Architektura React Fiber: Porozumění procesu rekonciliace

React způsobil revoluci ve front-endovém vývoji díky své komponentové architektuře a deklarativnímu programovacímu modelu. Srdcem efektivity Reactu je jeho proces rekonciliace – mechanismus, kterým React aktualizuje skutečný DOM, aby odrážel změny ve stromu komponent. Tento proces prošel významným vývojem, který vyvrcholil v architektuře Fiber. Tento článek poskytuje komplexní porozumění React Fiber a jeho dopadu na rekonciliaci.

Co je rekonciliace?

Rekonciliace je algoritmus, který React používá k porovnání předchozího virtuálního DOMu s novým virtuálním DOMem a k určení minimální sady změn potřebných k aktualizaci skutečného DOMu. Virtuální DOM je reprezentace UI v paměti. Když se změní stav komponenty, React vytvoří nový strom virtuálního DOMu. Místo přímé manipulace se skutečným DOMem, což je pomalý proces, React porovná nový strom virtuálního DOMu s předchozím a identifikuje rozdíly. Tento proces se nazývá diffing.

Proces rekonciliace se řídí dvěma hlavními předpoklady:

• Elementy různých typů vytvoří různé stromy.
• Vývojář může pomocí key prop naznačit, které potomkovské elementy mohou být stabilní napříč různými renderováními.

Tradiční rekonciliace (před Fiber)

V počáteční implementaci Reactu byl proces rekonciliace synchronní a nedělitelný. To znamenalo, že jakmile React zahájil proces porovnávání virtuálního DOMu a aktualizace skutečného DOMu, nemohl být přerušen. To mohlo vést k problémům s výkonem, zejména v komplexních aplikacích s velkými stromy komponent. Pokud aktualizace komponenty trvala dlouho, prohlížeč přestal reagovat, což vedlo ke špatnému uživatelskému zážitku. To je často označováno jako problém „trhání“ (jank).

Představte si komplexní e-commerce web zobrazující katalog produktů. Pokud uživatel interaguje s filtrem, což spustí nové renderování katalogu, synchronní proces rekonciliace může zablokovat hlavní vlákno a UI přestane reagovat, dokud se celý katalog znovu nevyrenderuje. To může trvat několik sekund a způsobit frustraci uživatele.

Představení React Fiber

React Fiber je kompletní přepsání rekonciliačního algoritmu Reactu, představené v React 16. Jeho primárním cílem je zlepšit odezvu a vnímaný výkon React aplikací, zejména ve složitých scénářích. Fiber toho dosahuje rozdělením procesu rekonciliace na menší, přerušitelné jednotky práce.

Klíčové koncepty za React Fiber jsou:

• Fibery: Fiber je JavaScriptový objekt, který představuje jednotku práce. Obsahuje informace o komponentě, jejím vstupu a výstupu. Každá React komponenta má odpovídající fiber.
• WorkLoop (Pracovní smyčka): Pracovní smyčka je cyklus, který iteruje stromem fiberů a provádí potřebnou práci pro každý fiber.
• Scheduling (Plánování): Plánovač rozhoduje, kdy zahájit, pozastavit, obnovit nebo zrušit jednotku práce na základě priority.

Výhody architektury Fiber

Architektura Fiber přináší několik významných výhod:

• Přerušitelná rekonciliace: Fiber umožňuje Reactu pozastavit a obnovit proces rekonciliace, čímž zabraňuje dlouhotrvajícím úkolům blokovat hlavní vlákno. Tím je zajištěno, že UI zůstane responzivní i během složitých aktualizací.
• Aktualizace založené na prioritě: Fiber umožňuje Reactu prioritizovat různé typy aktualizací. Například interakce uživatele, jako je psaní nebo klikání, mohou mít vyšší prioritu než úkoly na pozadí, jako je načítání dat. Tím je zajištěno, že nejdůležitější aktualizace jsou zpracovány jako první.
• Asynchronní renderování: Fiber umožňuje Reactu provádět renderování asynchronně. To znamená, že React může začít renderovat komponentu a poté se pozastavit, aby umožnil prohlížeči zpracovat jiné úkoly, jako je vstup uživatele nebo animace. To zlepšuje celkový výkon a odezvu aplikace.
• Zlepšené zpracování chyb: Fiber poskytuje lepší zpracování chyb během procesu rekonciliace. Pokud dojde k chybě během renderování, React se může elegantněji zotavit a zabránit pádu celé aplikace.

Zvažte aplikaci pro kolaborativní úpravu dokumentů. S Fiberem mohou být úpravy provedené různými uživateli zpracovávány s různými prioritami. Psaní v reálném čase od aktuálního uživatele dostane nejvyšší prioritu, což zajišťuje okamžitou zpětnou vazbu. Aktualizace od ostatních uživatelů nebo automatické ukládání na pozadí mohou být zpracovány s nižší prioritou, čímž se minimalizuje rušení zážitku aktivního uživatele.

Porozumění struktuře Fiberu

Každá React komponenta je reprezentována uzlem Fiber. Uzel Fiber obsahuje informace o typu komponenty, props, stavu a jejích vztazích k ostatním uzlům Fiber ve stromu. Zde jsou některé důležité vlastnosti uzlu Fiber:

• type: Typ komponenty (např. funkční komponenta, třídní komponenta, DOM element).
• key: Prop key předaný komponentě.
• props: Props předané komponentě.
• stateNode: Instance komponenty (pro třídní komponenty) nebo null (pro funkční komponenty).
• child: Ukazatel na první potomkovský uzel Fiber.
• sibling: Ukazatel na další sourozenecký uzel Fiber.
• return: Ukazatel na rodičovský uzel Fiber.
• alternate: Ukazatel na uzel Fiber reprezentující předchozí stav komponenty.
• effectTag: Příznak označující typ aktualizace, která má být provedena na DOMu.

Vlastnost alternate je obzvláště důležitá. Umožňuje Reactu sledovat předchozí a aktuální stavy komponenty. Během procesu rekonciliace React porovnává aktuální uzel Fiber s jeho alternate, aby určil změny, které je třeba provést v DOMu.

Algoritmus WorkLoop

Pracovní smyčka (work loop) je jádrem architektury Fiber. Je zodpovědná za procházení stromem fiberů a provádění potřebné práce pro každý fiber. Pracovní smyčka je implementována jako rekurzivní funkce, která zpracovává fibery jeden po druhém.

Pracovní smyčka se skládá ze dvou hlavních fází:

• Renderovací fáze (Render Phase): Během renderovací fáze React prochází stromem fiberů a určuje změny, které je třeba provést v DOMu. Tato fáze je přerušitelná, což znamená, že ji React může kdykoli pozastavit a obnovit.
• Fáze potvrzení (Commit Phase): Během fáze potvrzení React aplikuje změny do DOMu. Tato fáze není přerušitelná, což znamená, že jakmile ji React zahájí, musí ji dokončit.

Renderovací fáze podrobně

Renderovací fáze může být dále rozdělena na dvě podfáze:

• beginWork: Funkce beginWork je zodpovědná za zpracování aktuálního uzlu Fiber a vytváření potomkovských uzlů Fiber. Určuje, zda je třeba komponentu aktualizovat, a pokud ano, vytváří nové uzly Fiber pro její potomky.
• completeWork: Funkce completeWork je zodpovědná za zpracování aktuálního uzlu Fiber poté, co byly zpracovány jeho potomci. Aktualizuje DOM a vypočítává layout komponenty.

Funkce beginWork provádí následující úkoly:

1. Zkontroluje, zda je třeba komponentu aktualizovat.
2. Pokud je třeba komponentu aktualizovat, porovná nové props a stav s předchozími props a stavem, aby určila změny, které je třeba provést.
3. Vytvoří nové uzly Fiber pro potomky komponenty.
4. Nastaví vlastnost effectTag na uzlu Fiber, aby označila typ aktualizace, která má být provedena na DOMu.

Funkce completeWork provádí následující úkoly:

1. Aktualizuje DOM změnami, které byly určeny během funkce beginWork.
2. Vypočítává layout komponenty.
3. Sbírá vedlejší efekty, které je třeba provést po fázi potvrzení.

Fáze potvrzení podrobně

Fáze potvrzení (commit phase) je zodpovědná za aplikování změn do DOMu. Tato fáze není přerušitelná, což znamená, že jakmile ji React zahájí, musí ji dokončit. Fáze potvrzení se skládá ze tří podfází:

• beforeMutation: Tato fáze se provádí před mutací DOMu. Používá se k provádění úkolů, jako je příprava DOMu na aktualizace.
• mutation: V této fázi se provádějí skutečné mutace DOMu. React aktualizuje DOM na základě vlastnosti effectTag uzlů Fiber.
• layout: Tato fáze se provádí po mutaci DOMu. Používá se k provádění úkolů, jako je aktualizace layoutu komponenty a spouštění lifecycle metod.

Praktické příklady a ukázky kódu

Pojďme si proces rekonciliace Fiberu ilustrovat na zjednodušeném příkladu. Zvažte komponentu, která zobrazuje seznam položek:

```javascript function ItemList({ items }) { return (

{items.map(item => (
• {item.name}
))}

); } ```

Když se prop items změní, React musí provést rekonciliaci seznamu a odpovídajícím způsobem aktualizovat DOM. Takhle by to zvládl Fiber:

1. Renderovací fáze: Funkce beginWork by porovnala nové pole items s předchozím polem items. Identifikovala by, které položky byly přidány, odebrány nebo aktualizovány.
2. Pro přidané položky by byly vytvořeny nové uzly Fiber a effectTag by byl nastaven tak, aby označil, že tyto položky je třeba vložit do DOMu.
3. Uzly Fiber pro odebrané položky by byly označeny k odstranění.
4. Uzly Fiber pro aktualizované položky by byly aktualizovány novými daty.
5. Fáze potvrzení: Fáze commit by poté aplikovala tyto změny na skutečný DOM. Přidané položky by byly vloženy, odebrané položky odstraněny a aktualizované položky změněny.

Použití prop key je pro efektivní rekonciliaci klíčové. Bez prop key by React musel znovu renderovat celý seznam při každé změně pole items. S prop key může React rychle identifikovat, které položky byly přidány, odebrány nebo aktualizovány, a aktualizovat pouze tyto položky.

Představte si například scénář, kdy se změní pořadí položek v nákupním košíku. Pokud má každá položka unikátní key (např. ID produktu), React může efektivně změnit pořadí položek v DOMu, aniž by je musel kompletně znovu renderovat. To výrazně zlepšuje výkon, zejména u velkých seznamů.

Plánování a prioritizace

Jednou z klíčových výhod Fiberu je jeho schopnost plánovat a prioritizovat aktualizace. React používá plánovač k určení, kdy zahájit, pozastavit, obnovit nebo zrušit jednotku práce na základě její priority. To umožňuje Reactu prioritizovat interakce uživatele a zajistit, že UI zůstane responzivní i během složitých aktualizací.

React poskytuje několik API pro plánování aktualizací s různými prioritami:

• React.render: Naplánuje aktualizaci s výchozí prioritou.
• ReactDOM.unstable_deferredUpdates: Naplánuje aktualizaci s nižší prioritou.
• ReactDOM.unstable_runWithPriority: Umožňuje explicitně specifikovat prioritu aktualizace.

Například můžete použít ReactDOM.unstable_deferredUpdates k naplánování aktualizací, které nejsou pro uživatelský zážitek kritické, jako je sledování analytiky nebo načítání dat na pozadí.

```javascript ReactDOM.unstable_deferredUpdates(() => { // Perform non-critical updates here updateAnalyticsData(); }); ```

Zpracování chyb s Fiberem

Fiber poskytuje vylepšené zpracování chyb během procesu rekonciliace. Když dojde k chybě během renderování, React může chybu zachytit a zabránit pádu celé aplikace. React používá hranice chyb (error boundaries) k řízenému zpracování chyb.

Hranice chyby je komponenta, která zachytává JavaScriptové chyby kdekoli ve svém stromu potomkovských komponent, tyto chyby zaznamenává a místo havarovaného stromu komponent zobrazuje záložní UI. Hranice chyb zachytávají chyby během renderování, v lifecycle metodách a v konstruktorech celého stromu pod nimi.

```javascript class ErrorBoundary extends React.Component { constructor(props) { super(props); this.state = { hasError: false }; } static getDerivedStateFromError(error) { // Update state so the next render will show the fallback UI. return { hasError: true }; } componentDidCatch(error, errorInfo) { // You can also log the error to an error reporting service logErrorToMyService(error, errorInfo); } render() { if (this.state.hasError) { // You can render any custom fallback UI return

Something went wrong.

; } return this.props.children; } } ```

Můžete použít hranice chyb k obalení jakékoli komponenty, která by mohla vyvolat chybu. Tím zajistíte, že vaše aplikace zůstane stabilní, i když některé komponenty selžou.

```javascript ```

Ladění Fiberu

Ladění React aplikací, které používají Fiber, může být náročné, ale existuje několik nástrojů a technik, které mohou pomoci. Rozšíření prohlížeče React DevTools poskytuje výkonnou sadu nástrojů pro inspekci stromu komponent, profilování výkonu a ladění chyb.

React Profiler vám umožňuje zaznamenat výkon vaší aplikace a identifikovat úzká hrdla. Pomocí Profileru můžete vidět, jak dlouho trvá renderování každé komponenty, a identifikovat komponenty, které způsobují problémy s výkonem.

React DevTools také poskytuje pohled na strom komponent, který vám umožňuje prozkoumat props, stav a uzel Fiber každé komponenty. To může být užitečné pro pochopení struktury stromu komponent a fungování procesu rekonciliace.

Závěr

Architektura React Fiber představuje významné vylepšení oproti tradičnímu procesu rekonciliace. Rozdělením procesu rekonciliace na menší, přerušitelné jednotky práce umožňuje Fiber Reactu zlepšit odezvu a vnímaný výkon aplikací, zejména ve složitých scénářích.

Pochopení klíčových konceptů za Fiberem, jako jsou fibery, pracovní smyčky a plánování, je zásadní pro tvorbu vysoce výkonných React aplikací. Využitím funkcí Fiberu můžete vytvářet UI, která jsou responzivnější, odolnější a poskytují lepší uživatelský zážitek.

Jak se React neustále vyvíjí, Fiber zůstane základní součástí jeho architektury. Udržováním kroku s nejnovějším vývojem ve Fiberu si můžete být jisti, že vaše React aplikace plně využívají výhody výkonu, které poskytuje.

Zde jsou klíčové body k zapamatování:

• React Fiber je kompletní přepsání rekonciliačního algoritmu Reactu.
• Fiber umožňuje Reactu pozastavit a obnovit proces rekonciliace, čímž zabraňuje dlouhotrvajícím úkolům blokovat hlavní vlákno.
• Fiber umožňuje Reactu prioritizovat různé typy aktualizací.
• Fiber poskytuje lepší zpracování chyb během procesu rekonciliace.
• Prop key je klíčový pro efektivní rekonciliaci.
• Rozšíření prohlížeče React DevTools poskytuje výkonnou sadu nástrojů pro ladění Fiber aplikací.

Přijetím React Fiber a pochopením jeho principů mohou vývojáři po celém světě vytvářet výkonnější a uživatelsky přívětivější webové aplikace, bez ohledu na jejich polohu nebo složitost jejich projektů.