Отключване на производителността на React: Работен цикъл на Fiber, интеграция на планировчик и опашки с приоритет

В постоянно развиващия се пейзаж на фронтенд разработката, производителността не е просто функция; тя е фундаментално очакване. За приложения, използвани от милиони по света, на различни устройства и мрежови условия, постигането на гладък и отзивчив потребителски интерфейс (UI) е от първостепенно значение. React, водеща JavaScript библиотека за изграждане на UI, претърпя значителни архитектурни промени, за да адресира това предизвикателство. В сърцето на тези подобрения е архитектурата React Fiber, пълно пренаписване на алгоритъма за помиряване. Тази публикация ще разгледа тънкостите на работния цикъл на React Fiber, неговата безпроблемна интеграция с планировчика и критичната роля на приоритетните опашки в оркестрирането на производително и плавно потребителско изживяване за глобална аудитория.

Еволюцията на рендирането на React: От стек към Fiber

Преди Fiber, процесът на рендиране на React се основаваше на рекурсивен стек на извиквания. Когато компонент се актуализираше, React обхождаше дървото на компонентите, изграждайки описание на промените в UI. Този процес, макар и ефективен за много приложения, имаше значително ограничение: той беше синхронен и блокиращ. Ако се случише голяма актуализация или трябваше да се рендира сложно дърво от компоненти, основната нишка можеше да бъде претоварена, което води до резки анимации, неотзивчиви взаимодействия и лошо потребителско изживяване, особено на по-малко мощни устройства, често срещани на много глобални пазари.

Разгледайте сценарий, често срещан в международно използвани приложения за електронна търговия: потребител, който взаимодейства със сложен филтър за продукти. Със старата помиряваща система, базирана на стек, прилагането на множество филтри едновременно можеше да замрази UI, докато всички актуализации приключат. Това би било разочароващо за всеки потребител, но особено въздействащо в региони, където интернет свързаността може да е по-ненадеждна или производителността на устройството е по-голяма загриженост.

React Fiber беше въведен, за да адресира тези ограничения, като позволи съвременно рендиране. За разлика от стария стек, Fiber е реентерабилен, асинхронен и прекъсваем алгоритъм за помиряване. Това означава, че React може да спре рендирането, да извърши други задачи и след това да възобнови рендирането по-късно, всичко това без да блокира основната нишка.

Представяне на Fiber нода: по-гъвкава единица работа

В основата си React Fiber предефинира единицата работа от екземпляр на компонент до Fiber нода. Мислете за Fiber нода като за JavaScript обект, който представлява единица работа, която трябва да бъде извършена. Всеки компонент във вашето React приложение има съответна Fiber нода. Тези ноди са свързани, за да формират дърво, което отразява дървото на компонентите, но с допълнителни свойства, които улесняват новия модел на рендиране.

Ключови свойства на Fiber нода включват:

• Type: Типът на елемента (напр. компонентна функция, класов компонент, низ, DOM елемент).
• Key: Уникален идентификатор за елементи в списъци, от решаващо значение за ефективни актуализации.
• Child: Указател към първата дъщерна Fiber нода.
• Sibling: Указател към следващата Fiber нода от същия родител.
• Return: Указател към родителската Fiber нода.
• MemoizedProps: Props, които са били използвани за мемоизиране на предишното рендиране.
• MemoizedState: Състояние, което е било използвано за мемоизиране на предишното рендиране.
• Alternate: Указател към съответната Fiber нода в другото дърво (или текущото дърво, или дървото в процес на работа). Това е фундаментално за начина, по който React превключва между състоянията на рендиране.
• Flags: Бинарни маски, указващи какъв вид работа трябва да бъде извършена върху тази Fiber нода (напр. актуализиране на props, добавяне на ефекти, изтриване на нодата).
• Effects: Списък от ефекти, свързани с тази Fiber нода, като методи за жизнения цикъл или кукички (hooks).

Fiber нодите не се управляват директно от JavaScript събирача на боклук по същия начин, както екземплярите на компоненти. Вместо това, те формират свързан списък, който React може да обхожда ефективно. Тази структура позволява на React лесно да управлява и прекъсва работата.

Работен цикъл на React Fiber: Оркестриране на процеса на рендиране

Сърцето на съвременното рендиране на React е неговият работен цикъл. Този цикъл е отговорен за обхождането на Fiber дървото, извършването на работа и прилагането на завършените промени към DOM. Това, което го прави революционно, е способността му да бъде спиран и възобновяван.

Работният цикъл може да бъде разделен на две фази:

1. Фаза на рендиране (Дърво в процес на работа)

В тази фаза React обхожда дървото на компонентите и извършва работа по Fiber нодите. Тази работа може да включва:

• Извикване на функциите на компонентите или методи `render()`.
• Помиряване на props и състояние.
• Създаване или актуализиране на Fiber ноди.
• Идентифициране на странични ефекти (напр. `useEffect`, `componentDidMount`).

По време на фазата на рендиране, React изгражда дърво в процес на работа. Това е отделно дърво от Fiber ноди, което представлява потенциално ново състояние на UI. Важно е, че работният цикъл е прекъсваем по време на тази фаза. Ако пристигне задача с по-висок приоритет (напр. потребителски вход), React може да прекъсне текущата работа по рендиране, да обработи новата задача и след това да възобнови прекъснатата работа по-късно.

Тази възможност за прекъсване е ключова за постигане на гладко изживяване. Представете си потребител, който пише в поле за търсене на международен туристически уебсайт. Ако ново натискане на клавиш пристигне, докато React обработва рендирането на списък с предложения, той може да спре рендирането на предложенията, да обработи натискането на клавиш, за да актуализира заявката за търсене, и след това да възобнови рендирането на предложенията въз основа на новия вход. Потребителят възприема незабавен отговор на писането си, вместо закъснение.

Рабочият цикъл итерира през Fiber нодите, проверявайки техните `flags`, за да определи каква работа трябва да бъде извършена. Той се движи от Fiber нода към нейните деца, след това към нейните братя и сестри и обратно към родителя, извършвайки необходимите операции. Това обхождане продължава, докато цялата чакаща работа не бъде завършена или работният цикъл не бъде прекъснат.

2. Фаза на ангажиране (Прилагане на промени)

След като фазата на рендиране приключи и React има стабилно дърво в процес на работа, той преминава към фазата на ангажиране. В тази фаза React извършва странични ефекти и актуализира действителния DOM. Тази фаза е синхронна и не може да бъде прекъсвана, тъй като директно манипулира UI. React иска да гарантира, че когато актуализира DOM, той го прави в една, атомна операция, за да избегне трептене или несъвместими състояния на UI.

По време на фазата на ангажиране, React:

• Изпълнява DOM мутации (добавяне, премахване, актуализиране на елементи).
• Изпълнява странични ефекти като `componentDidMount`, `componentDidUpdate` и функциите за почистване, върнати от `useEffect`.
• Актуализира референциите към DOM елементи.

След фазата на ангажиране, дървото в процес на работа става текущото дърво и процесът може да започне отново за последващи актуализации.

Ролята на планировчика: Приоритизиране и планиране на работа

Прекъсващата природа на работния цикъл на Fiber не би била много полезна без механизъм за решаване кога да се извърши работа и коя работа да се извърши първо. Тук се намесва React Scheduler.

Планировчикът е отделна, ниско ниво библиотека, която React използва за управление на изпълнението на своята работа. Основната му отговорност е да:

• Планира работа: Определя кога да започне или възобнови задачите за рендиране.
• Приоритизира работа: Присвоява приоритети на различни задачи, като гарантира, че важните актуализации се обработват своевременно.
• Кооперира с браузъра: Избягва блокирането на основната нишка и позволява на браузъра да изпълнява критични задачи като рисуване и обработка на потребителски вход.

Планировчикът работи, като периодично връща контрола на браузъра, позволявайки му да изпълнява други задачи. След това той иска да възобнови работата си, когато браузърът е свободен или когато трябва да се обработи задача с по-висок приоритет.

Това кооперативно многозадачност е от решаващо значение за изграждането на отзивчиви приложения, особено за глобална аудитория, където закъснението на мрежата и възможностите на устройството могат да варират значително. Потребител в регион с по-бавна интернет връзка може да изпита приложение, което се усеща мудно, ако рендирането на React напълно монополизира основната нишка на браузъра. Планировчикът, като връща контрола, гарантира, че дори по време на интензивно рендиране, браузърът все още може да отговаря на потребителски взаимодействия или да рендира критични части от UI, осигурявайки много по-плавна възприемана производителност.

Опашки с приоритет: Гръбнакът на съвременното рендиране

Как планировчикът решава коя работа да извърши първо? Тук опашките с приоритет стават незаменими. React класифицира различни видове актуализации въз основа на тяхната спешност, като присвоява ниво на приоритет на всяка.

Планировчикът поддържа опашка от чакащи задачи, подредени по техния приоритет. Когато дойде време за извършване на работа, планировчикът избира задачата с най-висок приоритет от опашката.

Ето типично разбиване на нивата на приоритет (въпреки че точните детайли на изпълнение могат да се развиват):

• Незабавен приоритет: За спешни актуализации, които не трябва да се отлагат, като например отговор на потребителски вход (напр. писане в поле за текст). Те обикновено се обработват синхронно или с много висока спешност.
• Приоритет за блокиране на потребителя: За актуализации, които предотвратяват потребителско взаимодействие, като показване на модален диалог или падащо меню. Те трябва да бъдат рендирани бързо, за да не блокират потребителя.
• Нормален приоритет: За общи актуализации, които нямат незабавно въздействие върху потребителското взаимодействие, като извличане на данни и рендиране на списък.
• Нисък приоритет: За некритични актуализации, които могат да бъдат отложени, като аналитични събития или изчисления във фонов режим.
• Приоритет извън екрана: За компоненти, които в момента не са видими на екрана (напр. списъци извън екрана, скрити раздели). Те могат да бъдат рендирани с най-нисък приоритет или дори да бъдат пропуснати, ако е необходимо.

Планировчикът използва тези приоритети, за да реши кога да прекъсне съществуващата работа и кога да я възобнови. Например, ако потребител пише в поле за въвеждане (незабавен приоритет), докато React рендира голям списък с резултати от търсене (нормален приоритет), планировчикът ще спре рендирането на списъка, ще обработи събитието за въвеждане и след това ще възобнови рендирането на списъка, потенциално с актуализирани данни въз основа на новия вход.

Практически международен пример:

Разгледайте инструмент за сътрудничество в реално време, използван от екипи на различни континенти. Потребител може да редактира документ (висок приоритет, незабавна актуализация), докато друг потребител гледа голяма вградена диаграма, която изисква значително рендиране (нормален приоритет). Ако пристигне ново съобщение от колега (приоритет за блокиране на потребителя, тъй като изисква внимание), планировчикът ще гарантира, че известието за съобщението се показва незабавно, потенциално спирайки рендирането на диаграмата, и след това ще възобнови рендирането на диаграмата след обработката на съобщението.

Това сложно приоритизиране гарантира, че критичните актуализации, насочени към потребителя, винаги имат приоритет, което води до по-отзивчиво и приятно изживяване, независимо от местоположението или устройството на потребителя.

Как Fiber се интегрира с планировчика

Интеграцията между Fiber и планировчика е това, което прави съвременния React възможен. Планировчикът предоставя механизма за връщане и възобновяване на задачи, докато прекъсващата природа на Fiber позволява тези задачи да бъдат разделени на по-малки единици работа.

Ето опростен поток на това как те си взаимодействат:

1. Възниква актуализация: Променя се състоянието на компонент или се актуализират props.
2. Планировчикът планира работата: Планировчикът получава актуализацията и й присвоява приоритет. Той поставя Fiber нодата, съответстваща на актуализацията, в подходящата опашка с приоритет.
3. Планировчикът иска да рендира: Когато основната нишка е свободна или има капацитет, планировчикът иска да извърши работата с най-висок приоритет.
4. Започва работният цикъл на Fiber: Работният цикъл на React започва да обхожда дървото в процес на работа.
5. Извършва се работа: Fiber нодите се обработват и се идентифицират промени.
6. Прекъсване: Ако се появи задача с по-висок приоритет (напр. потребителски вход) или ако текущата работа надвишава определен времеви бюджет, планировчикът може да прекъсне работния цикъл на Fiber. Текущото състояние на дървото в процес на работа се запазва.
7. Обработва се задача с по-висок приоритет: Планировчикът обработва новата задача с висок приоритет, което може да включва нов проход на рендиране.
8. Възобновяване: След като задачата с по-висок приоритет бъде обработена, планировчикът може да възобнови прекъснатия работен цикъл на Fiber от мястото, където е спрял, използвайки запазеното състояние.
9. Фаза на ангажиране: След като цялата приоритизирана работа бъде завършена във фазата на рендиране, React извършва фазата на ангажиране, за да актуализира DOM.

Това взаимодействие гарантира, че React може динамично да настройва своя процес на рендиране въз основа на спешността на различните актуализации и наличността на основната нишка.

Ползи от Fiber, планировчика и опашките с приоритет за глобални приложения

Архитектурните промени, въведени с Fiber и планировчика, предлагат значителни предимства, особено за приложения с глобална потребителска база:

• Подобрена отзивчивост: Като предотвратява блокирането на основната нишка, приложенията остават отзивчиви на потребителски взаимодействия, дори по време на сложни задачи за рендиране. Това е от решаващо значение за потребители на мобилни устройства или с по-бавни интернет връзки, преобладаващи в много части на света.
• По-плавно потребителско изживяване: Прекъсващото рендиране означава, че анимациите и преходите могат да бъдат по-плавни, а критичните актуализации (като грешки при валидация на формуляр) могат да бъдат показани незабавно, без да се чака други по-малко важни задачи да приключат.
• По-добро използване на ресурсите: Планировчикът може да взема по-интелигентни решения кога и как да рендира, което води до по-ефективно използване на ресурсите на устройството, което е важно за живота на батерията на мобилни устройства и производителността на по-стар хардуер.
• Подобрено задържане на потребители: Постоянно гладкото и отзивчиво приложение изгражда доверие и удовлетвореност на потребителите, което води до по-високи нива на задържане в глобален мащаб. Мудно или неотзивчиво приложение може бързо да накара потребителите да се откажат от него.
• Мащабируемост за сложни UI: С нарастването на приложенията и включването на повече динамични функции, архитектурата на Fiber осигурява солидна основа за управление на сложни изисквания за рендиране, без да се жертва производителността.

За глобално финтех приложение, например, гарантирането, че актуализациите на пазарните данни в реално време се показват незабавно, като същевременно позволява на потребителите да навигират в интерфейса без закъснение, е от решаващо значение. Fiber и свързаните с него механизми правят това възможно.

Ключови концепции, които трябва да запомните

• Fiber Node: Новата, по-гъвкава единица работа в React, която позволява прекъсваемо рендиране.
• Работен цикъл: Основният процес, който обхожда Fiber дървото, извършва рендираща работа и прилага промени.
• Фаза на рендиране: Прекъсваемата фаза, в която React изгражда дървото в процес на работа.
• Фаза на ангажиране: Синхронната, не-прекъсваема фаза, в която се прилагат DOM промени и странични ефекти.
• React Scheduler: Библиотеката, отговорна за управлението на изпълнението на задачите на React, приоритизирането им и сътрудничеството с браузъра.
• Опашки с приоритет: Структури от данни, използвани от планировчика за подреждане на задачите въз основа на тяхната спешност, като гарантира, че критичните актуализации се обработват първи.
• Съвременно рендиране: Способността на React да спира, възобновява и приоритизира задачи за рендиране, което води до по-отзивчиви приложения.

Заключение

React Fiber представлява значителен скок напред в начина, по който React обработва рендирането. Като заменя стария алгоритъм за помиряване, базиран на стек, с прекъсваема, реентерабилна Fiber архитектура и като се интегрира със сложен планировчик, който използва опашки с приоритет, React отключи истински възможности за съвременно рендиране. Това не само води до по-производителни и отзивчиви приложения, но също така осигурява по-справедливо потребителско изживяване за разнообразна глобална аудитория, независимо от техните устройства, мрежови условия или техническа експертиза. Разбирането на тези основни механизми е от решаващо значение за всеки разработчик, който се стреми да изгражда висококачествени, производителни и удобни за потребителя приложения за модерния уеб.

Докато продължавате да изграждате с React, имайте предвид тези концепции. Те са тихите герои зад гладките, безпроблемни изживявания, които сме свикнали да очакваме от водещи уеб приложения по целия свят. Като използвате силата на Fiber, планировчика и интелигентното приоритизиране, можете да гарантирате, че вашите приложения радват потребителите на всеки континент.