React 数据获取：避免条件竞争 - 哈喽比特

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在某些场景里，前端开发同学会无意识的编写出一些看似正确的代码，这些代码能够通过所有测试以及代码审查，但是在实际执行时会导致应用程序出现一些意想不到的问题：页面上的数据毫无规律地随机展示出来、搜索出的结果与查询条件不匹配、切换选项卡的导航时出现错误的内容。

当然，我们并不希望发生这些问题，那么如何避免这些问题呢？本文将继续讨论 React 数据获取的一些方法和原理，并深入了解 Promise 在数据获取时如何导致了条件竞争（race conditions）以及如何避免它们。

Promise 简介

在本文正式开始之前，我们先了解一下 Promise 以及我们为什么需要 Promise。

当 JavaScript 执行代码时，通常是一步一步地同步执行。Promise 是为数不多的异步执行方法之一。有了 Promise，我们就可以直接触发一个任务并立即进入下一步，而无需等待任务完成。当任务完成后，Promise 会通知我们。

数据获取是 Promise 最重要和最广泛使用的场景之一。不管是直接使用 fetch 还是使用像 axios 这样的第三方类库，Promise 的行为都是一样的。

从代码的角度来看，如下所示：

console.log('first step'); // will log FIRST

fetch('/some-url') // create promise here
  .then(() => { // wait for Promise to be done
      // log stuff after the promise is done
      console.log('second step') // will log THIRD (if successful)
    }
  )
  .catch(() => {
    console.log('something bad happened') // will log THIRD (if error happens)
  })

console.log('third step') // will log SECOND

整个过程是：在 fetch('/some-url') 中创建一个 Promise，然后在 .then 和 .catch 中处理后续的事情。当然，这个简单的示例只是为了方便大家理解本文的后续部分。如果要完全掌握 Promise，需要阅读资料来了解更多的细节，本文不做暂不展开介绍。

Promise 和条件竞争

Promise 会带来条件竞争这个问题，下面以一个简单的应用页面为例展开介绍：

页面的左侧是选项卡 tabs 的列，切换 tabs 就会导航到新页面并发送一个数据请求，请求返回的数据渲染在右侧。如果快速的来回切换 tabs 就会发现这里存在奇怪问题：右侧的内容会闪烁，数据看起来是随机出现的。

这个问题是怎么发生的？让我们看看页面的实现。页面有两个部分。一个是根 App 组件，它管理 “page” 的状态，并渲染了导航按钮和实际的 Page 组件。

const App = () => {
  const [page, setPage] = useState("1");

  return (
    <>
      <!-- left column buttons -->
      <button onClick={() => setPage("1")}>Issue 1</button>
      <button onClick={() => setPage("2")}>Issue 2</button>

      <!-- the actual content -->
      <Page id={page} />
    </div>
  );
};

Page 组件接受 page 的 id 作为属性，发送请求以获取数据，然后渲染数据。Page 组件的实现（没有加载状态）如下所示：

const Page = ({ id }: { id: string }) => {
  const [data, setData] = useState({});

  // pass id to fetch relevant data
  const url = `/some-url/${id}`;

  useEffect(() => {
    fetch(url)
      .then((r) => r.json())
      .then((r) => {
        // save data from fetch request to state
        setData(r);
      });
  }, [url]);

  // render data
  return (
    <>
      <h2>{data.title}</h2>
      <p>{data.description}</p>
    </>
  );
};

通过 id，我们确定从哪个 url 获取数据。然后我们在useEffect 中发送数据请求，并将结果数据存储在 state 中 —— 这一切都很标准。那么，条件竞争和奇怪问题是什么原因导致的呢？

条件竞争的起因

这一切归结为两件事：Promise 和 React 生命周期。从生命周期的角度来看，会发生这些事情：

App 组件被装载（mounted）
Page 组件被装载，并默认的 prop 为 “1”
Page 组件中的 useEffect 首次被执行

然后 Promise 开始执行：useEffect 中的 fetch 是一个promise 异步操作。它负责发送实际的数据请求，而 React 继续它自己的工作，而不等待结果。大约 2s 后数据请求完成，在 .then 中调用 setData 并将数据保存在 state 中，Page 组件渲染出最新的数据，最终我们在屏幕上看到这些数据。

如果在渲染和完成所有内容后，单击导航按钮，我们将看到以下事件：

App 组件将其状态更改为另一个 page
state 触发 App 组件的重新渲染
Page 组件也将重新渲染
Page 组件中的 useEffect 依赖于 id；由于 id 已变化，将再次触发 useEffect
useEffect 将用新 id 触发 fecth 请求，大约 2s 后将再次调用 setData，Page 组件更新，我们在屏幕上看到新数据

但是，如果 id 第一次变化触发的 fetch 尚未返回，这时单击导航按钮切换 tabs 会发生什么？

App 组件将再次触发页面的重新渲染
useEffect 也将再次被触发（id 已发生变化！）
fetch 将再次被执行，React 将一如既往地继续工作
这时第一次数据请求完成。它仍然可以访问到 Page 组件的 setData（组件只是被更新，组件仍然是之前的组件）
第一次请求成功后的 setData 将被触发，Page 组件将使用该次请求的数据更新自身
第二次请求完成。它仍然在那里，挂在后台，就像任何 Promise 一样。该组件依然使用了同一个 Page 组件的 setData，它将被触发，Page 再次更新自身，这一次使用的是第二次获取的数据。

条件竞争出现了！点击导航按钮到新 page 后，我们看到了页面内容发生闪烁：首先渲染第一次请求的数据，然后替换成第二次请求的数据。

如果第二次数据请求在第一次数据请求之前完成，这种效果就更有趣了。我们将首先看到下一页的正确内容，然后它将被上一页的不正确内容替换。

解决条件竞争：强制重新挂载

严格来说，这并不是一个解决方案，它更多的是用来解释为什么这些竞争条件不会经常发生，以及为什么在常规页面导航中我们碰不到竞争条件。我们用下面的代码来实现上面的功能：

const App = () => {
  const [page, setPage] = useState('issue');

  return (
    <>
      {page === 'issue' && <Issue />}
      {page === 'about' && <About />}
    </>
  )
}

没有向下传递 prop，Issue 和 About 组件使用各自的 url 来完成数据请求。在 useEffect 中进行数据获取，这与之前的实现方式完全相同：

const About = () => {
  const [about, setAbout] = useState();

  useEffect(() => {
    fetch("/some-url-for-about-page")
      .then((r) => r.json())
      .then((r) => setAbout(r));
  }, []);
  ...
}

这样在 tabs 导航时不会出现竞争条件。无论操作的次数和速度有多快，应用程序都能够正常运行。这是为什么呢？

答案在这里：{page==='issue'&&<issue/>}。当 page 的值更改时，Issue 和 About 不会重新渲染，而是重新装载。当值从 issue 更改为 about 时，Issue 组件将自行卸载，About 组件将装载在它的位置上。

从数据获取的角度来看：

App 组件首先被渲染，然后装载 Issue 组件并开始获取数据
在数据请求过程中导航到下一个页面，App 组件会卸载 Issue 组件并装载 About 组件，然后开始它自己的数据获取

当 React 卸载一个组件时，意味着它已经不存在了。彻底消失了，从屏幕上消失了，没有人可以访问它，里面发生的一切，包括它的状态都丢失了。与前面的代码相比，我们在前面的代码中编写了 ＜Page id＝{Page} /＞，此 Page 组件从未被卸载，我们只是在导航时重新使用它。

所以回到卸载的场景。当 Issue 的数据请求在 About 组件上完成时，Issue 组件的 .then 将尝试调用其 setIssue 来设置 state。但组件已经不存在了，从 React 的角度来看，它已经不存在。因此，这个 Promise 也将消失，它得到的数据也随之消失。

顺便提一下，你还记得曾经有一个警告 “无法对未安装的组件执行React 状态更新” 吗？在组件消失之后完成异步操作（如数据获取），会出现这个警告。当然，现在这个警告已经被 React 删除掉了。

无论如何，理论上，这种方法可以用于解决的条件竞争问题：我们所需要做的是在导航变化时强制重新装载 Page 组件。为此，我们可以使用 “key” 属性：

<Page id={page} key={page} />

但是，并不推荐使用这个方案来解决条件竞争问题，它会引起一些潜在问题：可能会使性能受到影响，焦点和状态会出现意外错误，以及触发不必要的 useEffect。它并没有从根本上解决问题，而是将问题掩盖起来。但在某些场景下，如果小心使用，也不失为一种解决问题的方法。

解决条件竞争：丢弃错误数据

一种解决条件竞争更友好的方法，是确保传入到 .then callback 的数据与当前被 “选中” 的 id 匹配；而不是清除整个已存在的 Page 组件。

如果返回的数据中包括了用于生成 url 的 “id”，我们可以比较它们是否一致。如果它们不一致，则忽略它们。这里需要做的是，要跳出 React 生命周期和函数的本地作用域，在 useEffect 访问到“最新”的 id。React ref 非常适合这个场景：

const Page = ({ id }) => {
  // create ref
  const ref = useRef(id);

  useEffect(() => {
    // update ref value with the latest id
    ref.current = id;

    fetch(`/some-data-url/${id}`)
      .then((r) => r.json())
      .then((r) => {
        // compare the latest id with the result
        // only update state if the result actually belongs to that id
        if (ref.current === r.id) {
          setData(r);
        }
      });
  }, [id]);
}

如果返回的数据结果中没有包含 id，我们可以比较 url：

const Page = ({ id }) => {
  // create ref
  const ref = useRef(id);

  useEffect(() => {
    // update ref value with the latest url
    ref.current = url;

    fetch(`/some-data-url/${id}`)
      .then((result) => {
        // compare the latest url with the result's url
        // only update state if the result actually belongs to that url
        if (result.url === ref.current) {
          result.json().then((r) => {
            setData(r);
          });
        }
      });
  }, [url]);
}

解决条件竞争：丢弃之前的数据

如果不喜欢上面的解决方案，或者认为使用 ref 来做这样的事情。还有另一种方法：useEffect 有一个叫做 “cleanup” 的清除函数，在这个函数中我们可以清理订阅之类的东西。在我们的场景中可以用来控制数据获取。它的语法如下：

// normal useEffect
useEffect(() => {

  // "cleanup" function - function that is returned in useEffect
  return () => {
    // clean something up here
  }
// dependency - useEffect will be triggered every time url has changed
}, [url]);

“cleanup” 的函数在组件卸载后执行，或者在每次依赖项变化引起重新渲染之前运行。因此，重新渲染期间的执行顺序如下：

url 发生变化
触发 “cleanup” 函数
useEffect 的实际内容被触发

利用 JavaScript 函数和闭包，我们可写出这样的代码：

useEffect(() => {
  // local variable for useEffect's run
  let isActive = true;

  // do fetch here

  return () => {
    // local variable from above
    isActive = false;
  }
}, [url]);

我们引入了一个局部布尔变量 isActive，并在 useEffect 运行时将其设置为 true，在 “cleanup” 清理时将其设为 false。每次重新渲染时都会重新创建 useEffect 中的函数，因此最近一次 useEffect 运行的 isActive 将始终重置为 true。但是在它之前运行的 “cleanup” 函数仍然可以访问前一个函数的作用域，它会将其重置为 false。这也是 JavaScript 闭包的工作原理。

fetch Promise 虽然是异步的，但仍然只存在于该闭包中，并且只能访问 useEffect 运行的局部变量。因此，当我们在 .then 回调中检查 isActive 布尔值时，只有在最近的一次运行中，尚未执行清理函数，才会将变量设置为 true。所以现在需要做的只是检查是否处于活动的闭包中，如果是，则设置状态。如果不是，什么都不做，数据将再次凭空消失。

useEffect(() => {
    // set this closure to "active"
    let isActive = true;

    fetch(`/some-data-url/${id}`)
      .then((r) => r.json())
      .then((r) => {
        // if the closure is active - update state
        if (isActive) {
          setData(r);
        }
      });

    return () => {
      // set this closure to not active before next re-render
      isActive = false;
    }
  }, [id]);

解决条件竞争：取消之前的请求

如果觉得在 React 生命周期的上下文中处理 JavaScript 闭包太复杂，那么还有另一种解决问题的方法。

我们可以取消之前的所有请求，而不是清理或比较数据结果。如果它们永远都不会完成数据请求，那么也就永远不会使用这些过时数据，条件竞争的问题也就不复存在。

在这里，我们可以使用 AbortController，实现的代码也相对比较简单：在 useEffect 中创建 AbortController 并在清理函数中调用 .abort()。

useEffect(() => {
    // create controller here
    const controller = new AbortController();

    // pass controller as signal to fetch
    fetch(url, { signal: controller.signal })
      .then((r) => r.json())
      .then((r) => {
        setData(r);
      });

    return () => {
      // abort the request here
      controller.abort();
    };
  }, [url]);

在每次重新渲染时，正在进行的请求将被取消，只允许最新的数据请求被解析并更新到 state。

中止正在进行的请求，会导致 Promise 被 reject，因此我们需要捕获错误以消除控制台中的可怕警告。正确处理 Promise reject 是一个很好的开发习惯，这是任何场景下都应该做的事情，与是否使用 AbortController 无关。由 AbortController 引起的 reject 会抛出特定类型的错误，因此很容易将它与其它常规错误区分开。

fetch(url, { signal: controller.signal })
  .then((r) => r.json())
  .then((r) => {
    setData(r);
  })
  .catch((error) => {
    // error because of AbortController
    if (error.name === 'AbortError') {
      // do nothing
    } else {
      // do something, it's a real error!
    }
  });

Async/await 会改变什么吗？

Async/await 只是编写 Promise 的语法糖。从执行的角度来看，它们只是转换为 “同步” 函数，但不会改变它们的异步特性。下面的 Promise 代码：

fetch('/some-url')
  .then(r => r.json())
  .then(r => setData(r));

与下面 async/await 代码等价：

const response = await fetch('/some-url');
const result = await response.json();
setData(result);

使用 async/await 代替 “传统”的 Promise，同样会存在条件竞争问题，前面介绍的解决方案也依然适用，只是语法略有差异。