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Build your own React - Function Component 그리고 Hooks

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이 포스팅은 AUSG 5기 Frontend Deep Dive 스터디에서 Build your own React 포스팅을 읽고 학습한 내용을 기록한 것입니다. 원문 내용에 더해 React 동작 원리를 이해하는데 도움이 되는 내용이 포함되어 있습니다. 글의 내용과 관련한 피드백은 언제나 환영합니다.

지난 포스팅에서는 React가 DOM의 변경사항을 처리하는 재조정(Reconciliation) 알고리즘에 대해 알아보았다. 이번 포스팅에서는 함수형 컴포넌트와 hooks가 어떻게 동작하는지 살펴보도록 하자.

Step VII: Function Components

먼저 다음과 같은 함수 컴포넌트가 있다고 가정해보자.

function App(props) {
  return <h1>Hi {props.name}</h1>
}
const element = <App name="foo" />

위 컴포넌트는 트랜스파일 후 아래와 같이 변경된다.

function App(props) {
  return Didact.createElement('h1', null, 'Hi ', props.name)
}
const element = Didact.createElement(App, {
  name: 'foo',
})

트랜스파일된 코드를 살펴보면, element 는 type 이 App 인 React element를 가리키게 된다. 그런데 App 이란 type 의 HTML element는 실제로 존재하지 않는다. App은 우리가 작성한 함수를 나타내기 때문이다. 이 App 이란 함수를 실행해야 비로소 type이 h1인 React element가 생성된다. 즉, 함수 컴포넌트가 실행되서 생성된 React element는 props로 children을 전달받는 것이 아닌 함수를 호출하여 children을 반환한다.

정리하면, 함수 컴포넌트는 일반 JSX와 다음 두 가지 차이점이 있다.

  • 함수형 컴포넌트에 대응되는 fiber는 DOM 노드를 갖지 않는다. App이란 태그의 DOM element가 없기 때문이다.

  • 함수형 컴포넌트는 children을 props 로 전달받지 않고 함수를 호출하여 children을 반환한다.

이를 위해 우리는 performUnitOfWork 함수에서 nextUnitOfWork를 처리할 떄 함수형 컴포넌트인지에 따라 다르게 처리해줄 수 있다.

function performUnitOfWork(fiber) {
  const isFunctionComponent = fiber.type instanceof Function
  // fiber의 type이 함수를 가리키는 경우, 즉 함수형 컴포넌트인 경우
  if (isFunctionComponent) {
    updateFunctionComponent(fiber)
  }
  // fiber의 type이 string literal인 경우
  else {
    updateHostComponent(fiber)
  }
  // return(select) next unit of work...(생략)
}

function updateFunctionComponent(fiber) {
  // 함수형 컴포넌트에 대한 fiber는 DOM 노드를 갖지 않는다
  // 함수형 컴포넌트는 호출하여 children을 반환한다
  const children = [fiber.type(fiber.props)]
  reconcileChildren(fiber, children)
}
​
function updateHostComponent(fiber) {
  if (!fiber.dom) {
    fiber.dom = createDom(fiber)
  }
  reconcileChildren(fiber, fiber.props.children)
}

performUnitOfWork 함수에서 DOM을 생성하고 children element에 대한 fiber를 생성하는 기존 로직을 updateHostComponent로 옮기고, 함수형 컴포넌트인 경우 updateFunctionComponent 함수를 호출하도록 변경하였다. 이 함수에서는 fiber가 참조하는 함수 컴포넌트를 호출하여 반환된 children을 reconciliation하도록 한다. 맨 처음 언급한 예제를 바탕으로 한다면 fiber.type 은 App 이 되고 이를 실행하면 h1 element가 반환된다.

다음으로 수정할 부분은 commit phase인데, 지금까지는 render phase에서 각 fiber에 대한 DOM 노드를 생성해주었기 때문에 commit phase에서 모든 fiber에 대한 DOM 노드가 무조건 존재한다고 가정할 수 있었다. 그러나 함수형 컴포넌트는 render phase에서 DOM 노드를 생성하지 않기 때문에 commit phase에서 모든 fiber가 DOM 노드를 갖고 있다고 확신할 수 없다.

이 때문에 DOM 노드를 DOM 트리에 추가하고 삭제하는 부분을 수정해야 한다. 먼저 DOM 노드를 추가할 떄 parent fiber에 대한 DOM 노드가 있는지 조사하고, 만약 parent fiber가 함수형 컴포넌트라 DOM 노드가 없다면 parent의 parent fiber에 DOM을 추가해야 한다. 이 과정은 parent fiber의 DOM이 존재할 때 까지 타고 올라가도록 한다.

function commitWork(fiber) {
  if (!fiber) {
    return
  }
​
  let domParentFiber = fiber.parent
  // parent fiber가 DOM 노드를 가질 때 까지 위로 올라간다
  while (!domParentFiber.dom) {
    domParentFiber = domParentFiber.parent
  }
  const domParent = domParentFiber.dom
​
  if (
    fiber.effectTag === "PLACEMENT" &&
    fiber.dom != null
  ) {
    // 현재 fiber의 DOM 노드를 타고 올라간 parent fiber의 DOM 노드에 append 한다.
    domParent.appendChild(fiber.dom)
  }
  // UPDATE, DELETE...(생략)
}

다음으로 DOM 노드를 삭제하는 부분을 수정한다. 만약 DOM 노드가 없는 함수형 컴포넌트를 삭제해야 하는 경우 DOM 노드가 있는 child fiber를 찾을 때 까지 타고 내려간다. DOM 노드를 가진 child fiber를 찾으면, 해당 fiber의 DOM 노드를 parent fiber의 DOM 노드에서 제거한다.

function commitWork(fiber) {
  // PLACEMENT...(생략)

  else if (fiber.effectTag === "DELETION") {
    commitDeletion(fiber, domParent)
  }
  // UPDATE...(생략)
}

function commitDeletion(fiber, domParent) {
  // DOM 노드를 가진 child fiber를 찾으면 parent fiber의 DOM 노드에서 제거한다
  if (fiber.dom) {
    domParent.removeChild(fiber.dom)
  }
  // DOM 노드를 갖는 child fiber를 찾을 때 까지 내려간다
  else {
    commitDeletion(fiber.child, domParent)
  }
}

이렇게 하면 이제 우리가 작성한 코드로 함수형 컴포넌트를 렌더링 할 수 있다.

Step VIII: Hooks

이제 함수형 컴포넌트 안에서 사용할 수 있는 hook을 만들어보자. 이번에는 버튼을 클릭하면 카운트가 증가하는 고전적인 카운터 컴포넌트를 예시로 들어보자.

function Counter() {
  const [state, setState] = Didact.useState(1)

  return (
    <div>
      <h1>Count: {state}</h1>
      <button onClick={() => setState((c) => c + 1)}>increment</button>
    </div>
  )
}
const element = <Counter />

useState 훅을 직접 구현하기 전에, 이 카운터 컴포넌트에서 호출하는 useState 훅이 어떻게 동작하는지 생각해보자. 먼저 initial value 로 1 이란 값을 전달하여, state를 1로 초기화하였다. useState 훅을 호출하여 반환된 state는 JSX element의 children으로 전달된다. 좀 더 정확히는 state가 React element의 props의 children에 전달되어, render phase에서 이를 바탕으로 DOM 노드가 생성되고, commit phase에서 DOM 트리에 추가되어 화면에 나타나게 된다.

또 useState는 state의 값을 변경하는 setState 함수도 반환하는데, 여기서는 버튼을 클릭하면 setState를 함수를 호출하고 파라미터로 이전 state를 받아 다음 state를 반환하는 함수를 전달하였다. 그리하여 버튼을 클릭했을 때 state의 값이 바뀌고, 카운터 컴포넌트는 리렌더링 된다. 좀 더 정확히는 state가 변경되어 render phase에서 fiber 트리의 변경사항이 만들어지고, commit phase에서 변경된 fiber를 바탕으로 DOM 노드를 수정한다.

자, 여기까지 useState 훅의 동작을 살펴보았으니, 이제 직접 구현해보도록 하자. 먼저 render phase에서 함수형 컴포넌트를 호출하기 전, 현재 함수 컴포넌트에 대한 fiber wipFiber 라고 하자. 그리고 wipFiber가 참조하는 훅들을 트래킹하기 위해 hooks 필드를 추가하고 이를 인덱싱하는 hookIndex도 생성한다.

let wipFiber = null
let hookIndex = null
​
function updateFunctionComponent(fiber) {
  wipFiber = fiber
  hookIndex = 0
  wipFiber.hooks = []
  const children = [fiber.type(fiber.props)]
  reconcileChildren(fiber, children)
}

다음으로 useState 함수를 만들자. 먼저 useState를 호출하면 state를 반환하는 기능부터 구현해보자. 일단 함수 컴포넌트가 호출되면, 그 안에서 사용된 useState가 호출되고 여기서 기존에 추가한, 즉 직전에 commit된 fiber tree에서 wipFiber에 대응되는 fiber(alternate)에 추가된 훅(oldHook)이 있는지 먼저 조사한다. 만약 oldHook이 존재한다면 해당 state를 그대로 새로운 훅(hook)에 가져오고, 그렇지 않은 경우 파라미터로 받은 초기값을 새로운 훅의 값으로 사용한다. 마지막으로 새로 정의된 훅을 wipFiber의 hooks 필드에 추가하고 state를 반환한다.

function useState(initial) {
  // 직전에 커밋된 fiber가 참조하는 hook
  const oldHook =
    wipFiber.alternate &&
    wipFiber.alternate.hooks &&
    wipFiber.alternate.hooks[hookIndex]
  // oldHook이 존재한다면 해당 훅의 값을 새로운 훅의 값으로 덮어쓴다.
  const hook = {
    state: oldHook ? oldHook.state : initial,
  }
​
  wipFiber.hooks.push(hook)
  hookIndex++
  return [hook.state]
}

이제 useState가 setState를 반환하도록 만들어보자. setState 함수는 이전 상태를 받아서 다음 상태를 반환하는 action 이라는 함수를 파라미터로 받는다고 가정하자(실제 React에선 그냥 값을 받을 수도 있다). 이 action은 setState가 호출된 즉시 실행하지 않고 일단 큐에 넣은 뒤, 배치가 되어 처리될 수 있도록 하자. 그래서 다음 render phase에서 함수 컴포넌트가 실행되어 훅이 호출될 때 큐에 저장된 모든 action들이 한번에 실행되도록 한다.

일단 setState 함수가 호출되면, 해당 함수 컴포넌트는 리렌더링 되어야 한다. 그리하여 setState는 render 함수와 비슷하게 새 wipRoot 를 바로 직전에 커밋된 currentRoot의 것들로 저장한 뒤 nextUnitOfWork 로 지정하여 새로운 render phase를 시작하도록 한다.

function useState(initial) {
  const oldHook =
    wipFiber.alternate &&
    wipFiber.alternate.hooks &&
    wipFiber.alternate.hooks[hookIndex]
  const hook = {
    state: oldHook ? oldHook.state : initial,
    // setState의 파라미터로 전달된 action들을 저장하는 큐
    queue: [],
  }

  // oldHook의 queue에 저장된 actions 들을 모두 호출하여 state를 변경한다
  const actions = oldHook ? oldHook.queue : []
  actions.forEach(action => {
    hook.state = action(hook.state)
  })
​
 const setState = action => {
   // action을 바로 실행하지 않고 일단 queue에 넣는다
    hook.queue.push(action)
    // nextUnitOfWork로 새로운 wipRoot를 지정하여 render phase를 시작한다
    wipRoot = {
      dom: currentRoot.dom,
      props: currentRoot.props,
      alternate: currentRoot,
    }
    nextUnitOfWork = wipRoot
    deletions = []
  }
​
  wipFiber.hooks.push(hook)
  hookIndex++
  return [hook.state, setState]
}

이렇게 하면 함수 컴포넌트 내에서 사용 가능한 useState 훅이 만들어진다.

Recap

이번 포스팅에서는 함수 컴포넌트와 훅이 어떻게 동작하는지 살펴보았다. 여기서 소개한 내용을 정리하면 다음과 같다.

  • 함수 컴포넌트에 대응되는 fiber는 DOM 노드가 없고, 호출해서 children을 반환한다

  • useState 훅이 반환한 state를 포함하는 JSX는 render phase에서 state를 children으로 갖는 fiber를 만든다. 이는 state의 변경이 해당 state를 children으로 갖는 fiber에만 영향을 미치는 것을 의미한다

  • setState를 호출하면 파라미터로 전달된 action이 바로 실행되는 것이 아니라 큐에 저장되고, 다음 render phase에 한꺼번에(배치) 실행된다.

마치며

지금까지 총 4편의 글을 작성하여 Build your own React 아티클을 리뷰하였다. 각 단계별로 작성된 소스코드는 나의 Github 레포지토리에서 확인할 수 있다. 원본 아티클의 소스코드 Javascript로 작성되었지만 필자는 Typescript를 즐겨 쓰기 때문에 원문 소스코드를 Typescript로 포팅하였다.

이 글을 읽으면서 배운점이 많았다. JSX가 DOM element로 해석되는 과정에서 Babel, Typescript 같은 빌드 툴의 역할과 React의 역할이 무엇인지 분명하게 구분지어 이해할 수 있었다. 또 함수형 컴포넌트, 훅과 같은 React API의 내부 동작 원리를 간단하게나마 이해할 수 있게 되었다. 나아가 Fiber 자료구조가 어떻게 활용되는지를 보면서 그동안 모호하게 느껴졌던 Virtual DOM이 어떤 원리로 동작하고, 어떤 이점이 있는지를 정확히 이해할 수 있게 되었다.

마지막으로 느낀점은 React는 정말 잘 만든 라이브러리구나 라는 생각이 들었다. React를 만드는 데 있어 처음 아이디어를 구상하고 이를 개발하여 많은 개발자들의 사랑을 받기까지 노력해온 컨트리뷰터들에게 존경심을 표하게된다. 오늘도 난 세상에 대단한 개발자들이 참 많다는 걸 느낀다.

References

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