写点什么

从源码角度看 React-Hydrate 原理

作者:flyzz177
  • 2022-11-14
    浙江
  • 本文字数:10076 字

    阅读完需:约 33 分钟

React 渲染过程,即ReactDOM.render执行过程分为两个大的阶段:render 阶段以及 commit 阶段。React.hydrate渲染过程和ReactDOM.render差不多,两者之间最大的区别就是,ReactDOM.hydraterender 阶段,会尝试复用(hydrate)浏览器现有的 dom 节点,并相互关联 dom 实例和 fiber,以及找出 dom 属性和 fiber 属性之间的差异。

Demo

这里,我们在 index.html 中直接返回一段 html,以模拟服务端渲染生成的 html


<!DOCTYPE html><html lang="en">  <head>    <meta charset="utf-8" />    <title>Mini React</title>    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1" />  </head>  <body>    <div id="root"><div id="root"><div id="container"><h1 id="A">1<div id="A2">A2</div></h1><p id="B"><span id="B1">B1</span></p><span id="C">C</span></div></div></div>  </body></html>
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注意,root 里面的内容不能换行,不然客户端hydrate的时候会提示服务端和客户端的模版不一致。


新建 index.jsx:


import React from "react";import ReactDOM from "react-dom";class Home extends React.Component {  constructor(props) {    super(props);    this.state = {      count: 1,    };  }
render() { const { count } = this.state; return ( <div id="container"> <div id="A"> {count} <div id="A2">A2</div> </div> <p id="B"> <span id="B1">B1</span> </p> </div> ); }}
ReactDOM.hydrate(<Home />, document.getElementById("root"));
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对比服务端和客户端的内容可知,服务端h1#A和客户端的div#A不同,同时服务端比客户端多了一个span#C


在客户端开始执行之前,即 ReactDOM.hydrate 开始执行前,由于服务端已经返回了 html 内容,浏览器会立马显示内容。对应的真实 DOM 树如下:



注意,这不是 fiber 树!!

ReactDOM.render

先来回顾一下 React 渲染更新过程,分为两大阶段,五小阶段:


  • render 阶段

  • beginWork

  • completeUnitOfWork

  • commit 阶段。

  • commitBeforeMutationEffects

  • commitMutationEffects

  • commitLayoutEffects


React 在 render 阶段会根据新的 element tree 构建 workInProgress 树,收集具有副作用的 fiber 节点,构建副作用链表。


特别是,当我们调用ReactDOM.render函数在客户端进行第一次渲染时,render阶段的completeUnitOfWork函数针对HostComponent以及HostText类型的 fiber 执行以下 dom 相关的操作:


  • 调用document.createElementHostComponent类型的 fiber 节点创建真实的 DOM 实例。或者调用document.createTextNodeHostText类型的 fiber 节点创建真实的 DOM 实例

  • 将 fiber 节点关联到真实 dom 的__reactFiber$rsdw3t27flk(后面是随机数)属性上。

  • 将 fiber 节点的pendingProps 属性关联到真实 dom 的__reactProps$rsdw3t27flk(后面是随机数)属性上

  • 将真实的 dom 实例关联到fiber.stateNode属性上:fiber.stateNode = dom

  • 遍历 pendingProps,给真实的dom设置属性,比如设置 id、textContent 等


**React 渲染更新完成后,React 会为每个真实的 dom 实例挂载两个私有的属性:__reactFiber$__reactProps$**,以div#container为例:


ReactDOM.hydrate

hydrate中文意思是水合物,这样理解有点抽象。根据源码,我更乐意将hydrate的过程描述为:React 在 render 阶段,构造 workInProgress 树时,同时按相同的顺序遍历真实的 DOM 树,判断当前的 workInProgress fiber 节点和同一位置的 dom 实例是否满足hydrate的条件,如果满足,则直接复用当前位置的 DOM 实例,并相互关联 workInProgress fiber 节点和真实的 dom 实例,比如:


fiber.stateNode = dom;dom.__reactProps$ = fiber.pendingProps;dom.__reactFiber$ = fiber;
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如果 fiber 和 dom 满足hydrate的条件,则还需要找出dom.attributesfiber.pendingProps之间的属性差异。


遍历真实 DOM 树的顺序和构建 workInProgress 树的顺序是一致的。都是深度优先遍历,先遍历当前节点的子节点,子节点都遍历完了以后,再遍历当前节点的兄弟节点。因为只有按相同的顺序,fiber 树同一位置的 fiber 节点和 dom 树同一位置的 dom 节点才能保持一致


只有类型为HostComponent或者HostText类型的 fiber 节点才能hydrate。这一点也很好理解,React 在 commit 阶段,也就只有这两个类型的 fiber 节点才需要执行 dom 操作。


fiber 节点和 dom 实例是否满足hydrate的条件:


  • 对于类型为HostComponent的 fiber 节点,如果当前位置对应的 DOM 实例nodeTypeELEMENT_NODE,并且fiber.type === dom.nodeName,那么当前的 fiber 可以混合(hydrate)

  • 对于类型为HostText的 fiber 节点,如果当前位置对应的 DOM 实例nodeTypeTEXT_NODE,同时fiber.pendingProps不为空,那么当前的 fiber 可以混合(hydrate)


hydrate的终极目标就是,在构造 workInProgress 树的过程中,尽可能的复用当前浏览器已经存在的 DOM 实例以及 DOM 上的属性,这样就无需再为 fiber 节点创建 DOM 实例,同时对比现有的 DOM 的attribute以及 fiber 的pendingProps,找出差异的属性。然后将 dom 实例和 fiber 节点相互关联(通过 dom 实例的__reactFiber$以及__reactProps$,fiber 的 stateNode 相互关联)

hydrate 过程

React 在 render 阶段构造HostComponent或者HostText类型的 fiber 节点时,会首先调用 tryToClaimNextHydratableInstance(workInProgress) 方法尝试给当前 fiber 混合(hydrate)DOM 实例。如果当前 fiber 不能被混合,那当前节点的所有子节点在后续的 render 过程中都不再进行hydrate,而是直接创建 dom 实例。等到当前节点所有子节点都调用completeUnitOfWork完成工作后,又会从当前节点的兄弟节点开始尝试混合。


以下面的 demo 为例,相关参考视频讲解:进入学习


// 服务端返回的DOM结构,这里为了直观,我格式化了一下,按理服务端返回的内容,是不允许换行或者有空字符串的<body>  <div id="root">    <div id="container">      <h1 id="A">        1        <div id="A2">A2</div>      </h1>      <p id="B">        <span id="B1">B1</span>      </p>      <span id="C">C</span>    </div>  </div></body>// 客户端生成的内容<div id="container">  <div id="A">    1    <div id="A2">A2</div>  </div>  <p id="B">    <span id="B1">B1</span>  </p></div>
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render 阶段,按以下顺序:


  • div#container 满足hydrate的条件,因此关联 dom,fiber.stateNode = div#container。然后使用hydrationParentFiber记录当前混合的 fiber 节点:hydrationParentFiber = fiber。获取下一个 DOM 实例,这里是h1#A,保存在变量nextHydratableInstance中,nextHydratableInstance = h1#A


这里,hydrationParentFibernextHydratableInstance 都是全局变量。


  • div#Ah1#A 不能混合,这时并不会立即结束混合的过程,React 继续对比h1#A的兄弟节点,即p#B,发现div#A还是不能和p#B混合,经过最多两次对比,React 认为 dom 树中已经没有 dom 实例满足和div#A这个 fiber 混合的条件,于是div#A节点及其所有子孙节点都不再进行混合的过程,此时将isHydrating设置为 false 表明div#A这棵子树都不再走混合的过程,直接走创建 dom 实例。同时控制台提示:Expected server HTML to contain a matching.. 之类的错误。

  • beginWork 执行到文本节点 1 时,发现 isHydrating = false,因此直接跳过混合的过程,在completeUnitOfWork阶段直接调用document.createTextNode直接为其创建文本节点

  • 同样的,beginWork 执行到节点div#A2时,发现isHydrating = false,因此直接跳过混合的过程,在completeUnitOfWork阶段直接调用document.createElement直接为其创建真实 dom 实例,并设置属性

  • 由于div#A的子节点都已经completeUnitWork了,轮到div#A调用completeUnitWork完成工作,将hydrationParentFiber指向其父节点,即div#container这个 dom 实例。设置isHydrating = true表明可以为当前节点的兄弟节点继续混合的过程了。div#A没有混合的 dom 实例,因此调用document.createElement为其创建真实的 dom 实例。

  • p#B执行 beginWork。由于nextHydratableInstance保存的还是h1#Adom 实例,因此p#Bh1#A对比发现不能复用,React 尝试和h1#A的兄弟节点p#B对比,发现 fiberp#B和 domp#B能混,因此将h1#A标记为删除,同时关联 dom 实例:fiber.stateNode = p#B,保存hydrationParentFiber = fibernextHydratableInstance指向p#B的第一个子节点,即span#B1


...省略了后续的过程。


从上面的执行过程可以看出,hydrate 的过程如下:


  • 调用 tryToClaimNextHydratableInstance 开始混合

  • 判断当前 fiber 节点和同一位置的 dom 实例是否满足混合的条件。

  • 如果当前位置的 dom 实例不满足混合条件,则继续比较当前 dom 的兄弟元素,如果兄弟元素和当前的 fiber 也不能混合,则当前 fiber 及其所有子孙节点都不能混合,后续 render 过程将会跳过混合。直到当前 fiber 节点的兄弟节点 render,才会继续混合的过程。

事件绑定

React 在初次渲染时,不论是ReactDOM.render还是ReactDOM.hydrate,会调用createRootImpl函数创建 fiber 的容器,在这个函数中调用listenToAllSupportedEvents注册所有原生的事件。


function createRootImpl(container, tag, options) {  // ...  var root = createContainer(container, tag, hydrate);  // ...  listenToAllSupportedEvents(container);  // ...  return root;}
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这里container就是div#root节点。listenToAllSupportedEvents会给div#root节点注册浏览器支持的所有原生事件,比如onclick等。React 合成事件一文介绍过,React 采用的是事件委托的机制,将所有事件代理到div#root节点上。以下面的为例:


<div id="A" onClick={this.handleClick}>button<div>
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我们知道 React 在渲染时,会将 fiber 的 props 关联到真实的 dom 的__reactProps$属性上,此时


div#A.__reactProps$ = {  onClick: this.handleClick}
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当我们点击按钮时,会触发div#root上的事件监听器:


function onclick(e){  const target = e.target  const fiberProps = target.__reactProps$  const clickhandle = fiberProps.onClick  if(clickhandle){    clickhandle(e)  }}
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这样我们就可以实现事件的委托。这其中最重要的就是将 fiber 的 props 挂载到真实的 dom 实例的__reactProps$属性上。因此,只要我们在hydrate阶段能够成功关联 dom 和 fiber,就自然也实现了事件的“绑定”

hydrate 源码剖析

hydrate 的过程发生在 render 阶段,commit 阶段几乎没有和 hydrate 相关的逻辑。render 阶段又分为两个小阶段:beginWorkcompleteUnitOfWork。只有HostRootHostComponentHostText三种类型的 fiber 节点才需要 hydrate,因此源码只针对这三种类型的 fiber 节点剖析

beginWork

beginWork 阶段判断 fiber 和 dom 实例是否满足混合的条件,如果满足,则为 fiber 关联 dom 实例:fiber.stateNode = dom


function beginWork(current, workInProgress, renderLanes) {  switch (workInProgress.tag) {    case HostRoot:      return updateHostRoot(current, workInProgress, renderLanes);    case HostComponent:      return updateHostComponent(current, workInProgress, renderLanes);    case HostText:      return updateHostText(current, workInProgress);  }}
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HostRoot Fiber

HostRoot fiber 是容器root的 fiber 节点。


这里主要是判断当前 render 是ReactDOM.render还是ReactDOM.hydrate,我们调用ReactDOM.hydrate渲染时,root.hydrate为 true。


如果是调用的ReactDOM.hydrate,则调用enterHydrationState函数进入hydrate的过程。这个函数主要是初始化几个全局变量:


  • isHydrating。表示当前正处于 hydrate 的过程。如果当前节点及其所有子孙节点都不满足 hydrate 的条件时,这个变量为 false

  • hydrationParentFiber。当前混合的 fiber。正常情况下,该变量和HostComponent或者HostText类型的 workInProgress 一致。

  • nextHydratableInstance。下一个可以混合的 dom 实例。当前 dom 实例的第一个子元素或者兄弟元素。


注意getNextHydratable会判断 dom 实例是否是ELEMENT_NODE类型(对应的 fiber 类型是HostComponent)或者TEXT_NODE类型(对应的 fiber 类型是HostText)。只有ELEMENT_NODE或者HostText类型的 dom 实例才是可以 hydrate 的


function updateHostRoot(current, workInProgress, renderLanes) {  if (root.hydrate && enterHydrationState(workInProgress)) {    var child = mountChildFibers(workInProgress, null, nextChildren);  }  return workInProgress.child;}function getNextHydratable(node) {  // 跳过 non-hydratable 节点.  for (; node != null; node = node.nextSibling) {    var nodeType = node.nodeType;    if (nodeType === ELEMENT_NODE || nodeType === TEXT_NODE) {      break;    }  }  return node;}
function enterHydrationState() { var parentInstance = fiber.stateNode.containerInfo; nextHydratableInstance = getNextHydratable(parentInstance.firstChild); hydrationParentFiber = fiber; isHydrating = true;}
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HostComponent

function updateHostComponent(current, workInProgress, renderLanes) {  if (current === null) {    tryToClaimNextHydratableInstance(workInProgress);  }  reconcileChildren(current, workInProgress, nextChildren, renderLanes);  return workInProgress.child;}
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HostText Fiber

function updateHostText(current, workInProgress) {  if (current === null) {    tryToClaimNextHydratableInstance(workInProgress);  }  return null;}
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tryToClaimNextHydratableInstance

假设当前 fiberA 对应位置的 dom 为 domA,tryToClaimNextHydratableInstance 会首先调用tryHydrate判断 fiberA 和 domA 是否满足混合的条件:


  • 如果 fiberA 和 domA 满足混合的条件,则将hydrationParentFiber = fiberA;。并且获取 domA 的第一个子元素赋值给nextHydratableInstance

  • 如果 fiberA 和 domA 不满足混合的条件,则获取 domA 的兄弟节点,即 domB,调用tryHydrate判断 fiberA 和 domB 是否满足混合条件:

  • 如果 domB 满足和 fiberA 混合的条件,则将 domA 标记为删除,并获取 domB 的第一个子元素赋值给nextHydratableInstance

  • 如果 domB 不满足和 fiberA 混合的条件,则调用insertNonHydratedInstance提示错误:"Warning: Expected server HTML to contain a matching",同时将isHydrating标记为 false 退出。


这里可以看出,tryToClaimNextHydratableInstance最多比较两个 dom 节点,如果两个 dom 节点都无法满足和 fiberA 混合的条件,则说明当前 fiberA 及其所有的子孙节点都无需再进行混合的过程,因此将isHydrating标记为 false。等到当前 fiberA 节点及其子节点都完成了工作,即都执行了completeWorkisHydrating才会被设置为 true,以便继续比较 fiberA 的兄弟节点


这里还需要注意一点,如果两个 dom 都无法满足和 fiberA 混合,那么nextHydratableInstance依然保存的是 domA,domA 会继续和 fiberA 的兄弟节点比对。


function tryToClaimNextHydratableInstance(fiber) {  if (!isHydrating) {    return;  }  var nextInstance = nextHydratableInstance;  var firstAttemptedInstance = nextInstance;
if (!tryHydrate(fiber, nextInstance)) { // 如果第一次调用tryHydrate发现当前fiber和dom不满足hydrate的条件,则获取dom的兄弟节点 // 然后调用 tryHydrate 继续对比fiber和兄弟节点是否满足混合 nextInstance = getNextHydratableSibling(firstAttemptedInstance);
if (!nextInstance || !tryHydrate(fiber, nextInstance)) { // 对比了两个dom发现都无法和fiber混合,因此调用insertNonHydratedInstance控制台提示错误 insertNonHydratedInstance(hydrationParentFiber, fiber); isHydrating = false; hydrationParentFiber = fiber; return; } // 如果第一次tryHydrate不满足,第二次tryHydrate满足,则说明兄弟节点和当前fiber是可以混合的,此时需要删除当前位置的dom deleteHydratableInstance(hydrationParentFiber, firstAttemptedInstance); }
hydrationParentFiber = fiber; nextHydratableInstance = getFirstHydratableChild(nextInstance);}
// 将dom实例保存在 fiber.stateNode上function tryHydrate(fiber, nextInstance) { switch (fiber.tag) { case HostComponent: { if ( nextInstance.nodeType === ELEMENT_NODE && fiber.type.toLowerCase() === nextInstance.nodeName.toLowerCase() ) { fiber.stateNode = nextInstance; return true; } return false; } case HostText: { var text = fiber.pendingProps; if (text !== "" && nextInstance.nodeType === TEXT_NODE) { fiber.stateNode = nextInstance; return true; } return false; } default: return false; }}
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completeUnitOfWork

completeUnitOfWork 阶段主要是给 dom 关联 fiber 以及 props:dom.__reactProps$ = fiber.pendingProps;dom.__reactFiber$ = fiber;同时对比fiber.pendingPropsdom.attributes的差异


function completeUnitOfWork(unitOfWork) {  var completedWork = unitOfWork;  do {    var current = completedWork.alternate;    var returnFiber = completedWork.return;    next = completeWork(current, completedWork, subtreeRenderLanes);    var siblingFiber = completedWork.sibling;    if (siblingFiber !== null) {      workInProgress = siblingFiber;      return;    }    completedWork = returnFiber;    workInProgress = completedWork;  } while (completedWork !== null);}function completeWork(current, workInProgress, renderLanes) {  switch (workInProgress.tag) {    case HostRoot: {      if (current === null) {        var wasHydrated = popHydrationState(workInProgress);        if (wasHydrated) {          markUpdate(workInProgress);        }      }      return null;    }    case HostComponent:      // 第一次渲染      if (current === null) {        var _wasHydrated = popHydrationState(workInProgress);        if (_wasHydrated) {          // 如果存在差异的属性,则将fiber副作用标记为更新          if (prepareToHydrateHostInstance(workInProgress)) {            markUpdate(workInProgress);          }        } else {        }      }    case HostText: {      var newText = newProps;      if (current === null) {        var _wasHydrated2 = popHydrationState(workInProgress);        if (_wasHydrated2) {          if (prepareToHydrateHostTextInstance(workInProgress)) {            markUpdate(workInProgress);          }        }      }      return null;    }  }}
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popHydrationState

function popHydrationState(fiber) {  if (fiber !== hydrationParentFiber) {    return false;  }
if (!isHydrating) { popToNextHostParent(fiber); isHydrating = true; return false; }
var type = fiber.type;
if ( fiber.tag !== HostComponent || !shouldSetTextContent(type, fiber.memoizedProps) ) { var nextInstance = nextHydratableInstance;
while (nextInstance) { deleteHydratableInstance(fiber, nextInstance); nextInstance = getNextHydratableSibling(nextInstance); } }
popToNextHostParent(fiber);
nextHydratableInstance = hydrationParentFiber ? getNextHydratableSibling(fiber.stateNode) : null;
return true;}
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以下图为例:



在 beginWork 阶段对 p#B fiber 工作时,发现 dom 树中同一位置的h1#B不满足混合的条件,于是继续对比h1#B的兄弟节点,即div#C,仍然无法混合,经过最多两轮对比后发现p#B这个 fiber 没有可以混合的 dom 节点,于是将 isHydrating 标记为 false,hydrationParentFiber = fiberP#Bp#B的子孙节点都不再进行混合的过程。


div#B1fiber 没有子节点,因此它可以调用completeUnitOfWork完成工作,completeUnitOfWork 阶段调用 popHydrationState 方法,在popHydrationState方法内部,首先判断 fiber !== hydrationParentFiber,由于此时的hydrationParentFiber等于p#B,因此条件成立,不用往下执行。


由于p#B fiber 的子节点都已经完成了工作,因此它也可以调用completeUnitOfWork完成工作。同样的,在popHydrationState函数内部,第一个判断fiber !== hydrationParentFiber不成立,两者是相等的。第二个条件!isHydrating成立,进入条件语句,首先调用popToNextHostParenthydrationParentFiber设置为p#B的第一个类型为HostComponent的祖先元素,这里是div#A fiber,然后将isHydrating设置为 true,指示可以为p#B的兄弟节点进行混合。


如果服务端返回的 DOM 有多余的情况,则调用deleteHydratableInstance将其删除,比如下图中div#D节点将会在div#Afiber 的completeUnitOfWork阶段删除


prepareToHydrateHostInstance

对于HostComponent类型的 fiber 会调用这个方法,这里只要是关联 dom 和 fiber:


  • 设置domInstance.__reactFiber$w63z5ormsqk = fiber

  • 设置domInstance.__reactProps$w63z5ormsqk = props

  • 对比服务端和客户端的属性


function prepareToHydrateHostInstance(fiber) {  var domInstance = fiber.stateNode;  var updatePayload = hydrateInstance(    domInstance,    fiber.type,    fiber.memoizedProps,    fiber  );
fiber.updateQueue = updatePayload; if (updatePayload !== null) { return true; }
return false;}function hydrateInstance(domInstance, type, props, fiber) { precacheFiberNode(fiber, domInstance); // domInstance.__reactFiber$w63z5ormsqk = fiber updateFiberProps(domInstance, props); // domInstance.__reactProps$w63z5ormsqk = props
// 比较dom.attributes和props的差异,如果dom.attributes的属性比props多,说明服务端添加了额外的属性,此时控制台提示。 // 注意,在对比过程中,只有服务端和客户端的children属性(即文本内容)不同时,控制台才会提示错误,同时在commit阶段,客户端会纠正这个错误,以客户端的文本为主。 // 但是,如果是id不同,则客户端并不会纠正。 return diffHydratedProperties(domInstance, type, props);}
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这里重点讲下diffHydratedProperties,以下面的 demo 为例:


// 服务端对应的dom<div id="root"><div extra="server attr" id="server">客户端的文本</div></div>// 客户端render() {  const { count } = this.state;  return <div id="client">客户端的文本</div>;}
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diffHydratedProperties的过程中发现,服务端返回的 id 和客户端的 id 不同,控制台提示 id 不匹配,但是客户端并不会纠正这个,可以看到浏览器的 id 依然是server


同时,服务端多返回了一个extra属性,因此需要控制台提示,但由于已经提示了 id 不同的错误,这个错误就不会提示。


最后,客户端的文本和服务端的 children 不同,即文本内容不同,也需要提示错误,同时,客户端会纠正这个文本,以客户端的为主。


prepareToHydrateHostTextInstance

对于HostText类型的 fiber 会调用这个方法,这个方法逻辑比较简单,就不详细介绍了务端对应的 dom


<div id="root"><div extra="server attr" id="server">客户端的文本</div></div>// 客户端render() {  const { count } = this.state;  return <div id="client">客户端的文本</div>;}
复制代码


diffHydratedProperties的过程中发现,服务端返回的 id 和客户端的 id 不同,控制台提示 id 不匹配,但是客户端并不会纠正这个,可以看到浏览器的 id 依然是server


同时,服务端多返回了一个extra属性,因此需要控制台提示,但由于已经提示了 id 不同的错误,这个错误就不会提示。


最后,客户端的文本和服务端的 children 不同,即文本内容不同,也需要提示错误,同时,客户端会纠正这个文本,以客户端的为主。


prepareToHydrateHostTextInstance

对于HostText类型的 fiber 会调用这个方法,这个方法逻辑比较简单,就不详细介绍了


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