React Scheduler: Kooperatives Yielding zur Optimierung der Benutzerinteraktions-Reaktionsfähigkeit

Im Bereich der Webanwendungsentwicklung steht die Benutzererfahrung an erster Stelle. Eine reaktionsschnelle und flüssige Benutzeroberfläche (UI) ist entscheidend, um Benutzer zu binden und zufriedenzustellen. React, eine weit verbreitete JavaScript-Bibliothek zum Erstellen von Benutzeroberflächen, bietet leistungsstarke Werkzeuge zur Verbesserung der Reaktionsfähigkeit, insbesondere durch seinen Scheduler und das Konzept des kooperativen Yieldings. Dieser Blogbeitrag befasst sich mit diesen Funktionen und untersucht, wie sie zur Optimierung der Benutzerinteraktions-Reaktionsfähigkeit in komplexen React-Anwendungen genutzt werden können.

Den React Scheduler verstehen

Der React Scheduler ist ein ausgeklügelter Mechanismus, der für die Priorisierung und Planung von UI-Updates zuständig ist. Er ist ein grundlegender Bestandteil der internen Architektur von React und arbeitet im Hintergrund, um sicherzustellen, dass die wichtigsten Aufgaben zuerst ausgeführt werden, was zu einer reibungsloseren und reaktionsschnelleren Benutzererfahrung führt. Vor dem Scheduler verwendete React einen synchronen Rendering-Prozess. Das bedeutete, dass eine gestartete Aktualisierung bis zum Abschluss lief, was den Hauptthread blockieren und die UI unresponsive machen konnte. Der Scheduler, der mit der Fiber-Architektur eingeführt wurde, ermöglicht es React, das Rendering in kleinere, asynchrone Arbeitseinheiten zu zerlegen.

Schlüsselkonzepte des React Schedulers

• Aufgaben: Der Scheduler arbeitet mit Aufgaben, die Arbeitseinheiten darstellen, die zur Aktualisierung der UI ausgeführt werden müssen. Diese Aufgaben können das Rendern von Komponenten, das Aktualisieren des DOM und das Ausführen von Effekten umfassen.
• Priorisierung: Nicht alle Aufgaben sind gleich. Der Scheduler weist Aufgaben Prioritäten zu, basierend auf ihrer wahrgenommenen Wichtigkeit für den Benutzer. Zum Beispiel erhalten Benutzerinteraktionen (wie die Eingabe in ein Feld) typischerweise eine höhere Priorität als weniger kritische Updates (wie das Abrufen von Daten im Hintergrund).
• Kooperatives Multitasking: Anstatt den Hauptthread zu blockieren, bis eine Aufgabe abgeschlossen ist, verwendet der Scheduler einen kooperativen Multitasking-Ansatz. Das bedeutet, dass React eine Aufgabe mitten in der Ausführung pausieren kann, um anderen Aufgaben mit höherer Priorität (wie der Verarbeitung von Benutzereingaben) die Ausführung zu ermöglichen.
• Fiber-Architektur: Der Scheduler ist eng in die Fiber-Architektur von React integriert, die die UI als Baum von Fiber-Knoten darstellt. Jeder Fiber-Knoten repräsentiert eine Arbeitseinheit und kann individuell pausiert, fortgesetzt und priorisiert werden.

Kooperatives Yielding: Kontrolle an den Browser zurückgeben

Kooperatives Yielding ist das Kernprinzip, das es dem React Scheduler ermöglicht, die Reaktionsfähigkeit von Benutzereingaben zu priorisieren. Es beinhaltet, dass eine Komponente freiwillig die Kontrolle über den Hauptthread an den Browser zurückgibt, damit dieser andere wichtige Aufgaben wie Benutzereingabeereignisse oder Browser-Repaints verarbeiten kann. Dies verhindert, dass lang andauernde Updates den Hauptthread blockieren und die UI träge machen.

Wie kooperatives Yielding funktioniert

1. Aufgabenunterbrechung: Wenn React eine lang andauernde Aufgabe ausführt, kann es periodisch prüfen, ob höher priorisierte Aufgaben ausgeführt werden müssen.
2. Kontrolle abgeben: Wenn eine Aufgabe mit höherer Priorität gefunden wird, pausiert React vorübergehend die aktuelle Aufgabe und gibt die Kontrolle an den Browser zurück. Dies ermöglicht es dem Browser, die Aufgabe mit höherer Priorität zu bearbeiten, wie z. B. die Reaktion auf Benutzereingaben.
3. Fortsetzen der Aufgabe: Sobald die Aufgabe mit höherer Priorität abgeschlossen ist, kann React die pausierte Aufgabe von dort fortsetzen, wo sie unterbrochen wurde.

Dieser kooperative Ansatz stellt sicher, dass die UI auch dann reaktionsschnell bleibt, wenn im Hintergrund komplexe Updates stattfinden. Es ist wie ein höflicher und rücksichtsvoller Kollege, der sicherstellt, dass dringende Anfragen zuerst bearbeitet werden, bevor er mit seiner eigenen Arbeit fortfährt.

Optimierung der Benutzerinteraktions-Reaktionsfähigkeit mit React Scheduler

Nun wollen wir praktische Techniken untersuchen, um den React Scheduler zur Optimierung der Benutzerinteraktions-Reaktionsfähigkeit in Ihren Anwendungen zu nutzen.

1. Verständnis der Aufgabenpriorisierung

Der React Scheduler weist Aufgaben automatisch Prioritäten zu, basierend auf ihrem Typ. Sie können diese Priorisierung jedoch beeinflussen, um die Reaktionsfähigkeit weiter zu optimieren. React bietet dazu mehrere APIs:

• useTransition Hook: Der useTransition Hook ermöglicht es Ihnen, bestimmte Zustandsaktualisierungen als weniger dringend zu markieren. Updates innerhalb einer Transition erhalten eine niedrigere Priorität, wodurch Benutzerinteraktionen Vorrang erhalten.
• startTransition API: Ähnlich wie useTransition ermöglicht die startTransition API das Umwickeln von Zustandsaktualisierungen und das Markieren als weniger dringend. Dies ist besonders nützlich für Aktualisierungen, die nicht direkt durch Benutzerinteraktionen ausgelöst werden.

Beispiel: Verwendung von useTransition für die Suchfunktion

Betrachten Sie eine Suchfunktion, die eine große Datenabfrage auslöst und die Suchergebnisse neu rendert. Ohne Priorisierung kann die Eingabe in das Suchfeld träge wirken, da der Re-Rendering-Prozess den Hauptthread blockiert. Wir können useTransition verwenden, um dies zu mildern:

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

function SearchInput() {
  const [query, setQuery] = useState('');
  const [results, setResults] = useState([]);
  const [isPending, startTransition] = useTransition();

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

    startTransition(() => {
      // Simulieren des Abrufens von Suchergebnissen
      setTimeout(() => {
        const fakeResults = Array.from({ length: 100 }, (_, i) => `Result ${i} for ${newQuery}`);
        setResults(fakeResults);
      }, 500);
    });
  };

  return (
    <div>
      <input type="text" value={query} onChange={handleChange} />
      {isPending ? <p>Searching...</p> : null}
      <ul>
        {results.map((result, index) => (
          <li key={index}>{result}</li>
        ))}
      </ul>
    </div>
  );
}

export default SearchInput;

            

              
                Copy
              
            
          

In diesem Beispiel umschließt die startTransition API die setTimeout-Funktion, die das Abrufen und Verarbeiten von Suchergebnissen simuliert. Dies teilt React mit, dass diese Aktualisierung weniger dringend ist als Benutzereingaben, und stellt sicher, dass das Eingabefeld auch während des Abrufens und Renderns der Suchergebnisse reaktionsschnell bleibt. Der `isPending`-Wert von `useTransition` hilft dabei, während der Transition eine Ladeanzeige anzuzeigen und dem Benutzer visuelles Feedback zu geben.

2. Debouncing und Throttling von Benutzereingaben

Häufig kann eine schnelle Benutzereingabe eine Flut von Updates auslösen, die den React Scheduler überlasten und zu Performance-Problemen führen. Debouncing und Throttling sind Techniken, um die Rate zu begrenzen, mit der diese Updates verarbeitet werden.

• Debouncing: Debouncing verzögert die Ausführung einer Funktion, bis eine bestimmte Zeitspanne seit dem letzten Aufruf der Funktion vergangen ist. Dies ist nützlich für Szenarien, in denen Sie eine Aktion erst ausführen möchten, nachdem der Benutzer eine bestimmte Zeit lang mit dem Tippen aufgehört hat.
• Throttling: Throttling begrenzt die Rate, mit der eine Funktion ausgeführt werden kann. Dies ist nützlich für Szenarien, in denen Sie sicherstellen möchten, dass eine Funktion nicht öfter als eine bestimmte Anzahl von Malen pro Sekunde ausgeführt wird.

Beispiel: Debouncing einer Suchfunktion

            import React, { useState, useCallback, useRef } from 'react';

function DebouncedSearchInput() {
  const [query, setQuery] = useState('');
  const [results, setResults] = useState([]);
  const timeoutRef = useRef(null);

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

    if (timeoutRef.current) {
      clearTimeout(timeoutRef.current);
    }

    timeoutRef.current = setTimeout(() => {
      // Simulieren des Abrufens von Suchergebnissen
      const fakeResults = Array.from({ length: 100 }, (_, i) => `Result ${i} for ${newQuery}`);
      setResults(fakeResults);
    }, 300);
  };

  return (
    <div>
      <input type="text" value={query} onChange={handleChange} />
      <ul>
        {results.map((result, index) => (
          <li key={index}>{result}</li>
        ))}
      </ul>
    </div>
  );
}

export default DebouncedSearchInput;

            

              
                Copy
              
            
          

In diesem Beispiel verwenden wir setTimeout und clearTimeout, um die Suchfunktion zu debouncen. Die handleChange-Funktion wird erst 300 Millisekunden nach Beendigung der Eingabe durch den Benutzer ausgeführt, wodurch die Häufigkeit, mit der die Suchergebnisse abgerufen und gerendert werden, reduziert wird.

3. Virtualisierung für große Listen

Das Rendern großer Datenlisten kann zu einem erheblichen Performance-Engpass führen, insbesondere wenn Tausende oder sogar Millionen von Einträgen verarbeitet werden müssen. Virtualisierung (auch bekannt als Windowing) ist eine Technik, die nur den sichtbaren Teil der Liste rendert, wodurch die Anzahl der zu aktualisierenden DOM-Knoten drastisch reduziert wird. Dies kann die Reaktionsfähigkeit der UI erheblich verbessern, insbesondere beim Scrollen durch große Listen.

Bibliotheken wie react-window und react-virtualized bieten leistungsstarke und effiziente Virtualisierungskomponenten, die einfach in Ihre React-Anwendungen integriert werden können.

Beispiel: Verwendung von react-window für eine große Liste

            import React from 'react';
import { FixedSizeList } from 'react-window';

const Row = ({ index, style }) => (
  <div style={style}>
    Row {index}
  </div>
);

function VirtualizedList() {
  return (
    <FixedSizeList
      height={400}
      width={300}
      itemSize={30}
      itemCount={1000}
    >
      {Row}
    </FixedSizeList>
  );
}

export default VirtualizedList;

            

              
                Copy
              
            
          

In diesem Beispiel wird die FixedSizeList-Komponente von react-window verwendet, um eine Liste von 1000 Einträgen zu rendern. Es werden jedoch nur die Einträge tatsächlich gerendert, die sich innerhalb der angegebenen Höhe und Breite befinden, was die Performance erheblich verbessert.

4. Code Splitting und Lazy Loading

Große JavaScript-Bundles können lange zum Herunterladen und Parsen benötigen, was das anfängliche Rendern Ihrer Anwendung verzögert und die Benutzererfahrung beeinträchtigt. Code Splitting und Lazy Loading sind Techniken, die verwendet werden, um Ihre Anwendung in kleinere Chunks aufzuteilen, die bei Bedarf geladen werden können. Dies kann die anfängliche Ladezeit erheblich verkürzen und die wahrgenommene Performance Ihrer Anwendung verbessern.

React bietet integrierte Unterstützung für Code Splitting unter Verwendung der Funktion React.lazy und der Komponente Suspense.

Beispiel: Lazy Loading einer Komponente

            import React, { Suspense } from 'react';

const MyComponent = React.lazy(() => import('./MyComponent'));

function App() {
  return (
    <div>
      <Suspense fallback={
Loading...
}
        <MyComponent />
      </Suspense>
    </div>
  );
}

export default App;

            

              
                Copy
              
            
          

In diesem Beispiel wird MyComponent mit React.lazy lazy geladen. Die Komponente wird erst geladen, wenn sie tatsächlich benötigt wird, was die anfängliche Ladezeit der Anwendung reduziert. Die Suspense-Komponente bietet eine Fallback-UI, die angezeigt wird, während die Komponente geladen wird.

5. Optimierung von Event-Handlern

Ineffiziente Event-Handler können ebenfalls zu einer schlechten Reaktionsfähigkeit von Benutzereingaben beitragen. Vermeiden Sie die Ausführung aufwendiger Operationen direkt innerhalb von Event-Handlern. Delegieren Sie diese Operationen stattdessen an Hintergrundaufgaben oder verwenden Sie Techniken wie Debouncing und Throttling, um die Häufigkeit der Ausführung zu begrenzen.

6. Memoization und Pure Components

React bietet Mechanismen zur Optimierung von Re-Renders, wie React.memo für funktionale Komponenten und PureComponent für Klassenkomponenten. Diese Techniken verhindern, dass Komponenten unnötigerweise neu gerendert werden, wenn sich ihre Props nicht geändert haben, und reduzieren so die Arbeitslast des React Schedulers.

Beispiel: Verwendung von React.memo

            import React from 'react';

const MyComponent = React.memo(function MyComponent(props) {
  // Render basierend auf Props
  return <div>{props.value}</div>;
});

export default MyComponent;

            

              
                Copy
              
            
          

In diesem Beispiel wird React.memo verwendet, um MyComponent zu memoiziren. Die Komponente wird nur neu gerendert, wenn sich ihre Props geändert haben.

Beispiele aus der Praxis und globale Überlegungen

Die Prinzipien des kooperativen Yieldings und der Scheduler-Optimierung sind in einer Vielzahl von Anwendungen anwendbar, von einfachen Formularen bis hin zu komplexen interaktiven Dashboards. Betrachten wir einige Beispiele:

• E-Commerce-Websites: Die Optimierung der Reaktionsfähigkeit von Suchfunktionen ist für E-Commerce-Websites von entscheidender Bedeutung. Benutzer erwarten sofortiges Feedback während der Eingabe, und eine träge Suchfunktion kann zu Frustration und abgebrochenen Suchen führen.
• Datenvisualisierungs-Dashboards: Datenvisualisierungs-Dashboards beinhalten oft das Rendern großer Datensätze und das Ausführen komplexer Berechnungen. Kooperatives Yielding kann dazu beitragen, dass die UI auch während dieser Berechnungen reaktionsschnell bleibt.
• Kollaborative Bearbeitungstools: Kollaborative Bearbeitungstools erfordern Echtzeit-Updates und Synchronisation zwischen mehreren Benutzern. Die Optimierung der Reaktionsfähigkeit dieser Tools ist entscheidend für eine nahtlose und kollaborative Erfahrung.

Beim Erstellen von Anwendungen für ein globales Publikum ist es wichtig, Faktoren wie Netzwerklatenz und Gerätefähigkeiten zu berücksichtigen. Benutzer in verschiedenen Teilen der Welt können unterschiedliche Netzwerkbedingungen erfahren, und es ist wichtig, Ihre Anwendung so zu optimieren, dass sie auch unter suboptimalen Umständen gut funktioniert. Techniken wie Code Splitting und Lazy Loading können für Benutzer mit langsamen Internetverbindungen besonders vorteilhaft sein. Darüber hinaus sollten Sie die Verwendung eines Content Delivery Networks (CDN) in Betracht ziehen, um die Assets Ihrer Anwendung von Servern zu liefern, die sich näher an Ihren Benutzern befinden.

Fazit

Der React Scheduler und das Konzept des kooperativen Yieldings sind leistungsstarke Werkzeuge zur Optimierung der Benutzerinteraktions-Reaktionsfähigkeit in komplexen React-Anwendungen. Indem Sie verstehen, wie diese Funktionen funktionieren, und die in diesem Blogbeitrag beschriebenen Techniken anwenden, können Sie UIs erstellen, die sowohl performant als auch ansprechend sind und eine überlegene Benutzererfahrung bieten. Denken Sie daran, Benutzerinteraktionen zu priorisieren, die Rendering-Performance zu optimieren und die Bedürfnisse eines globalen Publikums zu berücksichtigen, wenn Sie Ihre Anwendungen erstellen. Überwachen und profilieren Sie kontinuierlich die Performance Ihrer Anwendung, um Engpässe zu identifizieren und entsprechend zu optimieren. Durch Investitionen in die Performance-Optimierung können Sie sicherstellen, dass Ihre React-Anwendungen eine angenehme und reaktionsschnelle Erfahrung für alle Benutzer liefern, unabhängig von ihrem Standort oder Gerät.