1 基本概念：Component(組件)、instance(組件實例)、 element、jsx、dom

Component（組件）

Component就是我們經常實現的組件，可以是類組件（class component）或者函數式組件（functional component）

1.而類組件又可以分為普通類組件(React.Component)以及純類組件（React.PureComponent），總之這兩類都屬于類組件，只不過PureComponent基于shouldComponentUpdate做了一些優化。

2.函數式組件則用來簡化一些簡單組件的實現，用起來就是寫一個函數，
入參是組件屬性props，出參與類組件的render方法返回值一樣，
是react element（注意這里已經出現了接下來要介紹的element哦）。

下面我們分別按三種方式實現下Welcome組件：

// Component
class Welcome extends React.Component {
    render() {
        return <h1>Hello, {this.props.name}</h1>;
    }
}

// PureComponent
class Welcome extends React.PureComponent {
    render() {
        return <h1>Hello, {this.props.name}</h1>;
    }
}

// functional component
function Welcome(props) {
    return <h1>Hello, {props.name}</h1>;
}

instance（組件實例）

熟悉面向對象編程的人肯定知道類和實例的關系，這里也是一樣的，組件實例其實就是一個組件類實例化的結果，概念雖然簡單，但是在react這里卻容易弄不明白，為什么這么說呢？因為大家在react的使用過程中并不會自己去實例化一個組件實例，這個過程其實是react內部幫我們完成的，因此我們真正接觸組件實例的機會并不多。我們更多接觸到的是下面要介紹的element，因為我們通常寫的jsx其實就是element的一種表示方式而已(后面詳細介紹)。雖然組件實例用的不多，但是偶爾也會用到，其實就是ref。ref可以指向一個dom節點或者一個類組件(class component)的實例，但是不能用于函數式組件，因為函數式組件不能實例化。這里簡單介紹下ref，我們只需要知道ref可以指向一個組件實例即可，更加詳細的介紹大家可以看react官方文檔Refs and the DOM。

前面已經提到了element，即類組件的render方法以及函數式組件的返回值均為
element。那么這里的element到底是什么呢？其實很簡單，就是一個純對象（plain object），而且這個純對象包含兩個屬性：type:(string|ReactClass)和props:Object，注意element并不是組件實例，而是一個純對象。雖然element不是組件實例，但是又跟組件實例有關系，element是對組件實例或者dom節點的描述。如果type是string類型，則表示dom節點，如果type是function或者class類型，則表示組件實例。比如下面兩個element分別描述了一個dom節點和一個組件實例：

// 描述dom節點
{
  type: 'button',
  props: {
    className: 'button button-blue',
    children: {
      type: 'b',
      props: {
        children: 'OK!'
      }
    }
  }
}

function Button(props){
  // ...
}

// 描述組件實例
{
  type: Button,
  props: {
    color: 'blue',
    children: 'OK!'
  }
}

jsx

只要弄明白了element，那么jsx就不難理解了，jsx只是換了一種寫法，方便我們來創建element而已，想想如果沒有jsx那么我們開發效率肯定會大幅降低，而且代碼肯定非常不利于維護。比如我們看下面這個jsx的例子

const foo = <div id="foo">Hello!</div>;

其實說白了就是定義了一個dom節點div，并且該節點的屬性集合是{id: 'foo'}，children是Hello!，就這點信息量而已，因此完全跟下面這種純對象的表示是等價的：

{
  type: 'div',
  props: {
    id: 'foo',
    children: 'Hello!'
  }
}

那么React是如何將jsx語法轉換為純對象的呢？其實就是利用Babel編譯生成的，我們只要在使用jsx的代碼里加上個編譯指示(pragma)即可，可以參考這里Babel如何編譯jsx。比如我們將編譯指示設置為指向createElement函數：/** @jsx createElement */，那么前面那段jsx代碼就會編譯為：

var foo = createElement('div', {id:"foo"}, 'Hello!');

可以看出，jsx的編譯過程其實就是從<、>這種標簽式寫法到函數調用式寫法的一種轉化而已。有了這個前提，我們只需要簡單實現下createElement函數不就可以構造出element了嘛，我們后面自己實現簡版react也會用到這個函數：

function createElement(type, props, ...children) {
    props = Object.assign({}, props);
    props.children = [].concat(...children)
      .filter(child => child != null && child !== false)
      .map(child => child instanceof Object ? child : createTextElement(child));
    return {type, props};
}

dom
dom我們這里也簡單介紹下，作為一個前端研發人員，想必大家對這個概念應該再熟悉不過了。我們可以這樣創建一個dom節點div：

const divDomNode = window.document.createElement('div');

其實所有dom節點都是HTMLElement類的實例，我們可以驗證下：

window.document.createElement('div') instanceof window.HTMLElement;
// 輸出 true

關于HTMLElementAPI可以參考這里：HTMLElement介紹。因此，dom節點是HTMLElement類的實例；同樣的，在react里面，組件實例是組件類的實例，而element又是對組件實例和dom節點的描述，現在這些概念之間的關系大家應該都清楚了吧。介紹完了這幾個基本概念，我們畫個圖來描述下這幾個概念之間的關系：

2 虛擬dom與diff算法

相信使用過react的同學都多少了解過這兩個概念：虛擬dom以及diff算法。這里的虛擬dom其實就是前面介紹的element，為什么說是虛擬dom呢，前面咱們已經介紹過了，element只是dom節點或者組件實例的一種純對象描述而已，并不是真正的dom節點，因此是虛擬dom。react給我們提供了聲明式的組件寫法，當組件的props或者state變化時組件自動更新。整個頁面其實可以對應到一棵dom節點樹，每次組件props或者state變更首先會反映到虛擬dom樹，然后最終反應到頁面dom節點樹的渲染。

那么虛擬dom跟diff算法又有什么關系呢？之所以有diff算法其實是為了提升渲染效率，試想下，如果每次組件的state或者props變化后都把所有相關dom節點刪掉再重新創建，那效率肯定非常低，所以在react內部存在兩棵虛擬dom樹，分別表示現狀以及下一個狀態，setState調用后就會觸發diff算法的執行，而好的diff算法肯定是盡可能復用已有的dom節點，避免重新創建的開銷。我用下圖來表示虛擬dom和diff算法的關系：

react組件最初渲染到頁面后先生成第1幀虛擬dom，這時current指針指向該第一幀。setState調用后會生成第2幀虛擬dom，這時next指針指向第二幀，接下來diff算法通過比較第2幀和第1幀的異同來將更新應用到真正的dom樹以完成頁面更新。
這里再次強調一下setState后具體怎么生成虛擬dom，因為這點很重要，而且容易忽略。其實剛剛已經介紹過什么是虛擬dom了，其實就是element樹而已。那element樹是怎么來的呢？其實就是render方法返回的嘛，下面的流程圖再加深下印象：

react組件最初渲染到頁面后先生成第1幀虛擬dom，這時current指針指向該第一幀。setState調用后會生成第2幀虛擬dom，這時next指針指向第二幀，接下來diff算法通過比較第2幀和第1幀的異同來將更新應用到真正的dom樹以完成頁面更新。
這里再次強調一下setState后具體怎么生成虛擬dom，因為這點很重要，而且容易忽略。其實剛剛已經介紹過什么是虛擬dom了，其實就是element樹而已。那element樹是怎么來的呢？其實就是render方法返回的嘛，下面的流程圖再加深下印象：

其實react官方對diff算法有另外一個稱呼，大家肯定會在react相關資料中看到，叫Reconciliation，我個人認為這個詞有點晦澀難懂，不過后來又重新翻看了下詞典，發現其實跟diff算法一個意思：

可以看到reconcile有消除分歧、核對的意思，在react語境下就是對比虛擬dom異同的意思，其實就是說的diff算法。這里強調下，我們后面實現部實現reconcile函數，其實就是實現diff算法。

3 生命周期與diff算法

生命周期與diff算法又有什么關系呢？這里我們以componentDidMount、componentWillUnmount、ComponentWillUpdate以及componentDidUpdate為例說明下二者的關系。我們知道，setState調用后會接著調用render生成新的虛擬dom樹，而這個虛擬dom樹與上一幀可能會產生如下區別：

1.新增了某個組件；
2.刪除了某個組件；
3.更新了某個組件的部分屬性。

因此，我們在實現diff算法的過程會在相應的時間節點調用這些生命周期函數。
這里需要重點說明下前面提到的第1幀，我們知道每個react應用的入口都是：

ReactDOM.render(
    <h1>Hello, world!</h1>,
    document.getElementById('root')
);

ReactDom.render也會生成一棵虛擬dom樹，但是這棵虛擬dom樹是開天辟地生成的``第一幀，沒有前一幀用來做diff，因此這棵虛擬dom樹對應的所有組件都只會調用掛載期的生命周期函數，比如componentDidMount,componentWillUnmount`。

4 實現

掌握了前面介紹的這些概念，實現一個簡版react也就不難了。首先看一下我們要實現哪些API，我們最終會以如下方式使用：

// 聲明編譯指示
/** @jsx DiyReact.createElement */

// 導入我們下面要實現的API
const DiyReact = importFromBelow();

// 業務代碼
const randomLikes = () => Math.ceil(Math.random() * 100);
const stories = [
    {name: "DiyReact介紹", url: "http://google.com", likes: randomLikes()},
    {name: "Rendering DOM elements ", url: "http://google.com", likes: randomLikes()},
    {name: "Element creation and JSX", url: "http://google.com", likes: randomLikes()},
    {name: "Instances and reconciliation", url: "http://google.com", likes: randomLikes()},
    {name: "Components and state", url: "http://google.com", likes: randomLikes()}
];

class App extends DiyReact.Component {
    render() {
        return (
            <div>
                <h1>DiyReact Stories</h1>
                <ul>
                    {this.props.stories.map(story => {
                        return <Story name={story.name} url={story.url} />;
                    })}
                </ul>
            </div>
        );
    }

    componentWillMount() {
        console.log('execute componentWillMount');
    }

    componentDidMount() {
        console.log('execute componentDidMount');
    }

    componentWillUnmount() {
        console.log('execute componentWillUnmount');
    }
}

class Story extends DiyReact.Component {
    constructor(props) {
        super(props);
        this.state = {likes: Math.ceil(Math.random() * 100)};
    }
    like() {
        this.setState({
            likes: this.state.likes + 1
        });
    }
    render() {
        const {name, url} = this.props;
        const {likes} = this.state;
        const likesElement = <span />;
        return (
            <li>
                <button onClick={e => this.like()}>{likes}<b>??</b></button>
                <a href={url}>{name}</a>
            </li>
        );
    }

    // shouldcomponentUpdate() {
    //   return true;
    // }

    componentWillUpdate() {
        console.log('execute componentWillUpdate');
    }

    componentDidUpdate() {
        console.log('execute componentDidUpdate');
    }
}

// 將組件渲染到根dom節點
DiyReact.render(<App stories={stories} />, document.getElementById("root"));

我們在這段業務代碼里面使用了render、createElement以及Component三個API，因此后面的任務就是實現這三個API并包裝到一個函數importFromBelow內即可。

4.1 實現createElement

createElement函數的功能跟jsx是緊密相關的，前面介紹jsx的部分已經介紹過了，其實就是把類似html的標簽式寫法轉化為純對象element，具體實現如下：

function createElement(type, props, ...children) {
    props = Object.assign({}, props);
    props.children = [].concat(...children)
        .filter(child => child != null && child !== false)
        .map(child => child instanceof Object ? child : createTextElement(child));
    return {type, props};
}

// rootInstance用來緩存一幀虛擬dom
let rootInstance = null;
function render(element, parentDom) {
    // prevInstance指向前一幀
    const prevInstance = rootInstance;
    // element參數指向新生成的虛擬dom樹
    const nextInstance = reconcile(parentDom, prevInstance, element);
    // 調用完reconcile算法(即diff算法)后將rooInstance指向最新一幀
    rootInstance = nextInstance;
}

render函數實現很簡單，只是進行了兩幀虛擬dom的對比(reconcile)，然后將rootInstance指向新的虛擬dom。細心點會發現，新的虛擬dom為element，即最開始介紹的element，而reconcile后的虛擬dom是instance，不過這個instance并不是組件實例，這點看后面instantiate的實現。總之render方法其實就是調用了reconcile方法進行了兩幀虛擬dom的對比而已。

4.3 實現instantiate

那么前面的instance到底跟element有什么不同呢？其實instance指示簡單的是把element重新包了一層，并把對應的dom也給包了進來，這也不難理解，畢竟我們調用reconcile進行diff比較的時候需要把跟新應用到真實的dom上，因此需要跟dom關聯起來，下面實現的instantiate函數就干這個事的。注意由于element包括dom類型和Component類型(由type字段判斷，不明白的話可以回過頭看一下第一節的element相關介紹)，因此需要分情況處理：
dom類型的element.type為string類型，對應的instance結構為{element, dom, childInstances}。
Component類型的element.type為ReactClass類型，對應的instance結構為{dom, element, childInstance, publicInstance}，注意這里的publicInstance就是前面介紹的組件實例。

function instantiate(element) {
    const {type, props = {}} = element;

    const isDomElement = typeof type === 'string';

    if (isDomElement) {
        // 創建dom
        const isTextElement = type === TEXT_ELEMENT;
        const dom = isTextElement ? document.createTextNode('') : document.createElement(type);

        // 設置dom的事件、數據屬性
        updateDomProperties(dom, [], element.props);
        const children = props.children || [];
        const childInstances = children.map(instantiate);
        const childDoms = childInstances.map(childInstance => childInstance.dom);
        childDoms.forEach(childDom => dom.appendChild(childDom));
        const instance = {element, dom, childInstances};
        return instance;
    } else {
        const instance = {};
        const publicInstance = createPublicInstance(element, instance);
        const childElement = publicInstance.render();
        const childInstance = instantiate(childElement);
        Object.assign(instance, {dom: childInstance.dom, element, childInstance, publicInstance});
        return instance;
    }
}

需要注意，由于dom節點和組件實例都可能有孩子節點，因此instantiate函數中有遞歸實例化的邏輯。

4.4 實現reconcile(diff算法)

重點來了，reconcile是react的核心，顯然如何將新設置的state快速的渲染出來非常重要，因此react會盡量復用已有節點，而不是每次都動態創建所有相關節點。但是react強大的地方還不僅限于此，react16將reconcile算法由之前的stack架構升級成了fiber架構，更近一步做的性能優化。fiber相關的內容下一節再介紹，這里為了簡單易懂，仍然使用類似stack架構的算法來實現，對于fiber現在只需要知道其調度原理即可，當然后面有時間可以再實現一版基于fiber架構的。

首先看一下整個reconcile算法的處理流程

可以看到，我們會根據不同的情況做不同的處理：

1.如果是新增instance，那么需要實例化一個instance并且appendChild；
2.如果是不是新增instance，而是刪除instance，那么需要removeChild；
3.如果既不是新增也不是刪除instance，那么需要看instance的type是否變化，如果有變化，那節點就無法復用了，也需要實例化instance，然后replaceChild；
4.如果type沒變化就可以復用已有節點了，這種情況下要判斷是原生dom節點還是我們自定義實現的react節點，兩種情況下處理方式不同。

大流程了解后，我們只需要在對的時間點執行生命周期函數即可，下面看具體實現

function reconcile(parentDom, instance, element) {
    if (instance === null) {
        const newInstance = instantiate(element);
        // componentWillMount
        newInstance.publicInstance
            && newInstance.publicInstance.componentWillMount
            && newInstance.publicInstance.componentWillMount();
        parentDom.appendChild(newInstance.dom);
        // componentDidMount
        newInstance.publicInstance
            && newInstance.publicInstance.componentDidMount
            && newInstance.publicInstance.componentDidMount();
        return newInstance;
    } else if (element === null) {
        // componentWillUnmount
        instance.publicInstance
            && instance.publicInstance.componentWillUnmount
            && instance.publicInstance.componentWillUnmount();
        parentDom.removeChild(instance.dom);
        return null;
    } else if (instance.element.type !== element.type) {
        const newInstance = instantiate(element);
        // componentDidMount
        newInstance.publicInstance
            && newInstance.publicInstance.componentDidMount
            && newInstance.publicInstance.componentDidMount();
        parentDom.replaceChild(newInstance.dom, instance.dom);
        return newInstance;
    } else if (typeof element.type === 'string') {
        updateDomProperties(instance.dom, instance.element.props, element.props);
        instance.childInstances = reconcileChildren(instance, element);
        instance.element = element;
        return instance;
    } else {
        if (instance.publicInstance
            && instance.publicInstance.shouldcomponentUpdate) {
            if (!instance.publicInstance.shouldcomponentUpdate()) {
                return;
            }
        }
        // componentWillUpdate
        instance.publicInstance
            && instance.publicInstance.componentWillUpdate
            && instance.publicInstance.componentWillUpdate();
        instance.publicInstance.props = element.props;
        const newChildElement = instance.publicInstance.render();
        const oldChildInstance = instance.childInstance;
        const newChildInstance = reconcile(parentDom, oldChildInstance, newChildElement);
        // componentDidUpdate
        instance.publicInstance
            && instance.publicInstance.componentDidUpdate
            && instance.publicInstance.componentDidUpdate();
        instance.dom = newChildInstance.dom;
        instance.childInstance = newChildInstance;
        instance.element = element;
        return instance;
    }
}

function reconcileChildren(instance, element) {
    const {dom, childInstances} = instance;
    const newChildElements = element.props.children || [];
    const count = Math.max(childInstances.length, newChildElements.length);
    const newChildInstances = [];
    for (let i = 0; i < count; i++) {
        newChildInstances[i] = reconcile(dom, childInstances[i], newChildElements[i]);
    }
    return newChildInstances.filter(instance => instance !== null);
}

看完reconcile算法后肯定有人會好奇，為什么這種算法叫做stack算法，這里簡單解釋一下。從前面的實現可以看到，每次組件的state更新都會觸發reconcile的執行，而reconcile的執行也是一個遞歸過程，而且一開始直到遞歸執行完所有節點才停止，因此成為stack算法。由于是個遞歸過程，因此該diff算法一旦開始就必須執行完，因此可能會阻塞線程，又由于js是單線程的，因此這時就可能會影響用戶的輸入或者ui的渲染幀頻，降低用戶體驗。不過react16中升級為了fiber架構，這一問題得到了解決。

把前面實現的所有這些代碼組合起來就是完整的簡版react，不到200行代碼,希望大家多度指教