从源码角度看 React-Hydrate 原理

2023-01-05
浙江
本文字数：10076 字
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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.hydrate 在 render 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.createElement为HostComponent类型的 fiber 节点创建真实的 DOM 实例。或者调用document.createTextNode为HostText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$和__reactProps$**，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.attributes和fiber.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nodeType为ELEMENT_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nodeType为TEXT_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，

// 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，hydrationParentFiber 和 nextHydratableInstance 都是全局变量。

div#A 和 h1#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。
为p#B执行 beginWork。由于nextHydratableInstance保存的还是h1#Adom 实例，因此p#B和h1#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 = fiber，nextHydratableInstance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：beginWork 和 completeUnitOfWork。只有HostRoot、HostComponent、HostText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completeWork，isHydrating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.pendingProps和dom.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#B。p#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popToNextHostParent将hydrationParentFiber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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在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

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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flyzz177

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从源码角度看 React-Hydrate 原理

Demo

ReactDOM.render

ReactDOM.hydrate

hydrate 过程

事件绑定

hydrate 源码剖析

beginWork

HostRoot Fiber

HostComponent

HostText Fiber

tryToClaimNextHydratableInstance

completeUnitOfWork

popHydrationState

prepareToHydrateHostInstance

prepareToHydrateHostTextInstance

prepareToHydrateHostTextInstance

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