Овладяване на планировчика за конкурентно рендиране на React: Управление на бюджета за време на кадъра

В постоянно развиващия се свят на уеб разработката, предоставянето на безпроблемно и отзивчиво потребителско изживяване (UX) е от първостепенно значение. Потребителите по целия свят очакват приложенията да бъдат бързи, плавни и интерактивни, независимо от тяхното устройство, мрежови условия или сложността на потребителския интерфейс. Съвременните JavaScript рамки, особено React, постигнаха значителен напредък в посрещането на тези изисквания. В основата на способността на React да постигне това е неговият сложен планировчик за конкурентно рендиране (Concurrent Rendering Scheduler), мощен механизъм, който позволява по-интелигентно управление на работата по рендиране и, което е от решаващо значение, неговия бюджет за време на кадъра (Frame Time Budget).

Това изчерпателно ръководство ще се потопи дълбоко в тънкостите на планировчика за конкурентно рендиране на React, като се фокусира конкретно върху начина, по който той управлява бюджетите за време на кадъра. Ще разгледаме основните принципи, предизвикателствата, които решава, и практически стратегии, които разработчиците могат да използват, за да се възползват от тази функция за изграждане на високопроизводителни и глобално достъпни приложения.

Необходимостта от управление на бюджета за време на кадъра

Преди да се потопим в конкретната реализация на React, е важно да разберем защо управлението на бюджета за време на кадъра е толкова критично за съвременните уеб приложения. Понятието „кадър“ се отнася до еднократно опресняване на екрана. При повечето дисплеи това се случва 60 пъти в секунда, което означава, че всеки кадър има приблизително 16.67 милисекунди (ms), за да бъде рендиран. Това обикновено се нарича бюджет от 16ms.

Ако едно уеб приложение отнема повече време от този бюджет за рендиране на кадър, браузърът ще „пропусне“ този кадър, което води до накъсан, лагващ или неотзивчив потребителски интерфейс. Това е незабавно забележимо и разочароващо за потребителите, особено при интерактивни компоненти като анимации, превъртане или въвеждане на данни във форми.

Предизвикателства при традиционното рендиране:

• Дълготрайни задачи: В ерата преди конкурентното рендиране, React (и много други рамки) работеше на една единствена, синхронна нишка. Ако рендирането на даден компонент отнемаше твърде много време, то блокираше основната нишка, предотвратявайки обработката на потребителски взаимодействия (като кликвания или писане), докато рендирането не приключи.
• Непредсказуема производителност: Производителността на едно рендиране можеше да бъде силно непредсказуема. Малка промяна в данните или сложността на потребителския интерфейс можеше да доведе до драстично различни времена за рендиране, което правеше трудно гарантирането на плавно изживяване.
• Липса на приоритизация: Всички задачи за рендиране се третираха с еднаква важност. Нямаше вграден механизъм за приоритизиране на спешни актуализации (напр. потребителски вход) пред по-малко критични (напр. извличане на данни във фонов режим).

Тези предизвикателства се засилват в глобален контекст. Потребителите, които достъпват приложения от региони с по-малко стабилна интернет инфраструктура или по-стари устройства, се сблъскват с още по-големи препятствия. Лошо управляваният бюджет за време на кадъра може да направи приложението практически неизползваемо за значителна част от глобалната потребителска база.

Представяне на конкурентното рендиране на React

React Concurrent Mode (сега по подразбиране в React 18) въведе фундаментална промяна в начина, по който React рендира приложения. Основната идея е да се даде възможност на React да прекъсва, спира и възобновява рендирането. Това се постига чрез нов планировчик, който е наясно с конвейера за рендиране на браузъра и може да приоритизира задачите съответно.

Ключови концепции:

• Time Slicing (Разделяне на времето): Планировчикът разгражда големи, синхронни задачи за рендиране на по-малки части. Тези части могат да се изпълняват в рамките на няколко кадъра, което позволява на React да върне контрола на браузъра между частите. Това гарантира, че основната нишка остава достъпна за критични задачи като потребителски взаимодействия и обработка на събития.
• Re-entrancy (Повторно влизане): React вече може да спре рендирането по средата на жизнения цикъл на даден компонент и да го възобнови по-късно, потенциално в различен ред или след като други задачи са приключили. Това е от решаващо значение за редуването на различни видове актуализации.
• Приоритети: Планировчикът присвоява приоритети на различните задачи за рендиране. Например, спешни актуализации (като писане в поле за въвеждане) получават по-висок приоритет от по-малко спешни (като актуализиране на списък, извлечен от API).

В своята същност, конкурентното рендиране е свързано с управлението на бюджета за време на кадъра чрез интелигентно планиране и разграждане на работата.

Планировчикът на React: Двигателят на конкурентното рендиране

Планировчикът на React е диригентът зад конкурентното рендиране. Той е отговорен за вземането на решения кога да се рендира, какво да се рендира и как да се разгради работата, за да се побере в бюджета за време на кадъра. Той взаимодейства с API-тата на браузъра requestIdleCallback и requestAnimationFrame, за да планира задачите ефективно.

Как работи:

1. Опашка от задачи: Планировчикът поддържа опашка от задачи (напр. актуализации на компоненти, обработчики на събития).
2. Нива на приоритет: На всяка задача се присвоява ниво на приоритет. React има система от дискретни нива на приоритет, вариращи от най-високото (напр. потребителски вход) до най-ниското (напр. фоново извличане на данни).
3. Решения за планиране: Когато браузърът е в покой (т.е. има време в рамките на бюджета на кадъра), планировчикът избира задачата с най-висок приоритет от опашката и я планира за изпълнение.
4. Time Slicing в действие: Ако дадена задача е твърде голяма, за да бъде завършена в оставащото време на текущия кадър, планировчикът я „разрязва“. Той извършва част от работата, след което отстъпва на браузъра, като планира останалата част от работата за бъдещ кадър.
5. Прекъсване и възобновяване: Ако се появи задача с по-висок приоритет, докато се обработва задача с по-нисък приоритет, планировчикът може да прекъсне задачата с по-нисък приоритет, да обработи тази с по-висок приоритет и след това да възобнови прекъснатата задача по-късно.

Това динамично планиране позволява на React да гарантира, че най-важните актуализации се обработват първо, предотвратявайки блокирането на основната нишка и поддържайки потребителския интерфейс отзивчив.

Разбиране на управлението на бюджета за време на кадъра на практика

Основната цел на планировчика е да гарантира, че работата по рендиране не надвишава наличното време за кадър. Това включва няколко ключови стратегии:

1. Time Slicing на работата

Когато React трябва да извърши значителна операция по рендиране, като например рендиране на голямо дърво от компоненти или обработка на сложна актуализация на състоянието, планировчикът се намесва. Вместо да завърши цялата операция наведнъж (което може да отнеме много милисекунди и да надхвърли бюджета от 16ms), той разгражда работата на по-малки единици.

Пример: Представете си голям списък с елементи, които трябва да бъдат рендирани. В синхронен модел, React ще се опита да рендира всички елементи наведнъж. Ако това отнеме 50ms, потребителският интерфейс замръзва за този период. С time slicing, React може да рендира първите 10 елемента, след което да отстъпи. В следващия кадър рендира следващите 10 и така нататък. Това означава, че потребителят вижда списъка да се появява постепенно, но потребителският интерфейс остава отзивчив през целия процес.

Планировчикът постоянно следи изминалото време. Ако установи, че наближава края на бюджета на кадъра, той ще спре текущата работа и ще планира остатъка за следващата налична възможност.

2. Приоритизация на актуализациите

Планировчикът на React присвоява различни нива на приоритет на различни видове актуализации. Това му позволява да отлага по-малко важна работа в полза на по-критични актуализации.

Нива на приоритет (концептуално):

• `Immediate` (Най-висок): За неща като потребителски вход, които изискват незабавна обратна връзка.
• `UserBlocking` (Висок): За критични актуализации на потребителския интерфейс, които потребителят очаква, като например появата на модален прозорец или потвърждение за изпращане на форма.
• `Normal` (Среден): За по-малко критични актуализации, като рендиране на списък с елементи, които не са непосредствено видими.
• `Low` (Нисък): За фонови задачи, като извличане на данни, които не влияят пряко на непосредственото потребителско взаимодействие.
• `Offscreen` (Най-нисък): За компоненти, които в момента не са видими за потребителя.

Когато възникне актуализация с висок приоритет (напр. потребителят кликне върху бутон), планировчикът незабавно прекъсва всяка работа с по-нисък приоритет, която може да е в ход. Това гарантира, че потребителският интерфейс реагира незабавно на действията на потребителя, което е от решаващо значение за приложения, използвани от различни групи хора с различни скорости на мрежата и възможности на устройствата.

3. Конкурентни функции и тяхното въздействие

React 18 въведе няколко функции, които се възползват от конкурентното рендиране и неговите възможности за управление на бюджета за време на кадъра:

• startTransition: Този API ви позволява да маркирате определени актуализации на състоянието като „преходи“. Преходите са неспешни актуализации, които не е необходимо да блокират потребителския интерфейс. Това е идеално за операции като филтриране на голям списък или навигация между страници, където кратко забавяне в актуализацията на потребителския интерфейс е приемливо. Планировчикът ще приоритизира поддържането на потребителския интерфейс отзивчив и ще рендира актуализацията на прехода във фонов режим.
• useDeferredValue: Подобно на startTransition, useDeferredValue ви позволява да отложите актуализирането на част от потребителския интерфейс. Това е полезно за скъпи изчисления или рендиране, които могат да бъдат забавени, без да се отрази негативно на потребителското изживяване. Например, ако потребител пише в поле за търсене, може да отложите рендирането на резултатите от търсенето, докато потребителят не приключи с писането или не настъпи кратка пауза.
• Автоматично групиране (Automatic Batching): В предишни версии на React, множество актуализации на състоянието в рамките на един обработчик на събития се групираха заедно. Въпреки това, актуализации от promises, timeouts или нативни обработчици на събития не се групираха. React 18 автоматично групира всички актуализации на състоянието, независимо от техния произход, като значително намалява броя на повторните рендирания и подобрява производителността. Това имплицитно помага с бюджета за време на кадъра, като намалява общата работа по рендиране.

Тези функции променят правилата на играта за изграждане на глобални приложения. Потребител в регион с ниска честотна лента може да изпита по-плавна навигация и взаимодействия, тъй като планировчикът интелигентно управлява кога и как се прилагат актуализациите.

Стратегии за оптимизиране на вашето приложение с конкурентно рендиране

Въпреки че планировчикът на React се справя с голяма част от тежката работа, разработчиците могат и трябва да използват стратегии за по-нататъшно оптимизиране на своите приложения и да гарантират, че те работят добре в световен мащаб.

1. Идентифицирайте и изолирайте скъпите изчисления

Първата стъпка е да се идентифицират компоненти или операции, които са изчислително скъпи. Инструменти като React DevTools Profiler са безценни за откриване на тесни места в производителността.

Практически съвет: След като бъдат идентифицирани, обмислете мемоизиране на скъпи изчисления, като използвате React.memo за компоненти или useMemo за стойности. Въпреки това, бъдете разумни; прекомерното мемоизиране също може да въведе допълнителни разходи.

2. Използвайте startTransition и useDeferredValue по подходящ начин

Тези конкурентни функции са вашите най-добри приятели за управление на некритични актуализации.

Пример: Представете си табло за управление с множество уиджети. Ако потребител филтрира таблица в един уиджет, тази операция по филтриране може да е изчислително интензивна. Вместо да блокирате цялото табло, обвийте актуализацията на състоянието, която задейства филтрирането, в startTransition. Това гарантира, че потребителят все още може да взаимодейства с други уиджети, докато таблицата се филтрира.

Пример (глобален контекст): Един мултинационален сайт за електронна търговия може да има страница със списък на продукти, където прилагането на филтри може да отнеме време. Използването на startTransition за актуализацията на филтъра гарантира, че други елементи на потребителския интерфейс, като навигация или бутони „добави в количката“, остават отзивчиви, осигурявайки по-добро изживяване за потребители с по-бавни връзки или по-малко мощни устройства.

3. Поддържайте компонентите малки и фокусирани

По-малките, по-фокусирани компоненти са по-лесни за управление от планировчика. Когато един компонент е малък, времето му за рендиране обикновено е по-кратко, което го прави по-лесен за вместване в бюджета на кадъра.

Практически съвет: Разградете големите, сложни компоненти на по-малки, преизползваеми. Това не само подобрява производителността, но също така подобрява поддръжката и преизползваемостта на кода във вашия глобален екип за разработка.

4. Оптимизирайте извличането на данни и управлението на състоянието

Начинът, по който извличате и управлявате данни, може значително да повлияе на производителността на рендиране. Неефективното извличане на данни може да доведе до ненужни повторни рендирания или до обработка на големи количества данни едновременно.

Практически съвет: Приложете ефективни стратегии за извличане на данни, като пагинация, lazy loading (мързеливо зареждане) и нормализиране на данни. Библиотеки като React Query или Apollo Client могат да помогнат за ефективното управление на състоянието на сървъра, намалявайки натоварването върху вашите компоненти и планировчика.

5. Разделяне на код и Lazy Loading

За големи приложения, особено тези, насочени към глобална аудитория, където честотната лента може да бъде ограничение, разделянето на кода и lazy loading са от съществено значение. Това гарантира, че потребителите изтеглят само JavaScript кода, от който се нуждаят за текущия изглед.

Пример: Сложен инструмент за отчети може да има много различни модули. Като използвате React.lazy и Suspense, можете да зареждате тези модули при поискване. Това намалява първоначалното време за зареждане и позволява на планировчика да се съсредоточи върху рендирането на видимите части на приложението първо.

6. Профилиране и итеративна оптимизация

Оптимизацията на производителността е непрекъснат процес. Редовно профилирайте вашето приложение, особено след въвеждане на нови функции или извършване на значителни промени.

Практически съвет: Използвайте React DevTools Profiler в производствени версии (или в тестова среда, която имитира производствената), за да идентифицирате регресии в производителността. Съсредоточете се върху разбирането къде се губи време по време на рендиране и как планировчикът управлява тези задачи.

Глобални съображения и най-добри практики

При изграждането на приложения за глобална аудитория, управлението на бюджета за време на кадъра става още по-критично. Разнообразието от потребителски среди изисква проактивен подход към производителността.

1. Мрежова латентност и честотна лента

Потребителите в различни части на света ще изпитват коренно различни мрежови условия. Приложенията, които силно разчитат на чести, големи трансфери на данни, ще работят лошо в региони с ниска честотна лента.

Най-добра практика: Оптимизирайте обема на данните, използвайте кеширащи механизми и обмислете стратегии за работа в офлайн режим, където е подходящо. Уверете се, че скъпите изчисления от страна на клиента се обработват ефективно от планировчика, вместо да разчитате на постоянна комуникация със сървъра.

2. Възможности на устройствата

Гамата от устройства, използвани по света, варира драстично – от висок клас смартфони и настолни компютри до по-стари, по-малко мощни компютри и таблети.

Най-добра практика: Проектирайте с мисъл за грациозна деградация. Използвайте конкурентни функции, за да гарантирате, че дори на по-малко мощни устройства, приложението остава използваемо и отзивчиво. Избягвайте изчислително тежки анимации или ефекти, освен ако не са от съществено значение и не са били щателно тествани за производителност на различни устройства.

3. Интернационализация (i18n) и локализация (l10n)

Въпреки че не са пряко свързани с планировчика, процесът на интернационализация и локализация на вашето приложение може да въведе съображения за производителност. Големи файлове с преводи или сложна логика за форматиране могат да добавят към натоварването при рендиране.

Най-добра практика: Оптимизирайте вашите i18n/l10n библиотеки и се уверете, че всички динамично заредени преводи се обработват ефективно. Планировчикът може да помогне, като отложи рендирането на локализирано съдържание, ако то не е непосредствено видимо.

4. Тестване в различни среди

От решаващо значение е да тествате вашето приложение в среди, които симулират реални глобални условия.

Най-добра практика: Използвайте инструментите за разработчици в браузъра, за да симулирате различни мрежови условия и типове устройства. Ако е възможно, провеждайте потребителски тестове с хора от различни географски местоположения и с различни хардуерни конфигурации.

Бъдещето на рендирането в React

Пътуването на React с конкурентното рендиране все още се развива. С узряването на екосистемата и възприемането на тези нови парадигми от повече разработчици, можем да очакваме още по-сложни инструменти и техники за управление на производителността на рендиране.

Акцентът върху управлението на бюджета за време на кадъра е доказателство за ангажимента на React да предоставя висококачествено потребителско изживяване за всички потребители, навсякъде. Чрез разбиране и прилагане на принципите на конкурентното рендиране и неговите механизми за планиране, разработчиците могат да изграждат приложения, които са не само богати на функции, но и изключително производителни и отзивчиви, независимо от местоположението или устройството на потребителя.

Заключение

Планировчикът за конкурентно рендиране на React, със своето сложно управление на бюджета за време на кадъра, представлява значителен скок напред в изграждането на производителни уеб приложения. Чрез разграждане на работата, приоритизиране на актуализациите и активиране на функции като преходи и отложени стойности, React гарантира, че потребителският интерфейс остава отзивчив дори по време на сложни операции по рендиране.

За глобалните аудитории тази технология не е просто оптимизация; тя е необходимост. Тя преодолява пропастта, създадена от различните мрежови условия, възможности на устройствата и потребителски очаквания. Чрез активно използване на конкурентни функции, оптимизиране на обработката на данни и поддържане на фокус върху производителността чрез профилиране и тестване, разработчиците могат да създадат наистина изключителни потребителски изживявания, които радват потребителите по целия свят.

Овладяването на планировчика на React е ключът към отключването на пълния потенциал на съвременната уеб разработка. Прегърнете конкурентността и изграждайте приложения, които са бързи, плавни и достъпни за всички.