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解决前端常见问题：竞态条件
本文将深入研究 Promise 是如何导致竞态条件的，以及防止竞态条件发生的几种方法！
1. Promise和竞态条件
（1）Promise
我们知道，JavaScript 是单线程的，代码会同步执行，即按顺序从上到下执行。Promise 是可供我们异步执行的方法之一。使用 Promise，可以触发一个任务并立即进入下一步，而无需等待任务完成，该任务承诺它会在完成时通知我们。
最重要和最广泛使用 Promise 的情况之一就是数据获取。不管是 fetch 还是 axios，Promise 的行为都是一样的。
从代码的角度来看，就是这样的：
console.log('first step');
fetch('/some-url') // 创建 Promise
.then(() => { // 等待 Promise 完成
console.log('second step'); // 成功
}
)
.catch(() => {
console.log('something bad happened'); // 发生错误
})
console.log('third step');
这里会创建 Promise fetch('/some-url')，并在 .then 中获得结果时执行某些操作，或者在 .catch 中处理错误。
（2）实际应用
Promise 中最有趣的部分之一是它可能会导致竞态条件。下面是一个非常简单的应用：
import "./styles.scss";
import { useState, useEffect } from "react";
type Issue = {
id: string;
title: string;
description: string;
author: string;
};
const url1 =
"https://run.mocky.io/v3/ebf1b8f3-0368-4e3b-a965-1c5fdcc5d490?mocky-delay=2000ms";
const url2 =
"https://run.mocky.io/v3/27398801-05e2-4a62-8719-2a2d40974e52?mocky-delay=2000ms";
const Page = ({ id }: { id: string }) => {
const [data, setData] = useState({} as Issue);
const [loading, setLoading] = useState(false);
const url = id === "1" ? url1 : url2;
useEffect(() => {
setLoading(true);
fetch(url)
.then((r) => r.json())
.then((r) => {
setData(r);
console.log(r);
setLoading(false);
});
}, [url]);
if (!data.id || loading) return <>loading issue {id};
return (
{data.title}
{data.description}
);
};
const App = () => {
const [page, setPage] = useState("1");
return (
-
-
);
};
export default App;
在线实例：https://codesandbox.io/s/app-with-race-condition-fzyrj5?from-embed
页面效果如下：
可以看到，在左侧有两个选项卡，切换选项卡就会发送一个数据请求，请求的数据会在右侧展示。当我们在选项卡之间进行快速切换时，内容会发生闪烁，数据也是随机出现。如下：
为什么会这样呢？我们来看一下这个应用是怎么实现的。这里有两个组件，一个是根组件 APP，它会管理 active 的 page 状态，并渲染导航按钮和实际的 Page 组件。
const App = () => {
const [page, setPage] = useState("1");
return (
<>
);
};
另一个就是 Page 组件，它接受活动页面 的 id 作为 props，发送一个 fetch 请求来获取数据，然后渲染它。简化的实现（没有加载状态）如下所示：
const Page = ({ id }: { id: string }) => {
const [data, setData] = useState({});
// 通过 id 获取相关数据
const url = `/some-url/${id}`;
useEffect(() => {
fetch(url)
.then((r) => r.json())
.then((r) => {
setData(r);
});
}, [url]);
return (
<>
{data.title}
{data.description}
);
};
这里通过 id 来确定获取数据的 url。然在 useEffect 中发送 fetch 请求，并将获取到的数据存储在 state 中。那么竞态条件和奇怪的行为是从哪里来的呢？
（3）竞态条件
这可以归结于两个方面：Promises 的本质和 React 生命周期。
从生命周期的角度来看，执行如下：
- App 组件挂载；
- Page 组件使用默认的 prop 值 1 挂载；
- Page 组件中的 useEffect 首次执行
那么 Promises 的本质就生效了：useEffect 中的 fetch 是一个 Promise，它是异步操作。它发送实际的请求，然后 React 继续它的生命周期而不会等待结果。大约 2 秒后，请求完成，.then 开始执行，在其中我们调用 setData 来将获取到的数据保存状态中，Page 组件使用新数据更新，我们在屏幕上看到它。
如果在所有内容渲染完成后再点击导航按钮，事件流如下：
- App 组件将其状态更改为另一个页面；
- 状态改变触发 App 组件的重新渲染；
- Page 组件也会重新渲染；
- Page 组件中的 useEffect 依赖于 id，id变了就会再次触发 useEffect；
- useEffect 中的 fetch 将使用新 id 触发，大约 2 秒后 setData 将再次调用，Page 组件更新，我们将在屏幕上看到新数据。
但是，如果在第一次 fetch 正在进行但尚未完成时单击导航按钮，这时 id 发生了变化，会发生什么呢？
- App 组件将再次触发 Page 的重新渲染；
- useEffect 将再次被触发（因为依赖的 id 更改）；
- fetch 将再次被触发；
- 第一次 fetch 完成，setData 被触发，Page 组件使用第一次 fecth 的数据进行更新；
- 第二次 fetch 完成，setData 被触发，Page 组件使用第二次 fetch 的数据进行更新。
这样，竞态条件就产生了。在导航到新页面后，我们会看到内容的闪烁：第一次 fetch 的内容先被渲染，然后被第二次 fetch 的内容替换。
如果第二次 fetch 在第一次 fetch 之前完成，这种效果会更加有趣。我们会先看到下一页的正确内容，然后将其替换为上一页的错误内容。
来看下面的例子，等到第一次加载完所有内容，然后导航到第二页，然后快速导航回第一页。页面效果如下：
在线实例：https://codesandbox.io/s/app-without-race-condition-reversed-yuoqkh?from-embed
可以看到，我们先点击 Issues 2，再点击的 Issue 1。而最终先显示了 Issue 1 的结果，后显示了 Issue 2 的结果。那该如何解决这个问题呢？
2. 修复竞态条件
（1）强制重新挂载
其实这一个并不是解决方案，它更多地解释了为什么这些竞态条件实际上并不会经常发生，以及为什么我们通常在常规页面导航期间看不到它们。
想象一下如下组件：
const App = () => {
const [page, setPage] = useState('issue');
return (
<>
{page === 'issue' && }
{page === 'about' && }
)
}
这里我们并没有传递 props，Issue 和 About 组件都有各自的 url，它们可以从中获取数据。并且数据获取发生在 useEffect Hook 中：
const About = () => {
const [about, setAbout] = useState();
useEffect(() => {
fetch("/some-url-for-about-page")
.then((r) => r.json())
.then((r) => setAbout(r));
}, []);
...
}
这次导航时没有发生竞态条件。尽可能多地和尽可能快地进行导航：应用运行正常。
在线实例：https://codesandbox.io/s/issue-and-about-no-bug-5udo04?from-embed
这是为什么呢？答案就在这里：{page === ‘issue’ && }。当 page 值发生更改时，Issue 和 About 页面都不会重新渲染，而是会重新挂载。当值从 issue 更改为 about 时，Issue 组件会自行卸载，而 About 组件会进行挂载。
从 fetch 的角度来看：
- App 组件首先渲染，挂载 Issue 组件，并获取相关数据；
- 当 fetch 仍在进行时导航到下一页时，App 组件会卸载 Issue 页面并挂载 About 组件，它会执行自己的数据获取。
当 React 卸载一个组件时，就意味着它已经完全消失了，从屏幕上消失，其中发生的一切，包括它的状态都丢失了。将其与前面的代码进行比较，我们在其中编写了 ，这个 Page 组件从未被卸载，我们只是在导航时重新使用它和它的状态。
回到卸载的情况，当我们跳转到在 About 页面时，Issue 的 fetch 请求完成时，Issue 组件的 .then 回调将尝试调用 setIssue，但是组件已经消失了，从 React 的角度来看，它已经不存在了。所以 Promise 会消失，它获取的数据也会消失。
顺便说一句，React 中经常会提示：Can't perform a React state update on an unmounted component，当组件已经消失后完成数据获取等异步操作时就会出现这个警告。
理论上，这种行为可以用来解决应用中的竞态条件：只需要强制页面组件重新挂载。可以使用 key 属性：
在线实例：https://codesandbox.io/s/app-without-race-condition-twv1sm?file=/src/App.tsx
⚠️ 这并不是推荐使用的竞态条件问题的解决方案，其影响较大：性能可能会受到影响，状态的意外错误，渲染树下的 useEffect 意外触发。有更好的方法来处理竞争条件（见下文）。
（2）丢弃错误的结果
解决竞争条件的另外一种方法就是确保传入 .then 回调的结果与当前“active”的 id 匹配。
如果结果可以返回用于生成 url 的id，就可以比较它们，如果不匹配就忽略它。这里的技巧就是在函数中避免 React 生命周期和本地数据，并在 useEffect 中访问最新的 id。React ref 就非常适合：
const Page = ({ id }) => {
// 创建 ref
const ref = useRef(id);
useEffect(() => {
// 用最新的 id 更新 ref 值
ref.current = id;
fetch(`/some-data-url/${id}`)
.then((r) => r.json())
.then((r) => {
// 将最新的 id 与结果进行比较，只有两个 id 相等时才更新状态
if (ref.current === r.id) {
setData(r);
}
});
}, [id]);
}
在线示例：https://codesandbox.io/s/app-with-race-condition-fixed-with-id-and-ref-jug1jk?file=/src/App.tsx
我们也可以直接比较 url：
const Page = ({ id }) => {
// 创建 ref
const ref = useRef(id);
useEffect(() => {
// 用最新的 url 更新 ref 值
ref.current = url;
fetch(`/some-data-url/${id}`)
.then((result) => {
// 将最新的 url 与结果进行比较，仅当结果实际上属于该 url 时才更新状态
if (result.url === ref.current) {
result.json().then((r) => {
setData(r);
});
}
});
}, [url]);
}
在线示例：https://codesandbox.io/s/app-with-race-condition-fixed-with-url-and-ref-whczob?file=/src/App.tsx
（3）丢弃以前的结果
useEffect 有一个清理函数，可以在其中清理订阅等内容。它的语法如下所示：
useEffect(() => {
return () => {
// 清理的内容
}
}, [url]);
清理函数会在组件卸载后执行，或者在每次更改依赖项导致的重新渲染之前执行。因此重新渲染期间的操作顺序将如下所示：
- url 更改；
- 清理函数被触发；
- useEffect 的实际内容被触发。
JavaScript 中函数和闭包的性质允许我们这样做：
useEffect(() => {
// useEffect中的局部变量
let isActive = true;
// 执行 fetch 请求
return () => {
// 上面的局部变量
isActive = false;
}
}, [url]);
我们引入了一个局部布尔变量 isActive，并在 useEffect 运行时将其设置为 true，在清理时将其设置为 false。每次重新渲染时都会重新创建 useEffect 中的变量，因此最新的 useEffect 会将 isActive 始终重置为 true。但是，在它之前运行的清理函数仍然可以访问前一个变量的作用域，并将其重置为 false。这就是 JavaScript 闭包的工作方式。
虽然 fetch 是异步的，但仍然只存在于该闭包中，并且只能访问启动它的 useEffect 中的局部变量。因此，当检查 .then 回调中的 isActive 时，只有最近的运行（即尚未清理的运行）才会将变量设置为 true。所以，现在只需要检查是否处于活动闭包中，如果是，则将获取的数据设置状态。如果不是，什么都不做，数据将再次消失。
useEffect(() => {
// 将 isActive 设置为 true
let isActive = true;
fetch(`/some-data-url/${id}`)
.then((r) => r.json())
.then((r) => {
// 如果闭包处于活动状态，更新状态
if (isActive) {
setData(r);
}
});
return () => {
// 在下一次重新渲染之前将 isActive 设置为 false
isActive = false;
}
}, [id]);
在线示例：https://codesandbox.io/s/app-with-race-condition-fixed-with-cleanup-4du0wf?file=/src/App.tsx
（4）取消之前的请求
对于竞态条件问题，我们可以取消之前的请求，而不是清理或比较结果。如果之前的请求不能完成（取消），那么使用过时数据的状态更新将永远不会发生，问题也就不会存在。可以为此使用 AbortController 来取消请求。
我们可以在 useEffect 中创建 AbortController 并在清理函数中调用 .abort()：
useEffect(() => {
// 创建 controller
const controller = new AbortController();
// 将 controller 作为signal传递给 fetch
fetch(url, { signal: controller.signal })
.then((r) => r.json())
.then((r) => {
setData(r);
});
return () => {
// 中止请求
controller.abort();
};
}, [url]);
这样，在每次重新渲染时，正在进行的请求将被取消，新的请求将是唯一允许解析和设置状态的请求。
中止一个正在进行的请求会导致 Promise 被拒绝，所以需要在 Promise 中捕捉错误。因为 AbortController 而拒绝会给出特定类型的错误：
fetch(url, { signal: controller.signal })
.then((r) => r.json())
.then((r) => {
setData(r);
})
.catch((error) => {
// 由于 AbortController 导致的错误
if (error.name === 'AbortError') {
// ...
} else {
// ...
}
});
在线示例：https://codesandbox.io/s/app-with-race-condition-fixed-with-abort-controller-6u0ckk?file=/src/App.tsx
3. Async/await
上面我们说了 Promise 的竞态条件的解决方案，那 Async/await 会有所不同吗？其实，Async/await 只是编写 Promise 的一种更好的方式。它只是将 Promise 变成“同步”函数，但不会改变它们的异步的性质。
对于 Promise：
fetch('/some-url')
.then(r => r.json())
.then(r => setData(r));
使用 Async/await 这样写：
const response = await fetch('/some-url');
const result = await response.json();
setData(result);
使用 async/await 而不是“传统”promise 实现的完全相同的应用，将具有完全相同的竞态条件。以上所有解决方案和原因都适用，只是语法会略有不同。可以在在线示例中查看：https://codesandbox.io/s/app-with-race-condition-async-away-q39lgi?file=/src/App.tsx
参考：https://www.developerway.com/posts/fetching-in-react-lost-promises
