如何解决前端常见的竞态问题？-清一色财经

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！

如何解决前端常见的竞态问题？

大家好，我是 CUGGZ。

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 Promisefetch('/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<Issue>({} 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 (
    <div>
      <h1>My issue number {data.id}</h1>
      <h2>{data.title}</h2>
      <p>{data.description}</p>
    </div>
  );
};
const App = () {
  const [page, setPage] = useState("1");

  return (
    <div className="App">
      <div className="container">
        <ul className="column">
          <li>
            <button onClick={() => setPage("1")}>Issue 1</button>
          </li>
          <li>
            <button onClick={() => setPage("2")}>Issue 2</button>
          </li>
        </ul>

        <Page id={page} />
      </div>
    </div>
  );
};

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 (
    <>
      <!-- 左侧按钮 -->
      <button onClick={() => setPage("1")}>Issue 1</button>
      <button onClick={() => setPage("2")}>Issue 2</button>

      <!-- 实际内容 -->
      <Page id={page} />
    </div>
  );
};

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

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' && <Issue />}
      {page === 'about' && <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useEffectHook 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’ && <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<Page id={page} />，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：

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

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。Reactref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。

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