React Server Component 从理念到原理

2023-06-15 微信公众号魔术师卡颂

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SSG是后端「编译时方案」。使用SSG的业务，后端代码在编译时会生成html（通常会被上传CDN）。当前端发起请求后，后端（或CDN）始终会返回编译生成的HTML。

大家好，我卡颂。

React Server Component（后文简称RSC）是React近几年最重要的特性。虽然他对React未来发展至关重要，但由于：

仍属实验特性。
配置比较繁琐，且局限较多。

所以虽然体验Demo[1]已经发布3年了，但仍属于「知道的人多，用过的人少」。

本文会从以下几个角度介绍RSC：

RSC是用来做啥的？
RSC和其他服务端渲染方案（SSR、SSG）的区别
RSC的工作原理

希望读者读完本文后对RSC的应用场景有清晰的认识。

本文参考了how-react-server-components-work[2]

什么是RSC

对于一个React组件，可能包含两种类型的状态：

前端交互用的状态，比如加载按钮的显/隐状态
后端请求回的数据，比如下面代码中的data状态用于保存后端数据：

function App() {
  const [data, update] = useState(null);
  
  useEffect(() => {
    fetch(url).then(res => update(res.json()))
  }, [])
  
  return <Ctn data={data}/>;
}

「前端交互用的状态」放在前端很合适，但「后端请求回的数据」逻辑链路如果放在前端则比较繁琐，整个链路类似如下：

前端请求并加载React业务逻辑代码。
应用执行渲染流程。
App组件mount，执行useEffect，请求后端数据。
后端数据返回，App组件的子组件消费数据。

如果我们根据「状态类型」将组件分类，比如：

「只包含交互相关状态」的组件，叫客户端组件（React Client Component，简写RCC）。
「只从数据源获取数据」的组件，叫服务端组件（React Server Component，简写RSC）。

按照这种逻辑划分，上述代码中：

App组件只包含数据，显然属于SSR。
App组件的子组件Ctn消费data，如果他内部包含交互逻辑，应该属于RCC。

将上述代码改写为：

function App() {
  // 从数据库获取数据
  const data = getDataFromDB();
  return <Ctn data={data}/>;
}

其中：

App组件在后端运行，可以直接从数据源（这里是数据库）获取数据
Ctn组件在前端运行，消费数据

改造后「前端交互用的状态」逻辑链路不变，而「后端请求回的数据」逻辑链路却变短很多：

后端从数据源获取数据，将RSC数据返回给前端。
前端请求并加载业务逻辑代码（来自步骤0）。
应用执行渲染流程（此时App组件已经包含数据）。
App组件的子组件消费数据。

这就是RSC的理念，一句话概括就是 —— 根据状态类型，划分组件类型，RCC在前端运行，RSC在后端运行。

与SSR、SSG的区别

同样涉及到前端框架的后端运行，RSC与SSR、SSG有什么区别呢？

首先，SSG是后端「编译时方案」。使用SSG的业务，后端代码在编译时会生成HTML（通常会被上传CDN）。当前端发起请求后，后端（或CDN）始终会返回编译生成的HTML。

RSC与SSR则都是后端「运行时方案」。也就是说，他们都是前端发起请求后，后端对请求的实时响应。根据请求参数不同，可以作出不同响应。

同为后端运行时方案，RSC与SSR的区别主要体现在输出产物：

类似于SSG，SSR的输出产物是HTML，浏览器可以直接解析。
RSC会流式输出一种「类JSON」的数据结构，由前端的React相关插件解析。

既然输出产物不同，那么他们的应用场景也是不同的。

比如，在需要考虑seo（即需要后端直接输出HTML）时，SSR与SSG可以胜任（都是输出HTML），而RSC则不行（流式输出）。

同时，由于实现不同，同一个应用中可以同时存在SSG、SSR以及RSC。

RSC的限制

「RSC规范」是如何区分RSC与RCC的呢？根据规范定义：

带有.server.js(x)后缀的文件导出的是RSC。
带有.client.js(x)后缀的文件导出的是RCC。
没有带server或client后缀的文件导出的是通用组件。

所以，我们上述例子可以导出为2个文件：

// app.server.jsx
function App() {
  // 从数据库获取数据
  const data = getDataFromDB();
  return <Ctn data={data}/>;
}

// ctn.client.jsx
function Ctn({data}) {
  // ...省略逻辑
}

对于任意应用，按照「RSC规范」拆分组件后，能得到类似如下的组件树，其中RSC和RCC可能交替出现：

但是需要注意：RCC中是不允许import RSC的。也就是说，如下写法是不支持的：

// ClientCpn.client.jsx

import ServerCpn from './ServerCpn.server'
export default function ClientCpn() {
  return (
    <div>
      <ServerCpn />
    </div>
  )
}

这是因为，如果一个组件是RCC，他运行的环境就是前端，那么他的子孙组件的运行环境也是前端，但RSC是需要在后端运行的。

那么上述RSC和RCC交替出现是如何实现的呢？

答案是：通过children。

改写下ClientCpn.client.jsx：

// ClientCpn.client.jsx

export default function ClientCpn({children}) {
  return (
    <div>{children}</div>
  )
}

在OuterServerCpn.server.jsx中引入ClientCpn与ServerCpn：

// OuterServerCpn.server.jsx
import ClientCpn from './ClientCpn.client'
import ServerCpn from './ServerCpn.server'
export default function OuterServerCpn() {
  return (
    <ClientCpn>
      <ServerCpn />
    </ClientCpn>
  )
}

组件结构如下：

解释下这段代码，首先OuterServerCpn是RSC，则他运行的环境是后端。他引入的ServerCpn组件运行环境也是后端。

ClientCpn组件虽然运行环境在前端，但是等他运行时，他拿到的children props是后端已经执行完逻辑（已经获得数据）的ServerCpn组件。

RSC协议详解

我们可以将RSC看作一种rpc（Remote Procedure Call，远程过程调用）协议的实现。数据传输的两端分别是「React后端运行时」与「React前端运行时」。

一款rpc协议最基本的组成包括三部分：

数据的序列化与反序列化
id映射
传输协议

以上面的OuterServerCpn.server.jsx举例：

// OuterServerCpn.server.jsx
import ClientCpn from './ClientCpn.client'
import ServerCpn from './ServerCpn.server'
export default function OuterServerCpn() {
  return (
    <ClientCpn>
      <ServerCpn />
    </ClientCpn>
  )
}

// ClientCpn.client.jsx
export default function({children}) {
  return <div>{children}</div>;
}

// ServerCpn.server.jsx
export default function() {
  return <div>服务端组件</div>;
}

这段组件代码转化为RSC数据后如下（不用在意数据细节，后文会解释）：

M1:{"id":"./src/ClientCpn.client.js","chunks":["client1"],"name":""}
J0:["$","div",null,{"className":"main","children":["$","@1",null,{"children":["$","div",null,{"children":"服务端组件"}]}]}]

接下来我们从上述三个角度分析这段数据结构的含义。

数据的序列化与反序列化

RSC是一种「按行分隔」的数据结构（方便按行流式传输），每行的格式为：

[标记][id]: JSON数据

其中：

「标记」代表这行的数据类型，比如J代表「组件树」，M代表「一个RCC的引用」，S代表Suspense
id代表这行数据对应的id。
JSON数据保存了这行具体的数据。

RSC的序列化与反序列化其实就是JSON的序列化与反序列化。反序列化后的数据再根据「标记」不同做不同处理。

比如，对于上述代码中第二行数据：

J0:["$","div",null,{"className":"main","children":["$","@1",null,{"children":["$","div",null,{"children":"服务端组件"}]}]}]

可以理解为，这行数据描述了一棵组件树（标记J），id为0，组件树对应数据为：

[
  "$","div",null,{
    "className":"main","children":[
      "$","@1",null,{
        "children":["$","div",null,{
          "children":"服务端组件"}]
        }
      ]
    }
]

当前端反序列化这行数据后，会根据上述JSON数据渲染组件树。

id映射

所谓「id映射」，是指对于同一个数据，如何在rpc协议传输的两端对应上？

在「RSC协议」的语境下，是指对于同一个组件，经由RSC在React前后端运行时之间传递，是如何对应上的。

还是考虑上面的例子，回顾下第二行RSC对应的数据：

[
  "$","div",null,{
    "className":"main","children":[
      "$","@1",null,{
        "children":["$","div",null,{
          "children":"服务端组件"}]
        }
      ]
    }
]

这段数据结构有些类似JSX的返回值，把他与组件层级放到一张图里对比下：

可以发现，这些信息已经足够前端渲染<OuterServerCpn/>、<ServerCpn/>组件了，但是<ClientCpn/>对应的数据@1是什么意思呢？

这需要结合第一行RSC的数据来分析：

M1:{"id":"./src/ClientCpn.client.js","chunks":["client1"],"name":""}

M标记代表这行数据是「一个RCC的引用」，id为1，数据为：

{
  "id":"./src/ClientCpn.client.js",
  "chunks":["client1"],
  "name":""
}

第二行中的@1就是指「引用id为1的RCC」，根据第一行RSC提供的信息，React前端运行时知道id为1的RCC包含一个名为client1的chunk，路径为"./src/ClientCpn.client.js"。

于是React前端运行时会向这个路径发起JSONP请求，请求回<ClientCpn/>组件对应代码：

如果应用包裹了<Suspense/>，那么请求过程中会显示fallback效果。

可以看到，通过协议中的：

M[id]，定义id对应的「RCC数据」。
@[id]，引用id对应的「RCC数据」。

就能将同一个RCC在React前后端运行时对应上。

那么，为什么RCC不像RSC一样直接返回数据，而是返回引用id呢？

主要是因为RCC中可能包含前端交互逻辑，而有些逻辑是不能通过「RSC协议」序列化的（底层是JSON序列化）。

比如下面的onClick props是一个函数，函数是不能通过JSON序列化的：

<button onClick={() => console.log('hello')}>你好</button>

这里我们再梳理下「RSC协议」中「id映射」的完整过程：

业务开发时通过.server ｜ client后缀区分组件类型。
后端代码编译时，所有RCC（即.client后缀文件）会编译出独立文件（这一步是react-server-dom-webpack[3]插件做的，对于Vite，也有人提了Vite插件的实现 PR[4]）。
React后端返回给前端的RSC数据中包含了组件树（J标记）等按行表示的数据。
React前端根据J标记对应数据渲染组件树，遇到「引用RCC」（形如M[id]）时，根据id发起JSONP请求。
请求返回该RCC对应组件代码，请求过程的pending状态由<Suspense/>展示。

传输协议

RSC数据是以什么格式在前后端间传递呢？

不同于一些rpc协议会基于TCP或UDP实现，「RSC协议」直接基于「HTTP协议」实现，其Content-Type为text/x-component。

总结

本文从理念、原理角度讲解了RSC，过程中回答了几个问题。

Q：RSC和其他服务端渲染方案有什么区别？

A：RSC是服务端运行时的方案，采用流式传输。

Q：为什么需要区分RSC与RCC（通过文件后缀）？

A：因为RSC需要在后端获取数据后流式传输给前端，而RCC在后端编译时编译成独立文件，前端渲染时再以JSONP的形式请求该文件

Q：为什么RCC中不能import RSC？

A：因为他们的运行环境不同（前者在前端，后者在后端）

由于配置繁琐，并不推荐在现有React项目中使用RSC。想体验RSC的同学，可以使用Next.js并开启App Router：

在这种情况下，组件默认为RSC。

参考资料

[1]体验Demo:https://Github.com/reactjs/server-components-demo

[2]how-react-server-components-work:https://www.plasmic.app/blog/how-react-server-components-work

[3]react-server-dom-webpack:https://www.npmjs.com/package/react-server-dom-webpack

[4]Vite插件的实现 PR:https://github.com/facebook/react/pull/26926