React Concurrent Mode a plánování zdrojů: Správa úkolů s ohledem na paměť

React Concurrent Mode je sada nových funkcí v Reactu, které pomáhají vývojářům vytvářet responzivnější a výkonnější uživatelská rozhraní. V jeho jádru leží sofistikovaný mechanismus plánování zdrojů, který spravuje provádění různých úkolů, prioritizuje interakce uživatele a zajišťuje plynulý zážitek i při vysoké zátěži. Tento článek se ponoří do složitostí plánování zdrojů v React Concurrent Mode se zaměřením na to, jak zpracovává správu paměti a prioritizuje úkoly pro dosažení optimálního výkonu pro globální publikum.

Pochopení Concurrent Mode a jeho cílů

Tradiční vykreslování v Reactu je synchronní a blokující. To znamená, že když React začne vykreslovat strom komponent, pokračuje, dokud není celý strom vykreslen, což může blokovat hlavní vlákno a vést k pomalým aktualizacím UI. Concurrent Mode řeší toto omezení zavedením schopnosti přerušit, pozastavit, obnovit nebo dokonce zrušit vykreslovací úkoly. To umožňuje Reactu prokládat vykreslování s dalšími důležitými úkoly, jako je zpracování uživatelského vstupu, vykreslování animací a reakce na síťové požadavky.

Klíčové cíle Concurrent Mode jsou:

• Responzivita: Udržovat plynulé a responzivní uživatelské rozhraní tím, že se zabrání dlouhotrvajícím úkolům v blokování hlavního vlákna.
• Prioritizace: Dávat přednost interakcím uživatele (např. psaní, klikání) před méně naléhavými úkoly na pozadí.
• Asynchronní vykreslování: Rozdělit vykreslování na menší, přerušitelné jednotky práce.
• Zlepšený uživatelský zážitek: Poskytnout plynulejší a bezproblémovější uživatelský zážitek, zejména na zařízeních s omezenými zdroji nebo pomalým síťovým připojením.

Architektura Fiber: Základ souběžnosti

Concurrent Mode je postaven na architektuře Fiber, což je kompletní přepsání interního vykreslovacího enginu Reactu. Fiber reprezentuje každou komponentu v UI jako jednotku práce. Na rozdíl od předchozího porovnávače založeného na zásobníku používá Fiber datovou strukturu spojového seznamu k vytvoření stromu práce. To umožňuje Reactu pozastavit, obnovit a prioritizovat vykreslovací úkoly na základě jejich naléhavosti.

Klíčové koncepty v architektuře Fiber:

• Uzel Fiber: Představuje jednotku práce (např. instanci komponenty).
• WorkLoop: Smyčka, která prochází stromem Fiber a provádí práci na každém uzlu Fiber.
• Scheduler (Plánovač): Určuje, které uzly Fiber se mají zpracovat jako další, na základě jejich priority.
• Reconciliation (Porovnávání): Proces porovnávání současného stromu Fiber s předchozím za účelem identifikace změn, které je třeba aplikovat na DOM.

Plánování zdrojů v Concurrent Mode

Plánovač zdrojů (resource scheduler) je zodpovědný za správu provádění různých úkolů v Concurrent Mode. Prioritizuje úkoly na základě jejich naléhavosti a podle toho přiděluje zdroje (čas CPU, paměť). Plánovač používá různé techniky, aby zajistil, že nejdůležitější úkoly budou dokončeny jako první, zatímco méně naléhavé úkoly budou odloženy na později.

Prioritizace úkolů

React Concurrent Mode používá systém plánování založený na prioritách k určení pořadí, ve kterém se úkoly provádějí. Úkolům jsou přiřazeny různé priority na základě jejich důležitosti. Mezi běžné priority patří:

• Immediate Priority (Okamžitá priorita): Pro úkoly, které je třeba dokončit okamžitě, jako je zpracování uživatelského vstupu.
• User-Blocking Priority (Priorita blokující uživatele): Pro úkoly, které brání uživateli v interakci s UI, jako je aktualizace UI v reakci na akci uživatele.
• Normal Priority (Normální priorita): Pro úkoly, které nejsou časově kritické, jako je vykreslování nekritických částí UI.
• Low Priority (Nízká priorita): Pro úkoly, které lze odložit na později, jako je předběžné vykreslování obsahu, který není okamžitě viditelný.
• Idle Priority (Priorita při nečinnosti): Pro úkoly, které se provádějí pouze tehdy, když je prohlížeč nečinný, jako je načítání dat na pozadí.

Plánovač používá tyto priority k určení, které úkoly provést jako další. Úkoly s vyšší prioritou se provádějí před úkoly s nižší prioritou. To zajišťuje, že nejdůležitější úkoly jsou dokončeny jako první, i když je systém pod velkou zátěží.

Přerušitelné vykreslování

Jednou z klíčových vlastností Concurrent Mode je přerušitelné vykreslování. To znamená, že plánovač může přerušit vykreslovací úkol, pokud je třeba provést úkol s vyšší prioritou. Například, pokud uživatel začne psát do vstupního pole, zatímco React vykresluje velký strom komponent, plánovač může přerušit vykreslovací úkol a nejprve zpracovat vstup uživatele. Tím je zajištěno, že UI zůstane responzivní, i když React provádí složité operace vykreslování.

Když je vykreslovací úkol přerušen, React uloží aktuální stav stromu Fiber. Když plánovač obnoví vykreslovací úkol, může pokračovat tam, kde skončil, aniž by musel začínat od začátku. To výrazně zlepšuje výkon aplikací v Reactu, zejména při práci s velkými a složitými UI.

Time Slicing (Časové úseky)

Time slicing je další technika, kterou plánovač zdrojů používá ke zlepšení responzivity aplikací v Reactu. Time slicing spočívá v rozdělení vykreslovacích úkolů na menší části práce. Plánovač pak každé části práce přidělí malé množství času („časový úsek“). Po vypršení časového úseku plánovač zkontroluje, zda existují nějaké úkoly s vyšší prioritou, které je třeba provést. Pokud ano, plánovač přeruší aktuální úkol a provede úkol s vyšší prioritou. V opačném případě plánovač pokračuje v aktuálním úkolu, dokud není dokončen nebo dokud nedorazí jiný úkol s vyšší prioritou.

Time slicing zabraňuje dlouhotrvajícím vykreslovacím úkolům v blokování hlavního vlákna po delší dobu. To pomáhá udržovat plynulé a responzivní uživatelské rozhraní, i když React provádí složité operace vykreslování.

Správa úkolů s ohledem na paměť

Plánování zdrojů v React Concurrent Mode také zohledňuje využití paměti. React se snaží minimalizovat alokaci paměti a garbage collection (sběr nepotřebných dat), aby zlepšil výkon, zejména na zařízeních s omezenými zdroji. Toho dosahuje několika strategiemi:

Object Pooling (Sdružování objektů)

Object pooling je technika, která spočívá v opětovném použití existujících objektů namísto vytváření nových. To může výrazně snížit množství paměti alokované aplikacemi v Reactu. React používá object pooling pro často vytvářené a ničené objekty, jako jsou uzly Fiber a fronty aktualizací.

Když objekt již není potřeba, je vrácen do fondu (poolu) namísto toho, aby byl odstraněn pomocí garbage collection. Až bude příště potřeba objekt tohoto typu, je získán z fondu namísto vytváření od nuly. To snižuje režii alokace paměti a garbage collection, což může zlepšit výkon aplikací v Reactu.

Citlivost na Garbage Collection

Concurrent Mode je navržen tak, aby byl citlivý na garbage collection. Plánovač se snaží plánovat úkoly tak, aby minimalizoval dopad garbage collection na výkon. Například se plánovač může vyhnout vytváření velkého počtu objektů najednou, což by mohlo spustit cyklus garbage collection. Také se snaží provádět práci v menších částech, aby se snížila paměťová stopa v daném okamžiku.

Odkládání nekritických úkolů

Prioritizací uživatelských interakcí a odkládáním nekritických úkolů může React snížit množství paměti použité v daném okamžiku. Úkoly, které nejsou okamžitě nutné, jako je předběžné vykreslování obsahu, který není viditelný pro uživatele, mohou být odloženy na později, kdy je systém méně vytížený. To snižuje paměťovou stopu aplikace a zlepšuje její celkový výkon.

Praktické příklady a případy použití

Podívejme se na několik praktických příkladů, jak může plánování zdrojů v React Concurrent Mode zlepšit uživatelský zážitek:

Příklad 1: Zpracování vstupu

Představte si formulář s více vstupními poli a složitou validační logikou. V tradiční aplikaci v Reactu by psaní do vstupního pole mohlo spustit synchronní aktualizaci celého formuláře, což by vedlo k znatelnému zpoždění. S Concurrent Mode může React prioritizovat zpracování uživatelského vstupu a zajistit tak, že UI zůstane responzivní i při složité validační logice. Jak uživatel píše, React okamžitě aktualizuje vstupní pole. Validační logika se pak provádí jako úkol na pozadí s nižší prioritou, což zajišťuje, že nezasahuje do uživatelského zážitku při psaní. Pro mezinárodní uživatele zadávající data s různými znakovými sadami je tato responzivita klíčová, zejména na zařízeních s méně výkonnými procesory.

Příklad 2: Načítání dat

Představte si dashboard, který zobrazuje data z více API. V tradiční aplikaci v Reactu by načítání všech dat najednou mohlo zablokovat UI, dokud nebudou všechny požadavky dokončeny. S Concurrent Mode může React načítat data asynchronně a vykreslovat UI postupně. Nejdůležitější data mohou být načtena a zobrazena jako první, zatímco méně důležitá data se načtou a zobrazí později. To poskytuje rychlejší počáteční načtení a responzivnější uživatelský zážitek. Představte si globálně používanou aplikaci pro obchodování s akciemi. Obchodníci v různých časových pásmech potřebují aktualizace dat v reálném čase. Concurrent Mode umožňuje okamžité zobrazení kritických informací o akciích, zatímco méně kritické analýzy trhu se načítají na pozadí, což nabízí responzivní zážitek i při proměnlivých rychlostech sítě po celém světě.

Příklad 3: Animace

Animace mohou být výpočetně náročné, což může vést k vypadlým snímkům a trhanému uživatelskému zážitku. Concurrent Mode umožňuje Reactu prioritizovat animace a zajistit tak, že jsou vykreslovány plynule, i když na pozadí běží jiné úkoly. Přiřazením vysoké priority animačním úkolům React zajistí, že snímky animace budou vykresleny včas, což poskytuje vizuálně přitažlivý zážitek. Například e-commerce stránka používající animaci k přechodu mezi produktovými stránkami může zajistit plynulý a vizuálně příjemný zážitek pro mezinárodní zákazníky bez ohledu na jejich zařízení nebo lokalitu.

Aktivace Concurrent Mode

Pro aktivaci Concurrent Mode ve vaší React aplikaci musíte použít `createRoot` API místo tradičního `ReactDOM.render` API. Zde je příklad:

import React from 'react';
import { createRoot } from 'react-dom/client';
import App from './App';

const container = document.getElementById('root');
const root = createRoot(container); // createRoot(container!) if you use TypeScript
root.render();

Musíte se také ujistit, že vaše komponenty jsou kompatibilní s Concurrent Mode. To znamená, že vaše komponenty by měly být čisté funkce, které se nespoléhají na vedlejší efekty nebo proměnlivý stav. Pokud používáte třídní komponenty, měli byste zvážit přechod na funkční komponenty s hooky.

Doporučené postupy pro optimalizaci paměti v Concurrent Mode

Zde jsou některé doporučené postupy pro optimalizaci využití paměti v aplikacích s React Concurrent Mode:

• Vyhněte se zbytečným překreslením: Používejte `React.memo` a `useMemo` k zabránění překreslení komponent, pokud se jejich props nezměnily. To může výrazně snížit množství práce, kterou React musí provést, a zlepšit výkon.
• Používejte líné načítání (lazy loading): Načítejte komponenty pouze tehdy, když jsou potřeba. To může snížit počáteční dobu načítání vaší aplikace a zlepšit její responzivitu.
• Optimalizujte obrázky: Používejte optimalizované obrázky ke snížení velikosti vaší aplikace. To může zlepšit dobu načítání a snížit množství paměti používané vaší aplikací.
• Používejte rozdělení kódu (code splitting): Rozdělte svůj kód na menší části, které lze načítat na vyžádání. To může snížit počáteční dobu načítání vaší aplikace a zlepšit její responzivitu.
• Vyhněte se únikům paměti (memory leaks): Ujistěte se, že uklízíte všechny zdroje, které používáte, když jsou vaše komponenty odpojeny. To může zabránit únikům paměti a zlepšit stabilitu vaší aplikace. Konkrétně se odhlašujte z odběrů, rušte časovače a uvolňujte jakékoli další zdroje, které držíte.
• Profilujte svou aplikaci: Používejte React Profiler k identifikaci úzkých míst výkonu ve vaší aplikaci. To vám může pomoci identifikovat oblasti, kde můžete zlepšit výkon a snížit využití paměti.

Zohlednění internacionalizace a přístupnosti

Při tvorbě aplikací v Reactu pro globální publikum je důležité zvážit internacionalizaci (i18n) a přístupnost (a11y). Tyto aspekty se stávají ještě důležitějšími při použití Concurrent Mode, protože asynchronní povaha vykreslování může ovlivnit uživatelský zážitek pro uživatele se zdravotním postižením nebo pro ty v různých lokalitách.

Internacionalizace

• Používejte i18n knihovny: Používejte knihovny jako `react-intl` nebo `i18next` pro správu překladů a zpracování různých lokalit. Ujistěte se, že vaše překlady se načítají asynchronně, aby nedocházelo k blokování UI.
• Formátujte data a čísla: Používejte správné formátování pro data, čísla a měny na základě lokality uživatele.
• Podporujte jazyky psané zprava doleva: Pokud vaše aplikace potřebuje podporovat jazyky psané zprava doleva, ujistěte se, že vaše rozložení a stylování jsou s těmito jazyky kompatibilní.
• Zvažte regionální rozdíly: Buďte si vědomi kulturních rozdílů a přizpůsobte svůj obsah a design. Například symbolika barev, obrázky a dokonce i umístění tlačítek mohou mít v různých kulturách různý význam. Vyhněte se používání kulturně specifických idiomů nebo slangu, které nemusí být srozumitelné pro všechny uživatele. Jednoduchým příkladem je formátování data (MM/DD/YYYY vs. DD.MM.YYYY), které je třeba řešit citlivě.

Přístupnost

• Používejte sémantický HTML: Používejte sémantické HTML elementy k poskytnutí struktury a významu vašemu obsahu. To usnadňuje čtečkám obrazovky a dalším asistivním technologiím porozumět vaší aplikaci.
• Poskytujte alternativní text pro obrázky: Vždy poskytujte alternativní text pro obrázky, aby uživatelé se zrakovým postižením mohli porozumět obsahu obrázků.
• Používejte ARIA atributy: Používejte ARIA atributy k poskytnutí dodatečných informací o vaší aplikaci asistivním technologiím.
• Zajistěte přístupnost z klávesnice: Ujistěte se, že všechny interaktivní prvky ve vaší aplikaci jsou přístupné pomocí klávesnice.
• Testujte s asistivními technologiemi: Testujte svou aplikaci s čtečkami obrazovky a dalšími asistivními technologiemi, abyste se ujistili, že je přístupná všem uživatelům. Testujte s mezinárodními znakovými sadami, abyste zajistili správné vykreslování pro všechny jazyky.

Závěr

Plánování zdrojů a správa úkolů s ohledem na paměť v React Concurrent Mode jsou mocné nástroje pro tvorbu výkonných a responzivních uživatelských rozhraní. Prioritizací uživatelských interakcí, odkládáním nekritických úkolů a optimalizací využití paměti můžete vytvářet aplikace, které poskytují bezproblémový zážitek pro uživatele po celém světě bez ohledu na jejich zařízení nebo podmínky sítě. Přijetí těchto funkcí nejen zlepší uživatelský zážitek, ale také přispěje k inkluzivnějšímu a přístupnějšímu webu pro všechny. Jelikož se React neustále vyvíjí, porozumění a využívání Concurrent Mode bude klíčové pro tvorbu moderních, vysoce výkonných webových aplikací.