 _hooks 的结构。

改造源码

来试着改造一下 Preact 源码，它的 Hook 包的位置在 hooks/src/index.js 下，找到 useState 方法：

export function useState(initialState) {
  currentHook = 1;
  return useReducer(invokeOrReturn, initialState, undefined);
}

它的底层调用了 useReducer，所以新增加一个 key 参数透传下去：

+ export function useState(initialState, key) {
  currentHook = 1;
+ return useReducer(invokeOrReturn, initialState, undefined, key);
}

useReducer 原本是通过全局索引去获取 Hook state：

// 全局索引
let currentIndex

export function useReducer(reducer, initialState, init) {
  const hookState = getHookState(currentIndex++, 2);
  hookState._reducer = reducer;

  return hookState._value;
}

改造成兼容版本，有 key 的时候优先传入 key 值：

// 全局索引
let currentIndex

+ export function useReducer(reducer, initialState, init, key) {
+  const hookState = getHookState(key || currentIndex++, 2);
   hookState._reducer = reducer;

   return hookState._value;
}

最后改造一下 getHookState 方法：

function getHookState(index, type) {
  const hooks =
    currentComponent.__hooks ||
    (currentComponent.__hooks = {
      _list: [],
      _pendingEffects: [],
    });

// 传入 key 值是 string 或 symbol 都可以
+  if (typeof index !== 'number') {
+    if (!hooks._list[index]) {
+      hooks._list[index] = {};
+    }
+  } else {
    if (index >= hooks._list.length) {
      hooks._list.push({});
    }
  }
  // 这里天然支持 key 值取用的方式
  return hooks._list[index];
}

这里设计成传入 key 值的时候，初始化就不往数组里 push 新状态，而是直接通过下标写入即可，原本的取状态的写法 hooks._list[index] 本身就支持通过 key 从数组上取值，不用改动。

至此，改造就完成了。

来试试新用法：

export default function App() {
  if (Math.random() > 0.5) {
    useState(10000, 'key1');
  }
  const [value, setValue] = useState(0, 'key2');

  return (
    <div>
      <button onClick={() => setValue(value + 1)}>+</button>
      {value}
    </div>
  );
}

ok

自动编译

事实上 React 团队也考虑过给每次调用加一个 key 值的设计，在 Dan Abramov 的 为什么顺序调用对 React Hooks 很重要？ 中已经详细解释过这个提案。

多重的缺陷导致这个提案被否决了，尤其是在遇到自定义 Hook 的时候，比如你提取了一个 useFormInput：

const valueKey = Symbol();
 
function useFormInput() {
  const [value, setValue] = useState(valueKey);
  return {
    value,
    onChange(e) {
      setValue(e.target.value);
    },
  };
}

然后在组件中多次调用它：

function Form() {
  // 使用 Symbol
  const name = useFormInput(); 
  // 又一次使用了同一个 Symbol
  const surname = useFormInput(); 
  // ...
  return (
    <>
      <input {...name} />
      <input {...surname} />
      {/* ... */}
    </>    
  )
}

此时这个通过 key 寻找 Hook state 的方式就会发生冲突。

但我的想法是，能不能借助 babel 插件的编译能力，实现编译期自动为每一次 Hook 调用都注入一个 key，
伪代码如下：

traverse(node) {
  if (isReactHookInvoking(node)) {
    addFunctionParameter(node, getUniqKey(node))
  }
}

生成这样的代码：

function Form() {
+  const name = useFormInput('key_1'); 
+  const surname = useFormInput('key_2'); 
  // ...
  return (
    <>
      <input {...name} />
      <input {...surname} />
      {/* ... */}
    </>    
  )
}

+ function useFormInput(key) {
+  const [value, setValue] = useState(key);
  return {
    value,
    onChange(e) {
      setValue(e.target.value);
    },
  };
}

key 的生成策略可以是随机值，也可以是注入一个 Symbol，这个无所谓，保证运行时期不会改变即可。也许有一些我没有考虑周到的地方，对此有任何想法的同学都欢迎加我微信 sshsunlight 讨论，当然单纯的交个朋友也没问题，大佬或者萌新都欢迎。

总结

本文只是一篇探索性质的文章：

  • 介绍 Hook 实现的大概原理以及限制
  • 探索出修改源码机制绕过限制的方法

其实本意是帮助大家更好的理解 Hook。

我并不希望 React 取消掉这些限制，我觉得这也是设计的取舍。

如果任何子函数，任何条件表达式中都可以调用 Hook，代码也会变得更加难以理解和维护。

如果你真的希望更加灵活的使用类似的 Hook 能力，Vue3 底层响应式收集依赖的原理就可以完美的绕过这些限制，但更加灵活的同时也一定会无法避免的增加更多维护风险。

感谢大家

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guo-jianqiang commented

可以问下博主使用的流程图软件吗？感觉很美观。

ThoughtZer commented

https://overreacted.io/why-do-hooks-rely-on-call-order 最近才开始去理解 hooks，看到楼主的文章和以及搜索到的解答。