React Concurrent Mode Time Slicing: Zuweisung des Rendering-Zeitbudgets

Der React Concurrent Mode ist eine bahnbrechende Funktion, die ein neues Niveau an Reaktionsfähigkeit und Leistung in React-Anwendungen erschließt. Das Herzstück des Concurrent Mode ist das Konzept des Time Slicing, das es React ermöglicht, langlaufende Rendering-Aufgaben in kleinere, überschaubarere Einheiten zu zerlegen. Dieser Blogbeitrag befasst sich mit den Feinheiten des Time Slicing, der Zuweisung des Rendering-Zeitbudgets und wie es zu einer deutlich verbesserten Benutzererfahrung beiträgt.

Die Notwendigkeit des Concurrent Mode verstehen

Traditionelles React arbeitet synchron. Wenn eine Komponente aktualisiert wird, blockiert React den Haupt-Thread, bis der gesamte Komponentenbaum neu gerendert ist. Dies kann zu spürbaren Verzögerungen führen, insbesondere in komplexen Anwendungen mit zahlreichen Komponenten oder rechenintensiver Rendering-Logik. Diese Verzögerungen können sich äußern als:

• Ruckelnde Animationen: Animationen erscheinen abgehackt und ungleichmäßig, da der Browser während des Renderings blockiert ist.
• Nicht reagierende Benutzeroberfläche: Die Anwendung reagiert nicht auf Benutzereingaben (Klicks, Tastenanschläge), während React rendert.
• Schlechte wahrgenommene Leistung: Benutzer empfinden die Anwendung als langsam und träge, auch wenn das zugrunde liegende Datenabrufen schnell ist.

Der Concurrent Mode behebt diese Probleme, indem er React ermöglicht, asynchron zu arbeiten. Dies erlaubt es, Rendering-Aufgaben mit anderen Operationen wie der Verarbeitung von Benutzereingaben oder der Aktualisierung der Benutzeroberfläche zu verschachteln. Time Slicing ist ein Schlüsselmechanismus, der dies ermöglicht.

Was ist Time Slicing?

Time Slicing, auch als kooperatives Multitasking bekannt, ist eine Technik, bei der eine langlaufende Aufgabe in kleinere Arbeitseinheiten aufgeteilt wird. Die Fiber-Architektur von React, die die Grundlage des Concurrent Mode bildet, ermöglicht es React, Rendering-Arbeiten bei Bedarf zu pausieren, fortzusetzen und sogar abzubrechen. Anstatt den Haupt-Thread für die gesamte Dauer eines Rendering-Updates zu blockieren, kann React die Kontrolle periodisch an den Browser zurückgeben, damit dieser andere Ereignisse verarbeiten und eine reaktionsfähige Benutzeroberfläche aufrechterhalten kann.

Stellen Sie es sich so vor: Sie malen ein großes Wandgemälde. Anstatt zu versuchen, das gesamte Gemälde in einer ununterbrochenen Sitzung zu malen, teilen Sie es in kleinere Abschnitte auf und arbeiten an jedem Abschnitt für eine kurze Zeit. Dies ermöglicht es Ihnen, Pausen einzulegen, auf Fragen von Passanten zu antworten und sicherzustellen, dass das Wandgemälde reibungslos voranschreitet, ohne Sie zu überfordern. In ähnlicher Weise teilt React Rendering-Aufgaben in kleinere 'Slices' (Scheiben) auf und verschachtelt sie mit anderen Browseraktivitäten.

Zuweisung des Rendering-Zeitbudgets

Ein entscheidender Aspekt des Time Slicing ist die Zuweisung eines Rendering-Zeitbudgets. Dies bezieht sich auf die Zeitspanne, die React für das Rendering aufwenden darf, bevor es die Kontrolle an den Browser zurückgibt. Der Browser hat dann die Möglichkeit, Benutzereingaben zu verarbeiten, den Bildschirm zu aktualisieren und andere Aufgaben auszuführen. Nachdem der Browser an der Reihe war, kann React das Rendering dort fortsetzen, wo es aufgehört hat, und einen weiteren Teil seines zugewiesenen Zeitbudgets nutzen.

Das spezifische Zeitbudget, das React zugewiesen wird, wird vom Browser und den verfügbaren Ressourcen bestimmt. React zielt darauf ab, ein guter „Bürger“ zu sein und den Haupt-Thread nicht zu monopolisieren, um sicherzustellen, dass der Browser auf Benutzerinteraktionen reagiert.

Wie React das Zeitbudget verwaltet

React verwendet die `requestIdleCallback`-API (oder einen ähnlichen Polyfill für ältere Browser), um Rendering-Arbeiten zu planen. `requestIdleCallback` ermöglicht es React, Hintergrundaufgaben auszuführen, wenn der Browser im Leerlauf ist, d.h. er ist nicht mit der Verarbeitung von Benutzereingaben oder anderen kritischen Operationen beschäftigt. Der an `requestIdleCallback` übergebene Callback erhält ein `deadline`-Objekt, das die verbleibende Zeit in der aktuellen Leerlaufperiode angibt. React verwendet diese Deadline, um zu bestimmen, wie viel Rendering-Arbeit es ausführen kann, bevor es die Kontrolle an den Browser zurückgibt.

Hier ist eine vereinfachte Darstellung, wie React das Zeitbudget verwalten könnte:

1. React plant Rendering-Arbeiten mit `requestIdleCallback`.
2. Wenn der `requestIdleCallback` ausgeführt wird, erhält React ein `deadline`-Objekt.
3. React beginnt mit dem Rendern von Komponenten.
4. Während React rendert, überprüft es das `deadline`-Objekt, um zu sehen, wie viel Zeit noch verbleibt.
5. Wenn React die Zeit ausgeht (d.h. die Deadline ist erreicht), pausiert es das Rendering und gibt die Kontrolle an den Browser zurück.
6. Der Browser verarbeitet Benutzereingaben, aktualisiert den Bildschirm usw.
7. Wenn der Browser wieder im Leerlauf ist, setzt React das Rendering dort fort, wo es aufgehört hat, und verwendet einen weiteren Teil seines zugewiesenen Zeitbudgets.
8. Dieser Prozess wird fortgesetzt, bis alle Komponenten gerendert wurden.

Vorteile des Time Slicing

Time Slicing bietet mehrere wesentliche Vorteile für React-Anwendungen:

• Verbesserte Reaktionsfähigkeit: Indem Rendering-Aufgaben in kleinere Einheiten aufgeteilt und mit anderen Operationen verschachtelt werden, verhindert Time Slicing, dass die Benutzeroberfläche bei langlaufenden Updates nicht mehr reagiert. Benutzer können weiterhin reibungslos mit der Anwendung interagieren, auch während React im Hintergrund rendert.
• Verbesserte wahrgenommene Leistung: Auch wenn die gesamte Rendering-Zeit gleich bleibt, kann Time Slicing die Anwendung viel schneller erscheinen lassen. Indem der Browser den Bildschirm häufiger aktualisieren kann, kann React dem Benutzer schneller visuelles Feedback geben und so die Illusion einer reaktionsfähigeren Anwendung erzeugen.
• Bessere Benutzererfahrung: Die Kombination aus verbesserter Reaktionsfähigkeit und gesteigerter wahrgenommener Leistung führt zu einer deutlich besseren Benutzererfahrung. Benutzer sind weniger wahrscheinlich frustriert oder verärgert über Verzögerungen oder nicht reagierende Oberflächen.
• Priorisierung wichtiger Updates: Der Concurrent Mode ermöglicht es React, wichtige Updates, wie z.B. solche, die sich auf Benutzereingaben beziehen, zu priorisieren. Dies stellt sicher, dass die Benutzeroberfläche auf Benutzerinteraktionen reagiert, auch wenn andere, weniger kritische Updates im Gange sind.

Wie man Time Slicing in React-Anwendungen nutzt

Um die Vorteile des Time Slicing zu nutzen, müssen Sie den Concurrent Mode in Ihrer React-Anwendung aktivieren. Dies kann durch die Verwendung der entsprechenden APIs zur Erstellung eines Root-Elements erfolgen:

Für React 18 und neuer:

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

const container = document.getElementById('root');
const root = createRoot(container); // Erstelle einen Root
root.render(<App />);

            

              
                Copy
              
            
          

Für React 17 und früher (unter Verwendung des `react-dom/unstable_concurrentMode`-Einstiegspunkts):

            import ReactDOM from 'react-dom';

ReactDOM.unstable_createRoot(document.getElementById('root')).render(<App />);

            

              
                Copy
              
            
          

Sobald der Concurrent Mode aktiviert ist, wendet React automatisch Time Slicing auf Rendering-Updates an. Es gibt jedoch einige zusätzliche Schritte, die Sie unternehmen können, um Ihre Anwendung weiter für den Concurrent Mode zu optimieren:

1. Suspense nutzen

Suspense ist eine eingebaute React-Komponente, die es Ihnen ermöglicht, asynchrone Operationen wie das Abrufen von Daten elegant zu handhaben. Wenn eine in Suspense gehüllte Komponente versucht, Daten zu rendern, die noch nicht verfügbar sind, wird Suspense den Rendering-Prozess unterbrechen und eine Fallback-UI (z.B. einen Lade-Spinner) anzeigen. Sobald die Daten verfügbar sind, setzt Suspense das Rendering der Komponente automatisch fort.

Suspense arbeitet nahtlos mit dem Concurrent Mode zusammen und ermöglicht es React, das Rendern anderer Teile der Anwendung zu priorisieren, während auf das Laden von Daten gewartet wird. Dies kann die Benutzererfahrung erheblich verbessern, indem verhindert wird, dass die gesamte Benutzeroberfläche blockiert wird, während auf Daten gewartet wird.

Beispiel:

            import React, { Suspense } from 'react';

const ProfileDetails = React.lazy(() => import('./ProfileDetails')); // Komponente per Lazy Loading laden

function MyComponent() {
 return (
 <Suspense fallback={<div>Lade Profil...</div>}>
 <ProfileDetails />
 </Suspense>
 );
}

export default MyComponent;

            

              
                Copy
              
            
          

In diesem Beispiel wird die `ProfileDetails`-Komponente mit `React.lazy` per Lazy Loading geladen. Das bedeutet, dass die Komponente nur dann geladen wird, wenn sie tatsächlich benötigt wird. Die `Suspense`-Komponente umschließt `ProfileDetails` und zeigt eine Lade-Nachricht an, während die Komponente geladen wird. Dies verhindert, dass die gesamte Anwendung blockiert, während auf das Laden der Komponente gewartet wird.

2. Transitions verwenden

Transitions (Übergänge) sind ein Mechanismus, um Updates als nicht dringend zu kennzeichnen. Wenn Sie ein Update in `useTransition` wrappen, wird React dringende Updates (wie solche, die auf Benutzereingaben bezogen sind) gegenüber dem Transition-Update priorisieren. Dies ermöglicht es Ihnen, nicht-kritische Updates aufzuschieben, bis der Browser Zeit hat, sie zu verarbeiten, ohne die Benutzeroberfläche zu blockieren.

Transitions sind besonders nützlich für Updates, die rechenintensives Rendering auslösen können, wie das Filtern einer großen Liste oder das Aktualisieren eines komplexen Diagramms. Indem Sie diese Updates als nicht dringend markieren, können Sie sicherstellen, dass die Benutzeroberfläche auf Benutzerinteraktionen reagiert, auch während die Updates im Gange sind.

Beispiel:

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

function MyComponent() {
 const [query, setQuery] = useState('');
 const [list, setList] = useState(initialList);
 const [isPending, startTransition] = useTransition();

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

 startTransition(() => {
 // Filter die Liste basierend auf der Abfrage
 setList(initialList.filter(item => item.toLowerCase().includes(newQuery.toLowerCase())));
 });
 };

 return (
 <div>
 <input type="text" value={query} onChange={handleChange} />
 {isPending ? <p>Filtere...</p> : null}
 <ul>
 {list.map(item => (<li key={item}>{item}</li>))}
 </ul>
 </div>
 );
}

export default MyComponent;

            

              
                Copy
              
            
          

In diesem Beispiel filtert die `handleChange`-Funktion eine Liste basierend auf der Eingabe des Benutzers. Die `startTransition`-Funktion wird verwendet, um den `setList`-Aufruf zu umschließen und das Update als nicht dringend zu markieren. Dies ermöglicht es React, andere Updates, wie die Aktualisierung des Eingabefeldes, gegenüber der Listenfilterung zu priorisieren. Die `isPending`-Zustandsvariable zeigt an, ob die Transition gerade läuft, was es Ihnen ermöglicht, einen Ladeindikator anzuzeigen.

3. Komponenten-Rendering optimieren

Auch mit Time Slicing ist es immer noch wichtig, das Rendering Ihrer Komponenten zu optimieren, um die Menge an Arbeit, die React ausführen muss, zu minimieren. Einige Strategien zur Optimierung des Komponenten-Renderings umfassen:

• Memoization: Verwenden Sie `React.memo` oder `useMemo`, um unnötige Neu-Renderings von Komponenten zu vermeiden.
• Code Splitting: Teilen Sie Ihre Anwendung in kleinere Chunks auf und laden Sie diese bei Bedarf mit `React.lazy` und `Suspense`.
• Virtualisierung: Verwenden Sie Bibliotheken wie `react-window` oder `react-virtualized`, um große Listen und Tabellen effizient zu rendern.
• Effiziente Datenstrukturen: Verwenden Sie effiziente Datenstrukturen (z.B. Maps, Sets), um die Leistung von Datenmanipulationsoperationen zu verbessern.

4. Ihre Anwendung profilen

Verwenden Sie den React Profiler, um Leistungsengpässe in Ihrer Anwendung zu identifizieren. Der Profiler ermöglicht es Ihnen, die Rendering-Zeit jeder Komponente aufzuzeichnen und Bereiche zu identifizieren, in denen Sie die Leistung verbessern können.

Überlegungen und mögliche Nachteile

Obwohl der Concurrent Mode und das Time Slicing erhebliche Vorteile bieten, gibt es auch einige Überlegungen und mögliche Nachteile, die man beachten sollte:

• Erhöhte Komplexität: Der Concurrent Mode kann die Komplexität Ihrer Anwendung erhöhen, insbesondere wenn Sie nicht mit asynchronen Programmierkonzepten vertraut sind.
• Kompatibilitätsprobleme: Einige ältere Bibliotheken und Komponenten sind möglicherweise nicht vollständig mit dem Concurrent Mode kompatibel. Möglicherweise müssen Sie diese Bibliotheken aktualisieren oder ersetzen, um sicherzustellen, dass Ihre Anwendung korrekt funktioniert.
• Debugging-Herausforderungen: Das Debuggen von asynchronem Code kann schwieriger sein als das Debuggen von synchronem Code. Möglicherweise müssen Sie spezielle Debugging-Tools verwenden, um den Ausführungsfluss in Ihrer Anwendung zu verstehen.
• Potenzial für Stottern: In seltenen Fällen kann Time Slicing zu einem leichten Stottereffekt führen, wenn React das Rendering ständig pausiert und wieder aufnimmt. Dies kann in der Regel durch Optimierung des Komponenten-Renderings und angemessene Verwendung von Transitions gemildert werden.

Praxisbeispiele und Anwendungsfälle

Time Slicing ist besonders vorteilhaft in Anwendungen mit den folgenden Merkmalen:

• Komplexe Benutzeroberflächen: Anwendungen mit großen Komponentenbäumen oder rechenintensiver Rendering-Logik.
• Häufige Updates: Anwendungen, die häufige Aktualisierungen der Benutzeroberfläche erfordern, wie z.B. Echtzeit-Dashboards oder interaktive Visualisierungen.
• Langsame Netzwerkverbindungen: Anwendungen, die langsame Netzwerkverbindungen elegant handhaben müssen.
• Große Datensätze: Anwendungen, die große Datensätze anzeigen und bearbeiten müssen.

Hier sind einige konkrete Beispiele, wie Time Slicing in realen Anwendungen eingesetzt werden kann:

• E-Commerce-Websites: Verbessern Sie die Reaktionsfähigkeit von Produktlisten und Suchergebnissen, indem Sie weniger kritische Updates aufschieben.
• Social-Media-Plattformen: Stellen Sie sicher, dass die Benutzeroberfläche auf Benutzerinteraktionen reagiert, während neue Beiträge und Kommentare geladen werden.
• Kartenanwendungen: Rendern Sie komplexe Karten und geografische Daten reibungslos, indem Sie Rendering-Aufgaben in kleinere Einheiten aufteilen.
• Finanz-Dashboards: Stellen Sie Echtzeit-Updates für Finanzdaten bereit, ohne die Benutzeroberfläche zu blockieren.
• Kollaborative Bearbeitungswerkzeuge: Ermöglichen Sie mehreren Benutzern die gleichzeitige Bearbeitung von Dokumenten, ohne Verzögerungen oder Nichtreagieren zu erleben.

Fazit

Die Time-Slicing-Funktion des React Concurrent Mode ist ein leistungsstarkes Werkzeug zur Verbesserung der Reaktionsfähigkeit und der wahrgenommenen Leistung von React-Anwendungen. Indem Rendering-Aufgaben in kleinere Einheiten aufgeteilt und mit anderen Operationen verschachtelt werden, verhindert Time Slicing, dass die Benutzeroberfläche bei langlaufenden Updates nicht mehr reagiert. Durch die Nutzung von Suspense, Transitions und anderen Optimierungstechniken können Sie das volle Potenzial des Concurrent Mode ausschöpfen und eine deutlich bessere Benutzererfahrung schaffen.

Obwohl der Concurrent Mode die Komplexität Ihrer Anwendung erhöhen kann, sind die Vorteile, die er in Bezug auf Leistung und Benutzererfahrung bietet, die Mühe wert. Da sich React weiterentwickelt, wird der Concurrent Mode wahrscheinlich ein immer wichtigerer Teil des React-Ökosystems werden. Das Verständnis von Time Slicing und der Zuweisung des Rendering-Zeitbudgets ist unerlässlich für die Erstellung hochleistungsfähiger, reaktionsfähiger React-Anwendungen, die einem globalen Publikum ein erfreuliches Benutzererlebnis bieten, von belebten Metropolen wie Tokio, Japan, bis hin zu abgelegenen Gebieten mit begrenzter Bandbreite in Ländern wie der Mongolei. Ob Ihre Benutzer High-End-Desktops oder leistungsschwache mobile Geräte verwenden, der Concurrent Mode kann Ihnen helfen, ein reibungsloses und reaktionsschnelles Erlebnis zu bieten.