Die Concurrent Rendering Pipeline von React meistern: Ein Leitfaden zum Frame Budget Management

In der heutigen dynamischen Web-Landschaft ist die Bereitstellung einer nahtlosen und reaktionsschnellen Benutzererfahrung von größter Bedeutung. Nutzer weltweit erwarten, dass Anwendungen flüssig, interaktiv und frei von Ruckeln sind. Die Einführung des Concurrent Rendering durch React hat die Art und Weise, wie wir an die Performance herangehen, revolutioniert und bietet leistungsstarke Werkzeuge, um diese Ziele zu erreichen. Im Mittelpunkt dieses Paradigmenwechsels steht das Konzept des Frame Budget Managements. Dieser umfassende Leitfaden wird die Concurrent Rendering Pipeline von React untersuchen und sich darauf konzentrieren, wie Sie Ihr Frame Budget effektiv verwalten können, um eine durchgehend flüssige Benutzeroberfläche auf verschiedenen Geräten und unter unterschiedlichen Netzwerkbedingungen zu gewährleisten.

Das Frame Budget verstehen

Bevor wir uns mit den spezifischen Mechanismen von React befassen, ist es entscheidend, das grundlegende Konzept eines Frame Budgets zu verstehen. In der Computergrafik und der UI-Entwicklung ist ein Frame ein einzelnes Bild, das auf dem Bildschirm angezeigt wird. Um die Illusion von Bewegung und Interaktivität zu erzeugen, werden diese Frames in schneller Folge gerendert und angezeigt. Die Zielbildrate für die meisten modernen Displays liegt bei 60 Bildern pro Sekunde (FPS). Das bedeutet, dass jeder Frame innerhalb von ungefähr 16,67 Millisekunden (1000ms / 60 FPS) gerendert und dem Benutzer präsentiert werden muss.

Das Frame Budget ist daher die zugewiesene Zeit, innerhalb derer alle notwendigen Arbeiten für einen einzelnen Frame abgeschlossen sein müssen. Diese Arbeit umfasst typischerweise:

• JavaScript-Ausführung: Ausführen Ihrer React-Komponenten, Event-Handler und Geschäftslogik.
• Layout-Berechnung (Reflow): Bestimmen der Position und Abmessungen von Elementen auf dem Bildschirm.
• Zeichnen (Repaint): Zeichnen der Pixel, aus denen die Benutzeroberfläche besteht.
• Compositing: Schichten und Kombinieren verschiedener visueller Elemente.

Wenn einer dieser Schritte länger als die zugewiesene Zeit dauert, kann der Browser keinen neuen Frame termingerecht präsentieren, was zu ausgelassenen Frames und einer ruckeligen, nicht reaktionsfähigen Benutzererfahrung führt. Dies wird oft als Jank (Ruckeln) bezeichnet.

Die Concurrent Rendering Pipeline von React erklärt

Das traditionelle Rendering in React war größtenteils synchron und blockierend. Wenn eine Zustandsaktualisierung stattfand, übertrug React die Änderungen in das DOM, und dieser Prozess konnte den Hauptthread blockieren, was die Ausführung anderer wichtiger Aufgaben wie die Verarbeitung von Benutzereingaben oder Animationen verhinderte. Concurrent Rendering ändert dies grundlegend, indem es die Fähigkeit einführt, Rendering-Aufgaben zu unterbrechen und fortzusetzen.

Zu den Hauptmerkmalen der Concurrent Rendering Pipeline von React gehören:

• Priorisierung: React kann nun verschiedene Rendering-Aufgaben priorisieren. Zum Beispiel wird eine dringende Aktualisierung (wie die Eingabe eines Benutzers) eine höhere Priorität erhalten als eine weniger dringende (wie das Abrufen von Daten im Hintergrund).
• Präemption (Unterbrechung): React kann eine Rendering-Aufgabe mit niedrigerer Priorität unterbrechen, wenn eine Aufgabe mit höherer Priorität verfügbar wird. Dies stellt sicher, dass kritische Benutzerinteraktionen nie zu lange blockiert werden.
• Timer: Concurrent Rendering verwendet interne Timer, um die Arbeit zu verwalten und zu planen, mit dem Ziel, den Hauptthread frei zu halten.Suspense: Diese Funktion ermöglicht es Komponenten, auf Daten zu 'warten', ohne die gesamte Benutzeroberfläche zu blockieren, und zeigt in der Zwischenzeit eine Fallback-UI an.

Das Ziel dieser Pipeline ist es, große Rendering-Aufgaben in kleinere Teile zu zerlegen, die ausgeführt werden können, ohne das Frame Budget zu überschreiten. Hier wird das Scheduling entscheidend.

Die Rolle des Schedulers

Der Scheduler von React ist der Motor, der das Concurrent Rendering orchestriert. Er ist verantwortlich für:

• Das Empfangen von Aktualisierungsanfragen (z.B. von `setState`).
• Das Zuweisen einer Priorität zu jeder Aktualisierung.
• Das Bestimmen, wann die Rendering-Arbeit begonnen und gestoppt werden soll, um den Hauptthread nicht zu blockieren.
• Das Bündeln von Aktualisierungen, um unnötige Neu-Renderings zu minimieren.

Der Scheduler zielt darauf ab, die pro Frame geleistete Arbeit innerhalb eines vernünftigen Rahmens zu halten und so das Frame Budget effektiv zu verwalten. Er funktioniert, indem er ein potenziell großes Rendering in diskrete Arbeitseinheiten zerlegt, die asynchron verarbeitet werden können. Wenn der Scheduler feststellt, dass das Budget des aktuellen Frames bald überschritten wird, kann er die aktuelle Rendering-Aufgabe pausieren und die Kontrolle an den Browser abgeben, damit dieser andere kritische Ereignisse wie Benutzereingaben oder das Zeichnen von Inhalten handhaben kann.

Strategien für das Frame Budget Management in React

Ein effektives Management Ihres Frame Budgets in einer nebenläufigen React-Anwendung erfordert eine Kombination aus dem Verständnis der Fähigkeiten von React und der Anwendung bewährter Praktiken für das Komponentendesign und das State Management.

1. `useDeferredValue` und `useTransition` nutzen

Diese Hooks sind die Eckpfeiler für die Verwaltung aufwendiger UI-Aktualisierungen in einer nebenläufigen Umgebung:

• `useDeferredValue`: Dieser Hook ermöglicht es Ihnen, die Aktualisierung eines nicht dringenden Teils Ihrer Benutzeroberfläche aufzuschieben. Er ist ideal für Situationen, in denen Sie eine sich schnell ändernde Eingabe haben (wie eine Suchanfrage) und ein UI-Element, das die Ergebnisse dieser Eingabe anzeigt (wie ein Such-Dropdown). Indem Sie die Aktualisierung der Ergebnisse aufschieben, stellen Sie sicher, dass die Eingabe selbst reaktionsschnell bleibt, auch wenn das Rendern der Suchergebnisse etwas länger dauert.

Beispiel: Stellen Sie sich eine Echtzeit-Suchleiste vor. Während der Benutzer tippt, werden die Suchergebnisse aktualisiert. Wenn die Suchlogik oder das Rendering komplex ist, könnte dies dazu führen, dass das Eingabefeld verzögert reagiert. Die Verwendung von `useDeferredValue` für den Suchbegriff ermöglicht es React, die Aktualisierung des Eingabefelds zu priorisieren, während das rechenintensive Rendern der Suchergebnisse aufgeschoben wird.

            
import React, { useState, useDeferredValue } from 'react';

function SearchComponent() {
  const [query, setQuery] = useState('');
  const deferredQuery = useDeferredValue(query);

  const handleChange = (event) => {
    setQuery(event.target.value);
  };

  // Imagine 'searchResults' is a computationally expensive operation
  const searchResults = expensiveSearch(deferredQuery);

  return (
    

      
      

        {searchResults.map(result => (
          
{result.name}
        ))}
      
    
  );
}

            

              
                Copy
              
            
          

• `useTransition`: Dieser Hook ermöglicht es Ihnen, Zustandsaktualisierungen als 'Transitions' (Übergänge) zu kennzeichnen. Transitions sind nicht dringende Aktualisierungen, die React unterbrechen kann. Dies ist besonders nützlich, um Aktualisierungen zu markieren, deren Rendering viel Zeit in Anspruch nehmen könnte, wie das Filtern einer großen Liste oder die Navigation zwischen komplexen Ansichten. `useTransition` gibt eine `startTransition`-Funktion und einen `isPending`-Boolean zurück. Das `isPending`-Flag kann verwendet werden, um einen Ladeindikator anzuzeigen, während die Transition läuft.

Beispiel: Betrachten Sie eine große Datentabelle, die basierend auf der Benutzerauswahl gefiltert werden muss. Das Filtern und Neu-Rendern einer großen Tabelle kann Zeit kosten. Das Verpacken der Zustandsaktualisierung, die das Filtern auslöst, in `startTransition` teilt React mit, dass diese Aktualisierung unterbrochen werden kann, wenn ein dringenderes Ereignis eintritt, was ein Einfrieren der Benutzeroberfläche verhindert.

            
import React, { useState, useTransition } from 'react';

function DataTable() {
  const [data, setData] = useState([]);
  const [filter, setFilter] = useState('');
  const [isPending, startTransition] = useTransition();

  const handleFilterChange = (event) => {
    const newFilter = event.target.value;
    startTransition(() => {
      setFilter(newFilter);
      // Potentially expensive filtering operation happens here or is triggered
      // by the state update that is now a transition.
    });
  };

  // Assume 'filteredData' is derived from 'data' and 'filter'
  const filteredData = applyFilter(data, filter);

  return (
    

      
      {isPending && 
Laden...
}
      
        {/* Render filteredData */}
      
    
  );
}

            

              
                Copy
              
            
          

2. Das Rendern von Komponenten optimieren

Selbst mit Concurrency kann ineffizientes Rendern von Komponenten Ihr Frame Budget schnell aufbrauchen. Wenden Sie diese Techniken an:

• `React.memo`: Für funktionale Komponenten ist `React.memo` eine Higher-Order-Komponente, die die Komponente memoisieriert. Sie wird nur dann neu gerendert, wenn sich ihre Props geändert haben, was unnötige Neu-Renderings verhindert, wenn die übergeordnete Komponente neu rendert, die Props der Komponente aber gleich bleiben.
• `useCallback`: Memoisiert Callback-Funktionen. Dies ist besonders nützlich, wenn Callbacks an memoisierte Kindkomponenten (`React.memo`) weitergegeben werden, um zu verhindern, dass diese Kinder aufgrund einer neuen Funktionsinstanz, die bei jedem Render der Elternkomponente erstellt wird, neu rendern.
• `useMemo`: Memoisiert das Ergebnis einer Berechnung. Wenn Sie eine komplexe Berechnung innerhalb einer Komponente haben, kann `useMemo` das Ergebnis zwischenspeichern und es nur dann neu berechnen, wenn sich seine Abhängigkeiten ändern, was wertvolle CPU-Zyklen spart.
• Komponentenstruktur und Profiling: Zerlegen Sie große Komponenten in kleinere, besser handhabbare. Verwenden Sie den React DevTools Profiler, um Leistungsengpässe zu identifizieren. Profilen Sie Ihre Komponenten, um zu sehen, welche zu oft oder zu lange zum Rendern benötigen.

3. Effizientes State Management

Wie Sie den Zustand verwalten, kann die Rendering-Leistung erheblich beeinflussen:

• Lokaler vs. globaler Zustand: Halten Sie den Zustand so lokal wie möglich. Wenn der Zustand über viele Komponenten hinweg geteilt werden muss, ziehen Sie eine globale State-Management-Lösung in Betracht, aber seien Sie sich bewusst, wie Aktualisierungen des globalen Zustands Neu-Renderings auslösen.
• Optimierung der Context API: Wenn Sie die Context API von React verwenden, beachten Sie, dass jede Komponente, die einen Kontext konsumiert, neu gerendert wird, wenn sich der Kontextwert ändert, auch wenn sich der spezifische Teil des Kontexts, der sie interessiert, nicht geändert hat. Erwägen Sie, Kontexte aufzuteilen oder Memoisierungstechniken für Kontextwerte zu verwenden.
• Selector-Pattern: Bei State-Management-Bibliotheken wie Redux oder Zustand sollten Sie Selektoren nutzen, um sicherzustellen, dass Komponenten nur dann neu rendern, wenn sich die spezifischen Teile des Zustands, die sie abonnieren, geändert haben, anstatt bei jeder globalen Zustandsaktualisierung neu zu rendern.

4. Virtualisierung für lange Listen

Das Rendern von Tausenden von Elementen in einer Liste kann die Leistung erheblich beeinträchtigen, unabhängig von der Nebenläufigkeit. Virtualisierung (auch als Windowing bekannt) ist eine Technik, bei der nur die Elemente gerendert werden, die aktuell im Viewport sichtbar sind. Wenn der Benutzer scrollt, werden nicht sichtbare Elemente entfernt und neue Elemente gerendert und eingehängt. Bibliotheken wie `react-window` und `react-virtualized` sind ausgezeichnete Werkzeuge dafür.

Beispiel: Ein Social-Media-Feed oder eine lange Produktliste. Anstatt 1000 Listenelemente auf einmal zu rendern, rendert die Virtualisierung nur die 10-20 Elemente, die auf dem Bildschirm sichtbar sind. Dies reduziert drastisch die Menge an Arbeit, die React und der Browser pro Frame leisten müssen.

5. Code Splitting und Lazy Loading

Obwohl es sich nicht direkt um Frame Budget Management handelt, verbessert die Reduzierung der anfänglichen JavaScript-Payload und das Laden nur dessen, was benötigt wird, die wahrgenommene Leistung und kann indirekt helfen, indem die Gesamtlast auf den Browser verringert wird. Verwenden Sie `React.lazy` und `Suspense`, um Code Splitting für Komponenten zu implementieren.

            
import React, { Suspense, lazy } from 'react';

const ExpensiveComponent = lazy(() => import('./ExpensiveComponent'));

function App() {
  return (
    

      
Meine App
      Lade Komponente...
}>