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深入讲解React SSR中的水合（Hydration）基本概念、工作原理和具体实现

前端 潘老师 原 1周前 (04-16) 14 ℃ (0) 扫码查看

React服务端渲染（SSR）的技术里，水合（Hydration）这个概念估计很多朋友都感觉有点陌生。接下来，本文将从它的基本概念入手，逐步深入探讨其工作原理、实现方式、面临的挑战及应对策略，还有相关的高级技术和性能优化方法等内容。

一、水合的基本概念

水合（Hydration）在React SSR中，指的是客户端JavaScript接管服务器渲染生成的HTML的过程。打个比方，服务器渲染生成的HTML就像是搭建好的毛坯房，而水合则是为这个毛坯房添加各种设施和装饰，让它变得可以正常居住和使用，也就是让静态的HTML具备交互性，同时还保留服务器渲染的内容。

这里对比一下水合与客户端渲染（CSR）。客户端渲染是从一个空的HTML容器开始，完全依靠JavaScript去构建整个DOM结构，就好比是在一片空地上从头开始盖房子；而水合则是在服务器已经搭建好基本框架（服务器渲染的HTML）的基础上，由JavaScript来添加事件监听器，让现有的DOM能够响应各种交互操作，类似在毛坯房的基础上进行装修和完善。

二、水合的工作原理

（一）水合过程详解

  1. 服务器渲染：服务器利用renderToString或renderToStaticMarkup方法，把React组件渲染成HTML字符串。这一步就像是建筑师按照设计图纸，先把房子的大致框架搭建好。
  2. HTML传输：服务器将生成的HTML发送到浏览器，就像把建好的房子框架运输到指定地点。
  3. 初始渲染：浏览器接收到HTML后进行显示，此时用户能够看到页面的内容，但还不能进行交互操作，这就好比房子框架搭好了，人可以进去看看，但还没有通电通水，无法正常生活。
  4. JavaScript加载：客户端的JavaScript包开始下载并执行，为后续的交互功能做准备，这一步类似于在房子里安装各种设备和线路。
  5. 水合过程：React把事件监听器添加到已有的DOM节点上，让静态的HTML变得可交互，这就相当于给房子通上水电，安装好各种电器，使其具备生活功能。
  6. 接管应用：水合完成后，React全面接管应用，之后的更新就按照正常的React渲染周期来进行，就像房子装修好后，居民可以正常生活，日常的维护和改造按照既定的规则进行。

（二）水合的关键步骤代码示例

// 服务器端渲染
import { renderToString } from 'react-dom/server';

// 将React组件渲染为HTML字符串
const appHtml = renderToString(<App />);

// 将HTML注入到模板中
const html = `
  <!DOCTYPE html>
  <html>
    <head><title>React SSR应用</title></head>
    <body>
      <div id="root">${appHtml}</div>
      <script src="/client.js"></script>
    </body>
  </html>
`;

// 发送到客户端
res.send(html);

这段服务器端代码先通过renderToString把App组件渲染成HTML字符串appHtml，然后将其嵌入到HTML模板中，最后发送给客户端。

// 客户端水合
import { hydrateRoot } from 'react-dom/client';

// 水合应用
hydrateRoot(
  document.getElementById('root'),
  <App />
);

在客户端，通过hydrateRoot方法，将App组件与服务器渲染的、已经存在于页面上的id为root的DOM元素进行水合操作，让页面具备交互性。

三、水合的详细实现

（一）完整的水合流程示例

// server.js - 服务器端代码
import express from 'express';
import { renderToString } from 'react-dom/server';
import { StaticRouter } from 'react-router-dom/server';
import App from './src/App';

const app = express();

app.get('*', (req, res) => {
  // 渲染应用为HTML
  const appHtml = renderToString(
    <StaticRouter location={req.url}>
      <App />
    </StaticRouter>
  );
  
  // 发送HTML到客户端
  res.send(`
    <!DOCTYPE html>
    <html>
      <head>
        <title>React SSR应用</title>
        <meta charset="utf-8">
        <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1">
      </head>
      <body>
        <div id="root">${appHtml}</div>
        <script src="/client.js"></script>
      </body>
    </html>
  `);
});

app.listen(3000, () => {
  console.log('服务器运行在 http://localhost:3000');
});

在这个服务器端代码中，借助express框架搭建服务器，通过renderToString和StaticRouter将App组件根据不同的请求路径渲染成HTML，再发送给客户端。

// client.js - 客户端入口
import { hydrateRoot } from 'react-dom/client';
import { BrowserRouter } from 'react-router-dom';
import App from './src/App';

// 水合应用
hydrateRoot(
  document.getElementById('root'),
  <BrowserRouter>
    <App />
  </BrowserRouter>
);

客户端代码则使用hydrateRoot和BrowserRouter，将App组件与服务器渲染的DOM进行水合，实现页面的交互功能。

（二）状态传递与水合

在SSR中，常常需要把服务器端的状态传递到客户端，这样在水合时就能恢复相同的状态。

// server.js - 服务器端状态准备
app.get('*', async (req, res) => {
  // 获取初始数据
  const initialData = await fetchInitialData(req.path);
  
  // 渲染应用为HTML
  const appHtml = renderToString(
    <StaticRouter location={req.url}>
      <App initialData={initialData} />
    </StaticRouter>
  );
  
  // 将初始数据注入到HTML中
  res.send(`
    <!DOCTYPE html>
    <html>
      <head>
        <title>React SSR应用</title>
      </head>
      <body>
        <div id="root">${appHtml}</div>
        <script>
          window.__INITIAL_DATA__ = ${JSON.stringify(initialData).replace(/</g, '\\u003c')}
        </script>
        <script src="/client.js"></script>
      </body>
    </html>
  `);
});

服务器端获取初始数据initialData后，将其传递给App组件进行渲染，然后把数据注入到HTML的window.__INITIAL_DATA__变量中。

// client.js - 客户端状态恢复
// 从服务器注入的全局变量中获取初始数据
const initialData = window.__INITIAL_DATA__ || {};

// 水合应用，传递相同的初始数据
hydrateRoot(
  document.getElementById('root'),
  <BrowserRouter>
    <App initialData={initialData} />
  </BrowserRouter>
);

客户端从window.__INITIAL_DATA__获取数据，并在水合时传递给App组件，保证前后端状态一致。

四、水合的挑战与解决方案

（一）不匹配问题

水合过程中，经常会遇到服务器渲染的HTML与客户端React尝试渲染的内容不匹配的情况。这会在React的控制台中产生警告，还可能让应用出现异常行为。常见的原因有：

  1. 依赖于浏览器API的代码：像window、document这类在服务器上不可用的API，如果在代码中使用，就容易导致不匹配。因为服务器没有浏览器环境，无法识别这些API。
  2. 依赖于时间的代码：例如new Date()、Math.random()，在服务器和客户端执行时，得到的结果可能不同，从而引发不匹配。
  3. 条件渲染：基于客户端特定条件的渲染逻辑，在服务器端无法按照相同条件执行，也会造成不匹配。

针对这些问题，可以采用如下解决方案：

// 检查代码运行环境
const isServer = typeof window === 'undefined';

// 条件性使用浏览器API
function MyComponent() {
  const [windowWidth, setWindowWidth] = useState(0);
  
  useEffect(() => {
    // 这段代码只在客户端执行
    setWindowWidth(window.innerWidth);
    
    const handleResize = () => {
      setWindowWidth(window.innerWidth);
    };
    
    window.addEventListener('resize', handleResize);
    return () => window.removeEventListener('resize', handleResize);
  }, []);
  
  return (
    <div>
      {/* 在服务器上渲染一个占位符，在客户端更新为实际值 */}
      <p>窗口宽度: {isServer? '...' : windowWidth}px</p>
    </div>
  );
}

这段代码通过判断window是否定义来区分服务器和客户端环境，在服务器上渲染占位符，在客户端再更新为实际值，避免了因浏览器API使用导致的不匹配问题。

（二）使用useEffect处理仅客户端的逻辑

对于那些必须在客户端执行的代码，可以利用useEffect钩子。

import { useState, useEffect } from 'react';

function ClientOnlyComponent() {
  const [mounted, setMounted] = useState(false);
  const [data, setData] = useState(null);
  
  useEffect(() => {
    // 组件已挂载，可以安全地使用浏览器API
    setMounted(true);
    
    // 获取数据
    fetchData().then(result => {
      setData(result);
    });
  }, []);
  
  // 在服务器上渲染一个加载状态
  if (!mounted) {
    return <div>加载中...</div>;
  }
  
  // 在客户端渲染实际内容
  return (
    <div>
      {data? (
        <ul>
          {data.map(item => (
            <li key={item.id}>{item.name}</li>
          ))}
        </ul>
      ) : (
        <p>加载数据...</p>
      )}
    </div>
  );
}

在这个组件中，通过useEffect确保只有在组件挂载到客户端后才执行获取数据等依赖浏览器API的操作，在服务器上则渲染加载状态，避免影响水合过程。

（三）使用动态导入避免服务器端执行

对于那些完全不能在服务器上运行的代码，可以采用动态导入的方式。

import { useState, useEffect } from 'react';

function ComponentWithBrowserAPI() {
  const [BrowserComponent, setBrowserComponent] = useState(null);
  
  useEffect(() => {
    // 动态导入仅在客户端执行的组件
    import('./BrowserOnlyComponent').then(module => {
      setBrowserComponent(() => module.default);
    });
  }, []);
  
  return (
    <div>
      <h1>我的组件</h1>
      {BrowserComponent? <BrowserComponent /> : <p>加载中...</p>}
    </div>
  );
}

通过动态导入，将依赖浏览器API的组件延迟到客户端执行，防止在服务器端执行时出现问题。

五、高级水合技术

（一）选择性水合

选择性水合允许应用的不同部分在不同时间进行水合操作，可以优先处理关键路径。

// 使用React.lazy和Suspense实现选择性水合
import { Suspense, lazy } from 'react';

// 懒加载非关键组件
const NonCriticalComponent = lazy(() => import('./NonCriticalComponent'));

function App() {
  return (
    <div>
      <CriticalComponent />
      <Suspense fallback={<div>加载中...</div>}>
        <NonCriticalComponent />
      </Suspense>
    </div>
  );
}

利用React.lazy和Suspense，先加载关键组件，非关键组件在后续进行水合，提高关键路径的加载速度。

（二）渐进式水合

渐进式水合使得应用在HTML还未完全加载时就可以开始水合过程。

// 使用React 18的createRoot和hydrateRoot实现渐进式水合
import { hydrateRoot } from 'react-dom/client';

// 水合根组件
hydrateRoot(
  document.getElementById('root'),
  <App />,
  {
    // 启用渐进式水合
    onRecoverableError: (error) => {
      console.warn('水合恢复错误:', error);
    }
  }
);

在React 18中，通过配置hydrateRoot的参数，实现渐进式水合，即使在水合过程中出现可恢复的错误，也能继续进行并给出提示。

（三）流式SSR与水合

React 18引入的流式SSR，让服务器可以逐步发送HTML，客户端在接收到部分HTML时就能开始水合。

// 服务器端流式渲染
import { renderToPipeableStream } from 'react-dom/server';

app.get('*', (req, res) => {
  const { pipe, abort } = renderToPipeableStream(
    <App />,
    {
      bootstrapScripts: ['/client.js'],
      onShellReady() {
        res.setHeader('Content-Type', 'text/html');
        pipe(res);
      },
      onError(error) {
        console.error('渲染错误:', error);
        abort();
      }
    }
  );
  
  // 设置超时
  setTimeout(() => {
    abort();
  }, 5000);
});

服务器端利用renderToPipeableStream进行流式渲染，在onShellReady时将渲染的内容发送给客户端，同时设置超时机制，防止出现异常情况。

六、水合性能优化

（一）减少水合不匹配

// 使用useLayoutEffect的替代方案
import { useEffect, useLayoutEffect } from 'react';

// 创建一个在服务器上使用useEffect，在客户端使用useLayoutEffect的钩子
const useIsomorphicLayoutEffect = typeof window!== 'undefined'? useLayoutEffect : useEffect;

function Component() {
  useIsomorphicLayoutEffect(() => {
    // 这段代码在服务器上使用useEffect，在客户端使用useLayoutEffect
    // 避免水合不匹配
  }, []);
  
  return <div>内容</div>;
}

通过判断环境，选择合适的useEffect或useLayoutEffect，减少因不同环境下钩子执行差异导致的水合不匹配问题。

（二）延迟非关键水合

// 使用requestIdleCallback延迟非关键水合
function App() {
  useEffect(() => {
    if ('requestIdleCallback' in window) {
      requestIdleCallback(() => {
        // 在浏览器空闲时执行非关键水合
        hydrateNonCriticalComponents();
      });
    } else {
      // 回退到setTimeout
      setTimeout(hydrateNonCriticalComponents, 100);
    }
  }, []);
  
  return (
    <div>
      <CriticalContent />
      <div id="non-critical-root"></div>
    </div>
  );
}

function hydrateNonCriticalComponents() {
  hydrateRoot(
    document.getElementById('non-critical-root'),
    <NonCriticalContent />
  );
}

利用requestIdleCallback在浏览器空闲时进行非关键组件的水合操作，如果浏览器不支持，则使用setTimeout作为回退方案，优化整体性能。

七、调试水合问题

（一）检测水合不匹配

在开发模式下，React会在控制台显示水合不匹配的警告。在生产环境中，可以通过以下代码来检测不匹配情况：

// 客户端入口
import { hydrateRoot } from 'react-dom/client';

// 创建一个包装器来检测水合不匹配
function HydrationWrapper({ children }) {
  useEffect(() => {
    // 水合完成后，检查DOM是否与React期望的匹配
    const root = document.getElementById('root');
    const reactRoot = root._reactRootContainer;
    
    if (reactRoot && reactRoot._internalRoot) {
      const fiber = reactRoot._internalRoot.current;
      
      // 检查是否有不匹配
      if (fiber.memoizedState && fiber.memoizedState.element) {
        console.log('水合完成，检查不匹配...');
        // 这里可以添加自定义的不匹配检测逻辑
      }
    }
  }, []);
  
  return children;
}

// 使用包装器进行水合
hydrateRoot(
  document.getElementById('root'),
  <HydrationWrapper>
    <App />
  </HydrationWrapper>
);

通过创建HydrationWrapper组件，在水合完成后检查DOM与React期望的匹配情况，方便排查问题。

（二）使用React DevTools调试

React DevTools是一个强大的调试工具，它可以帮助我们检查组件树和状态，在调试水合问题时非常有用。通过它，我们可以直观地看到组件的层级结构、状态变化等信息，快速定位问题所在。

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