作为一个 react 开发者,如果你一直觉得 useMemo 和 useCallback 这两个 Hook 比较难以理解,那么别害怕,事实上很多人都如此。我和其他公司很多的 React 开发者交流过,大多数对这两个 Hook 都是一知半解的状态。
这篇文章就为你答疑解惑,为大家介绍这两个 Hook 的具体作用,它们的实现原理以及在实际开发中如何应用。
这篇文章更适合初/中级 React 开发者用于加深对 React 的理解,如果你才刚刚开始学习 React ,那么你也可以先将这篇文章收藏起来,在你对 React 有了一定使用经验后再回来学习。
我们先从 useMemo 开始介绍,useMemo 的基本概念就是:它能帮助我们 “记录” 每次渲染之间的计算值。这句话可能有些抽象,想要理解它需要你对 React 复杂的工作原理有一定的心智模型。所以我们先讲讲 React 的基本工作原理。
React 所做的主要事情是让我们的 UI 与我们的 状态 保持同步,而要实现它们的同步,就需要执行一个叫做 “re-render” (重新渲染) 的操作。
每一次 重新渲染 都是一次快照,它基于当前应用程序的状态告诉了应用程序的 UI 在某一特定时刻应该是什什么样的。我们可以把它想象成一叠照片,每张照片都记录了在每个状态变量的特定值下事物的样子。
举个例子,我们先定义一个状态 a ,它的初始值是 hello,我们先把它渲染到页面上,这时候我们的 UI 上就会有一行 hello
const [a, setA] = useState("hello")
return (<span>{a}</span>)
如果我们将 a 设置为 world,
setA("world")
此时页面上还是 ”hello“,为了保持状态和 UI 同步,就需要触发一次 重新渲染 ,这样 UI 上也变为了 “hello”,当然重新渲染不需要我们自己执行 ,你在使用 setA 时 React 就会帮我们处理。
每一次 重新渲染 都会根据当前的状态产生一个 dom 应该是什么样子的心理图景。在上面的例子中,我们的状态被描绘成 html,但本质上它是一堆 JS 对象。如果了解过的话就知道它也被称为 虚拟DOM。
我们并不需要告诉 React 有哪些 DOM 节点需要改变。相反,我们告诉 React 的是基于当前状态渲染的 UI 应该是什么样的。通过重新渲染,React 创建了一个新的快照,它可以通过比较快照找出需要改变的地方,就像玩一个 "找不同 "的游戏。
React 在你开箱使用时就进行了大量的优化,所以一般来说,重新渲染并不是啥大问题。但是,在某些情况下,这些快照确实需要一段时间来创建。这可能会导致性能问题,比如当用户执行某些操作后,UI 却不能够快速的同步修改。
所以从本质上,useMemo 和 useCallback 都是用来帮助我们优化 重新渲染 的工具 Hook。它们通过以下两种方式实现优化的效果。
下面我们通过一些实际场景介绍一下这两个 api。
假设我们写一个工具来帮助用户找到 0 和一个用户传入的数字参数 selectedNum 之间的所有质数
质数就是一个只能被 1 和它自己整除的数字,比如17。
下面是实现的代码:
import React from 'react';
function App() {
const [selectedNum, setSelectedNum] = React.useState(100);
// We calculate all of the prime numbers between 0 and the
// user's chosen number, `selectedNum`:
const allPrimes = [];
for (let counter = 2; counter < selectedNum; counter++) {
if (isPrime(counter)) {
allPrimes.push(counter);
}
}
return (
<>
<form>
<label htmlFor="num">Your number:</label>
<input
type="number"
value={selectedNum}
onChange={(event) => {
// 为了防止电脑烧起来,我们限制一下传入的值最大为 100k
let num = Math.min(100_000, Number(event.target.value));
setSelectedNum(num);
}}
/>
</form>
<p>
There are {allPrimes.length} prime(s) between 1 and {selectedNum}:
{' '}
<span className="prime-list">
{allPrimes.join(', ')}
</span>
</p>
</>
);
}
// isPrime 用于计算传入的参数是否为质数
function isPrime(n){
const max = Math.ceil(Math.sqrt(n));
if (n === 2) {
return true;
}
for (let counter = 2; counter <= max; counter++) {
if (n % counter === 0) {
return false;
}
}
return true;
}
export default App;
你不需要看懂上面的每一行代码,这里分析一下以上代码的重点:
以上这段代码执行时需要进行大量的计算。如果用户选择了一个值很大的 selectedNum,我们将需要遍历数以万计的数字去判断每一个是否为质数。而且即使有比我上面使用的算法更有效的素数判断算法,但肯定也是需要进行大量计算的。
在实际开发中我们很有可能遇到类似的场景。但是有时候我们并不需要重新计算,但仍然执行了计算操作,就有会遇到一些性能问题。比如下面这种情况:
import React from 'react';
import format from 'date-fns/format';
function App() {
const [selectedNum, setSelectedNum] = React.useState(100);
// `time` 是一个状态变量,每秒钟变化一次,所以它总是与当前时间同步
const time = useTime();
const allPrimes = [];
for (let counter = 2; counter < selectedNum; counter++) {
if (isPrime(counter)) {
allPrimes.push(counter);
}
}
return (
<>
<p className="clock">
{format(time, 'hh:mm:ss a')}
</p>
<form>
<label htmlFor="num">Your number:</label>
<input
type="number"
value={selectedNum}
onChange={(event) => {
// 为了防止电脑烧起来,我们限制一下传入的值最大为 100k
let num = Math.min(100_000, Number(event.target.value));
setSelectedNum(num);
}}
/>
</form>
<p>
There are {allPrimes.length} prime(s) between 1 and {selectedNum}:
{' '}
<span className="prime-list">
{allPrimes.join(', ')}
</span>
</p>
</>
);
}
function useTime() {
const [time, setTime] = React.useState(new Date());
React.useEffect(() => {
const intervalId = window.setInterval(() => {
setTime(new Date());
}, 1000);
return () => {
window.clearInterval(intervalId);
}
}, []);
return time;
}
// isPrime 用于计算传入的参数是否为质数
function isPrime(n){
const max = Math.ceil(Math.sqrt(n));
if (n === 2) {
return true;
}
for (let counter = 2; counter <= max; counter++) {
if (n % counter === 0) {
return false;
}
}
return true;
}
export default App;
现在代码里定义了两个状态:selectedNum 和 time。time 每秒钟改变一次,并且在页面的右上角渲染出来。
这时我们会发现一个问题:即便我们没有改变 selectedNum ,但是由于 time 的改变会引起重新渲染,而重新渲染又会导致质数的大量计算,这样就浪费了很多性能。
Javascript 运行时是单线程的,如果我们反复执行这段代码,就会一直有一个计算任务占用着线程。这会导致我们其他任务没法快速执行,整个应用会让人感觉很迟钝,尤其是在低性能的设备上感知更加明显。
那么我们该如何 绕过 这个计算的事件呢,如果我们已经有了某个数字的质数列表,为什么不重复使用这个值,而是每次都从头计算呢?
这就是 useMemo 能够帮助我们做到的事情,如下例所示:
const allPrimes = React.useMemo(() => {
const result = [];
for (let counter = 2; counter < selectedNum; counter++) {
if (isPrime(counter)) {
result.push(counter);
}
}
return result;
}, [selectedNum]);
useMemo 接受两个参数:
在组件挂载的过程中,当这个组件第一次被渲染时,React 都会调用这个函数来执行这段计算逻辑,计算所有的质数。无论我们从这个函数中返回什么值,都会分配给 allPrimes 变量。
然而,对于每一个后续的渲染,React 都要从以下两种情况中做出选择:
为了做出一个正确的选择,React 会判断你传入的依赖数组,这个数组中的每个变量是否在两次渲染间 值是否改变了 ,如果发生了改变,就重新执行计算的逻辑去获取一个新的值,否则不重新计算,直接返回上一次计算的值。
useMemo 本质上就像一个小的缓存,而依赖数组就是缓存的失效策略。
在上面的例子中,其实本质上是在说 “只有当 selectedNum 的值变化时才重新计算质数列表“。 当组件因为其他情况重新渲染,例如状态 time 的值改变了,useMemo 就会忽略这个计算函数,直接返回之前缓存的值。
这种缓存的过程通常被称为 memoization,这就是为什么这个钩子被称为 “useMemo”。
useMemo 钩子确实可以帮助我们避免这里不必要的计算……,但它真的是这里最好的解决方案吗?
通常情况下,我们都会通过一些重构来避免掉需要使用 useMemo 进行优化的场景。如下例:
//App.js
import React from 'react';
import { getHours } from 'date-fns';
import Clock from './Clock';
import PrimeCalculator from './PrimeCalculator';
// 将 PrimeCalculator 转换为纯组件
const PurePrimeCalculator = React.memo(PrimeCalculator);
function App() {
const time = useTime();
// 基于当前时间动态计算一个背景颜色
const backgroundColor = getBackgroundColorFromTime(time);
return (
<div style={{ backgroundColor }}>
<Clock time={time} />
<PurePrimeCalculator />
</div>
);
}
const getBackgroundColorFromTime = (time) => {
const hours = getHours(time);
if (hours < 12) {
// A light yellow for mornings
return 'hsl(50deg 100% 90%)';
} else if (hours < 18) {
// Dull blue in the afternoon
return 'hsl(220deg 60% 92%)'
} else {
// Deeper blue at night
return 'hsl(220deg 100% 80%)';
}
}
function useTime() {
const [time, setTime] = React.useState(new Date());
React.useEffect(() => {
const intervalId = window.setInterval(() => {
setTime(new Date());
}, 1000);
return () => {
window.clearInterval(intervalId);
}
}, []);
return time;
}
export default App;
// PrimeCalculator.js
import React from 'react';
function PrimeCalculator() {
const [selectedNum, setSelectedNum] = React.useState(100);
const allPrimes = [];
for (let counter = 2; counter < selectedNum; counter++) {
if (isPrime(counter)) {
allPrimes.push(counter);
}
}
return (
<>
<form>
<label htmlFor="num">Your number:</label>
<input
type="number"
value={selectedNum}
onChange={(event) => {
// 为了防止电脑烧起来,我们限制一下传入的值最大为 100k
let num = Math.min(100_000, Number(event.target.value));
setSelectedNum(num);
}}
/>
</form>
<p>
There are {allPrimes.length} prime(s) between 1 and {selectedNum}:
{' '}
<span className="prime-list">
{allPrimes.join(', ')}
</span>
</p>
</>
);
}
function isPrime(n){
const max = Math.ceil(Math.sqrt(n));
if (n === 2) {
return true;
}
for (let counter = 2; counter <= max; counter++) {
if (n % counter === 0) {
return false;
}
}
return true;
}
export default PrimeCalculator;
// Clock.js
import React from 'react';
import format from 'date-fns/format';
function Clock() {
const time = useTime();
return (
<p className="clock">
{format(time, 'hh:mm:ss a')}
</p>
);
}
import React from 'react';
import format from 'date-fns/format';
function Clock({ time }) {
return (
<p className="clock">
{format(time, 'hh:mm:ss a')}
</p>
);
}
export default Clock;
我将之前的例子抽离为了两个单独的组件 Clock 和 PrimeCalculator,从 App 组件抽离出来后,这两个组件各自维护自己的状态数据,即使其中一个组件重新渲染了也不会影响另外一个。
这里我们使用 React.memo 包裹着组件保护它不受到无关状态更新的影响。只有在 PurePrimeCalculator 只会在收到新数据或内部状态发生变化时重新渲染。这种组件被称为 纯组件。本质上,我们告诉 React 这个组件在 给定相同输入的情况下总是会产生相同的输出 ,并且我们可以跳过没有 props 和状态改变的重渲染。
在上例中我们将组件引入 App.tsx 后再通过 React.memo 进行包裹,在实际开发中我们更多的是在组件 export 的时候就使用 React.memo 进行包裹,这样可以保证组件一直是纯组件。上例只是为了更加清楚的在 App.tsx 中展示所有内容。
这里有一个有趣的视角转变: 在前面的例子中,我们是缓存了计算质数的结果。然而在重构后,我们已经缓存了了整个组件。但无论使用哪种方式,昂贵的计算操作只有在 selectedNum 的值改变时才会执行了,这里两种方法没有优劣之分,根据实际情境来使用即可。
但在实际开发中你可能会发现 纯组件也经常发生重新渲染,即便它并没有发生什么改变。接下来就为大家介绍可以使用 useMemo 来解决的第二种场景。
在下面的示例中,我们创建了一个 Boxes 组件用于展示几个不同颜色的容器,纯粹是用于装饰。然后我们还定义了一个跟 Boxes 组件没啥关系的 user's name 变量。
// App.jsx
import React from 'react';
import Boxes from './Boxes';
function App() {
const [name, setName] = React.useState('');
const [boxWidth, setBoxWidth] = React.useState(1);
const id = React.useId();
// Try changing some of these values!
const boxes = [
{ flex: boxWidth, background: 'hsl(345deg 100% 50%)' },
{ flex: 3, background: 'hsl(260deg 100% 40%)' },
{ flex: 1, background: 'hsl(50deg 100% 60%)' },
];
return (
<>
<Boxes boxes={boxes} />
<section>
<label htmlFor={`${id}-name`}>
Name:
</label>
<input
id={`${id}-name`}
type="text"
value={name}
onChange={(event) => {
setName(event.target.value);
}}
/>
<label htmlFor={`${id}-box-width`}>
First box width:
</label>
<input
id={`${id}-box-width`}
type="range"
min={1}
max={5}
step={0.01}
value={boxWidth}
onChange={(event) => {
setBoxWidth(Number(event.target.value));
}}
/>
</section>
</>
);
}
export default App;
//Boxes.jsx
import React from 'react';
function Boxes({ boxes }) {
return (
<div className="boxes-wrapper">
{boxes.map((boxStyles, index) => (
<div
key={index}
className="box"
style={boxStyles}
/>
))}
</div>
);
}
export default React.memo(Boxes);
效果如下图:
我们使用了 React.memo 包裹着 Boxes 组件,使它成为一个纯组件,这说明只有在 props 更改时它才会重新渲染
然而实际使用时你会发现,当用户输入 Name 时,Boxes 也会重新渲染。这时候你可能会好奇,有没有搞错?!为什么我们的 React.memo() 没有在这里保护我们的组件?
Boxes 组件只有 1 个 prop boxes,看似我们在每次渲染时都为其提供了完全相同的数据。它每次渲染也总是一样的:一个红色的盒子,一个宽紫色的盒子,一个黄色的盒子。我们确实有一个 boxWidth 会影响 boxes 数组的状态变量,但我们没有改变它!
问题在于每次 React 重新渲染时,都会重新产生一个 boxes 数组,这个数组的值虽然每一次重新渲染都是相同的,但是它的 引用 却是不同的。
这里暂时抛开 React 单纯讨论 JavaScript 可能比较好理解,让我们看一个类似的例子:
function getNumbers() {
return [1, 2, 3];
}
const firstResult = getNumbers();
const secondResult = getNumbers();
console.log(firstResult === secondResult);
你怎么看?firstResult 等于 secondResult ? 从某种意义上说,它们是相同的。因为两个变量具有相同的结构[1, 2, 3]。但这不是 === 操作符实际判断的标准。相反,=== 判断的是两个表达式 是否完全相同。
我们创建了两个不同的数组。它们可能包含相同的内容,但它们不是同一个数组,就像 两个同卵双胞胎不是同一个人一样。
每次我们调用 getNumbers 函数时都会创建一个全新的数组,一个保存在计算机内存中的独特数组。如果我们多次调用它,我们将在内存中存储该数组的多个副本。
请注意,简单的数据类型比如 字符串、数字和布尔值 可以通过值进行比较。但是当涉及到数组和对象时,它们只能通过引用进行比较。这部分内容大家可以参考其他讲引用类型的文章,这里不详细展开。
回到 React, 我们的 Boxs React 组件也是一个 JavaScript 函数。当我们渲染它时,我们调用以下函数:
// 每次渲染组件都会调用 App 函数
function App() {
// ...创建一个全新的数组...
const boxes = [
{ flex: boxWidth, background: 'hsl(345deg 100% 50%)' },
{ flex: 3, background: 'hsl(260deg 100% 40%)' },
{ flex: 1, background: 'hsl(50deg 100% 60%)' },
];
// ...然后将数组作为 prop 传入组件!
return (
<Boxes boxes={boxes} />
);
}
当 name 状态更改时,我们的 App 组件将重新渲染,该组件将重新运行所有代码,并构建一个全新的 boxes 数组,并将其传递到 Boxes 组件。此时 Boxes 组件重新渲染,因为我们给了它一个全新的数组!
boxes 数组的结构在不同的渲染之间虽然没有变化,但是这不相关。React 只知道 Boxes 组件 prop 收到了一个新创建的,从未见过的数组。
为了解决这个问题,我们可以使用 useMemo hook:
const boxes = React.useMemo(() => {
return [
{ flex: boxWidth, background: 'hsl(345deg 100% 50%)' },
{ flex: 3, background: 'hsl(260deg 100% 40%)' },
{ flex: 1, background: 'hsl(50deg 100% 60%)' },
];
}, [boxWidth]);
这里不像我们之前的例子,相比于质数,这里我们不需要担心计算的代价。我们的唯一目标是保留对特定数组的引用。我们将 boxWidth 列为一个依赖项,因为我们确实希望在用户调整红色框的宽度时重新渲染 Box 组件。
这里有一个图可以帮助你理解。在此之前,我们创建了一个全新的数组,作为每张快照的一部分:
然而通过 useMemo 我们复用了一个之前创建的 boxes 数组。
通过在多次渲染中保留相同的引用,我们允许纯组件以我们想要的方式运作,忽略掉那些不影响用户界面的渲染。
好不容易介绍完了 useMemo,那么 useCallback 呢?
简单概括:useMemo 和 useCallback 是一个东西,只是将返回值从 数组/对象 替换为了 函数。
函数是与数组和对象类似,都是通过引用而不是通过值进行比较的:
const functionOne = function() {
return 5;
};
const functionTwo = function() {
return 5;
};
console.log(functionOne === functionTwo); // false
这意味着如果我们在组件中定义一个函数,它将在每个渲染中重新生成,每次生成一个相同但是唯一的函数。
让我们看一个例子:
//App.jsx
import React from 'react';
import MegaBoost from './MegaBoost';
function App() {
const [count, setCount] = React.useState(0);
function handleMegaBoost() {
setCount((currentValue) => currentValue + 1234);
}
return (
<>
Count: {count}
<button
onClick={() => {
setCount(count + 1)
}}
>
Click me!
</button>
<MegaBoost handleClick={handleMegaBoost} />
</>
);
}
export default App;
// MegaBoost.jsx
import React from 'react';
function MegaBoost({ handleClick }) {
console.log('Render MegaBoost');
return (
<button
className="mega-boost-button"
onClick={handleClick}
>
MEGA BOOST!
</button>
);
}
export default React.memo(MegaBoost);
效果如图:
这段代码写了一个经典的计数器 app,但是带有一个特殊的 “Mega Boost” 按钮。点击按钮会大量增加计数,以防您赶时间并且不想多次单击标准按钮。
由于使用了 React.memo 进行包裹, MegaBoost 组件是纯组件,它虽然不依赖于 count ……但它会在更改时重新渲染 count!
就像我们在前面 boxes 数组中看到的那样,这里的问题是我们在每次渲染时都生成了一个全新的函数。如果我们渲染 3 次,我们将创建 3 个独立 handleMegaBoost 的函数,突破 React.memo 的保护。
如果使用我们前面所学到的 useMemo,我们可以解决这样的问题:
const handleMegaBoost = React.useMemo(() => {
return function() {
setCount((currentValue) => currentValue + 1234);
}
}, []);
这里不是返回一个数组,而是返回一个 函数。然后将该函数存储在 handleMegaBoost 变量中。
这种写法虽然也可以,但是有一种更好的方法:
const handleMegaBoost = React.useCallback(() => {
setCount((currentValue) => currentValue + 1234);
}, []);
useCallback 的用途与 useMemo 相同,但它是专门为函数构建的。我们直接给返回它一个函数,它会记住这个函数,在渲染之间线程化它。
换句话说就是以下的两种实现方式的效果是相同的:
React.useCallback(function helloWorld(){}, []);
// ...功能相当于:
React.useMemo(() => function helloWorld(){}, []);
useCallback 是一种语法糖,它的存在存粹是为了让我们在缓存回调函数的时候可以方便点。
好了,我们已经学习了 useMemo 和 useCallback 时如何允许我们在多次渲染之间线程化引用,以复用复杂的计算或者避免破坏纯组件。
但还有一个问题是: 我们应该在什么情况下使用这两个 Hook ?
在我个人看来,将每个对象/数组/函数包装在这些 hook 是在浪费时间。在大多数情况下,这些优化的好处几乎可以忽略不计; 因为 React 内部是高度优化的,并且 重新渲染通常并不像我们通常认为的那样慢或昂贵!
使用这些 hook 的最佳方法是响应问题。如果你注意到你的 app 变得有些迟钝,你可以使用 React Profiler 来寻找慢速渲染。在某些情况下,可以通过重构 app 来提高性能。在其他情况下,useMemo 和 useCallback 可以帮助加快速度。
也就是说,在某些情况下,我确实会先发制人地应用这些 hook。
未来可能会发生的改变
React 团队正在积极研究是否有可能在编译步骤中 “自动缓存” 代码。虽然它仍然处于研究阶段,但是通过早期的实验看起来很有希望。
也许在未来这些优化 React 都会为我们提前做好,但在此之前我们还是得自己去做一些优化
要了解更多信息,可以看看黄玄的这个演讲 “React without memo”
我最喜欢的自定义 hook 之一是 useToggle,这是一个友好的助手,其工作方式几乎与 useState 完全相同,但只能在 true 和 false 之间切换状态变量:
function App() {
const [isDarkMode, toggleDarkMode] = useToggle(false);
return (
<button onClick={toggleDarkMode}>
Toggle color theme
</button>
);
}
这里是这个自定义 hook 的代码实现:
function useToggle(initialValue) {
const [value, setValue] = React.useState(initialValue);
const toggle = React.useCallback(() => {
setValue(v => !v);
}, []);
return [value, toggle];
}
注意这里的 toggle 函数使用了 useCallback 进行缓存。
当咱们构建这样的自定义可复用 hook 时,我希望使它们尽可能高性能,因为我不知道它们将来在哪里使用。在95% 的情况下,这可能是过度封装的,但是如果我使用这个 hook 30 或 40 次,这将很有可能有助于提高我们的 app 的性能。
当我们通过 context 在组件之间共享数据时,通常会传递一个大的对象作为 value 属性。
一般来说,将这个对象缓存起来是个好方法:
const AuthContext = React.createContext({});
function AuthProvider({ user, status, forgotPwLink, children }){
const memoizedValue = React.useMemo(() => {
return {
user,
status,
forgotPwLink,
};
}, [user, status, forgotPwLink]);
return (
<AuthContext.Provider value={memoizedValue}>
{children}
</AuthContext.Provider>
);
}
这样写有什么好处呢?因为可能有几十个纯组件使用这个 context 。如果没有使用 useMemo,那么当 AuthProvider 的父组件恰好重新渲染时,这些使用 context 组件都将被迫重新渲染。
恭喜你看到了这里,我知道这里面可能有些内容你从未了解过。这两个 hook 确实是比较棘手,毕竟 React 本身就是庞大且复杂的,是一个上手难度比较高的工具!
但事实是: 如果你能克服最初的困难,使用 React 绝对是一种乐趣。
我从 2015 年开始使用 React,它已经成为我最喜欢的构建复杂用户界面和 Web 应用程序的方式。我已经尝试了几乎所有的 JS 框架,但是我觉得它们的效率都不如 React 的效率。
如果你觉得这篇博客文章哪怕只有一点点帮助,你都会从中学到很多东西。
原文链接: Understanding useMemo and useCallback
翻译链接:https://juejin.cn/post/7165338403465068552
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