Wiederherstellung nach Unterbrechungen im React Fiber Work Loop: Eine umfassende Strategie zur Aufgabenfortsetzung

React Fiber ist eine vollständige Neufassung des Reconciliation-Algorithmus von React. Sein Hauptziel ist es, die Eignung für Bereiche wie Animationen, Layout und Gesten zu verbessern. Einer der Kernaspekte von Fiber ist seine Fähigkeit, Rendering-Arbeit zu unterbrechen, anzuhalten, fortzusetzen und sogar abzubrechen. Dies ermöglicht es React, die Reaktionsfähigkeit der Benutzeroberfläche auch bei der Verarbeitung komplexer Updates aufrechtzuerhalten.

Die Architektur von React Fiber verstehen

Bevor wir uns mit Unterbrechung und Wiederaufnahme befassen, werfen wir einen kurzen Blick auf die Fiber-Architektur. React Fiber zerlegt Updates in kleine Arbeitseinheiten. Jede Arbeitseinheit repräsentiert eine Fiber, ein JavaScript-Objekt, das mit einer React-Komponente verknüpft ist. Diese Fibers bilden einen Baum, der den Komponentenbaum widerspiegelt.

Der Reconciliation-Prozess in Fiber ist in zwei Phasen unterteilt:

• Render-Phase: Bestimmt, welche Änderungen am DOM vorgenommen werden müssen. Diese Phase ist asynchron und kann unterbrochen werden. Sie erstellt die Liste der Effekte, die committet werden sollen.
• Commit-Phase: Wendet die Änderungen auf das DOM an. Diese Phase ist synchron und kann nicht unterbrochen werden. Sie stellt sicher, dass das DOM konsistent und vorhersagbar aktualisiert wird.

Der Work Loop und seine Rolle beim Rendering

Der Work Loop ist das Herzstück des Rendering-Prozesses. Er durchläuft den Fiber-Baum, verarbeitet jede Fiber und bestimmt, welche Änderungen erforderlich sind. Die Hauptfunktion des Work Loops, oft als `workLoopSync` (synchron) oder `workLoopConcurrent` (asynchron) bezeichnet, wird so lange ausgeführt, bis keine Arbeit mehr zu erledigen ist oder eine Aufgabe mit hoher Priorität sie unterbricht.

Im älteren Stack Reconciler war der Rendering-Prozess synchron. Wenn ein großer Komponentenbaum aktualisiert werden musste, war der Browser blockiert, bis das gesamte Update abgeschlossen war. Dies führte oft zu einer eingefrorenen Benutzeroberfläche und einer schlechten Benutzererfahrung.

Fiber löst dieses Problem, indem es die Unterbrechung des Work Loops ermöglicht. React gibt die Kontrolle regelmäßig an den Browser zurück, sodass dieser Benutzereingaben, Animationen und andere Aufgaben mit hoher Priorität verarbeiten kann. Dies stellt sicher, dass die Benutzeroberfläche auch bei lang andauernden Updates reaktionsfähig bleibt.

Unterbrechung: Wann und warum geschieht sie?

Der Work Loop kann aus mehreren Gründen unterbrochen werden:

• Updates mit hoher Priorität: Benutzerinteraktionen wie Klicks und Tastatureingaben gelten als hochprioritär. Wenn ein Update mit hoher Priorität auftritt, während der Work Loop läuft, unterbricht React die aktuelle Aufgabe und priorisiert die Benutzerinteraktion.
• Ablauf des Zeitfensters (Time Slice): React verwendet einen Scheduler zur Verwaltung der Ausführung von Aufgaben. Jede Aufgabe erhält ein Zeitfenster zur Ausführung. Wenn die Aufgabe ihr Zeitfenster überschreitet, unterbricht React sie und gibt die Kontrolle an den Browser zurück.
• Browser-Scheduling: Moderne Browser haben auch ihre eigenen Scheduling-Mechanismen. React muss mit dem Scheduler des Browsers zusammenarbeiten, um eine optimale Leistung zu gewährleisten.

Stellen Sie sich ein Szenario vor: Ein Benutzer tippt in ein Eingabefeld, während ein großer Datensatz gerendert wird. Ohne Unterbrechung könnte der Rendering-Prozess die Benutzeroberfläche blockieren, wodurch das Eingabefeld nicht mehr reagiert. Mit den Unterbrechungsfähigkeiten von Fiber kann React den Rendering-Prozess anhalten, die Eingabe des Benutzers verarbeiten und dann das Rendering fortsetzen.

Die Strategie zur Aufgabenfortsetzung: Wie React dort weitermacht, wo es aufgehört hat

Wenn der Work Loop unterbrochen wird, benötigt React einen Mechanismus, um die Aufgabe später fortzusetzen. Hier kommt die Strategie zur Aufgabenfortsetzung ins Spiel. React verfolgt seinen Fortschritt sorgfältig und speichert die notwendigen Informationen, um dort weiterzumachen, wo es aufgehört hat.

Hier ist eine Aufschlüsselung der wichtigsten Aspekte der Fortsetzungsstrategie:

1. Der Fiber-Baum als persistente Datenstruktur

Der Fiber-Baum ist als persistente Datenstruktur konzipiert. Das bedeutet, dass React bei einem Update nicht den bestehenden Baum direkt verändert. Stattdessen erstellt es einen neuen Baum, der die Änderungen widerspiegelt. Der alte Baum bleibt erhalten, bis der neue Baum bereit ist, ins DOM committet zu werden.

Diese persistente Datenstruktur ermöglicht es React, den Work Loop sicher zu unterbrechen, ohne den Fortschritt zu verlieren. Wenn der Work Loop unterbrochen wird, kann React den teilweise fertiggestellten neuen Baum einfach verwerfen und vom alten Baum aus fortfahren, wenn es bereit ist.

2. Die `finishedWork`- und `nextUnitOfWork`-Zeiger

React verwaltet während des Rendering-Prozesses zwei wichtige Zeiger:

• `nextUnitOfWork`: Zeigt auf die nächste Fiber, die verarbeitet werden muss. Dieser Zeiger wird aktualisiert, während der Work Loop fortschreitet.
• `finishedWork`: Zeigt auf die Wurzel der abgeschlossenen Arbeit. Nach Abschluss jeder Fiber wird sie zur Effektliste hinzugefügt.

Wenn der Work Loop unterbrochen wird, hält der `nextUnitOfWork`-Zeiger den Schlüssel zur Fortsetzung der Aufgabe. React kann diesen Zeiger verwenden, um die Verarbeitung des Fiber-Baums an dem Punkt zu starten, an dem sie unterbrochen wurde.

3. Speichern und Wiederherstellen des Kontexts

Während des Rendering-Prozesses verwaltet React ein Kontextobjekt, das Informationen über die aktuelle Rendering-Umgebung enthält. Dieser Kontext umfasst Dinge wie das aktuelle Thema, die Locale und andere Konfigurationseinstellungen.

Wenn der Work Loop unterbrochen wird, muss React den aktuellen Kontext speichern, damit er wiederhergestellt werden kann, wenn die Aufgabe fortgesetzt wird. Dies stellt sicher, dass der Rendering-Prozess mit den korrekten Einstellungen fortfährt.

4. Priorisierung und Scheduling

React verwendet einen Scheduler zur Verwaltung der Ausführung von Aufgaben. Der Scheduler weist den Aufgaben Prioritäten basierend auf ihrer Wichtigkeit zu. Aufgaben mit hoher Priorität, wie Benutzerinteraktionen, erhalten Vorrang vor Aufgaben mit niedriger Priorität, wie Hintergrund-Updates.

Wenn der Work Loop unterbrochen wird, kann React den Scheduler verwenden, um zu bestimmen, welche Aufgabe zuerst fortgesetzt werden soll. Dies stellt sicher, dass die wichtigsten Aufgaben zuerst erledigt werden, um die Reaktionsfähigkeit der Benutzeroberfläche aufrechtzuerhalten.

Stellen Sie sich zum Beispiel vor, eine komplexe Animation läuft und der Benutzer klickt auf eine Schaltfläche. React wird das Rendering der Animation unterbrechen, den Klick-Handler der Schaltfläche priorisieren und dann, sobald dieser abgeschlossen ist, das Rendering der Animation an der Stelle fortsetzen, an der es angehalten wurde.

Codebeispiel: Veranschaulichung von Unterbrechung und Wiederaufnahme

Obwohl die interne Implementierung komplex ist, veranschaulichen wir das Konzept mit einem vereinfachten Beispiel:

```javascript let nextUnitOfWork = null; let shouldYield = false; // Simulate yielding to the browser function performWork(fiber) { // ... process the fiber ... if (shouldYield) { // Pause the work and schedule it to resume later requestIdleCallback(() => { nextUnitOfWork = fiber; // Store the current fiber workLoop(); }); return; } // ... continue to the next fiber ... nextUnitOfWork = fiber.child || fiber.sibling || fiber.return; if (nextUnitOfWork) { performWork(nextUnitOfWork); } } function workLoop() { while (nextUnitOfWork && !shouldYield) { nextUnitOfWork = performWork(nextUnitOfWork); } } // Start the initial work nextUnitOfWork = rootFiber; workLoop(); ```

In diesem vereinfachten Beispiel simuliert `shouldYield` eine Unterbrechung. `requestIdleCallback` plant die spätere Fortsetzung des `workLoop` und demonstriert so effektiv die Wiederaufnahmestrategie.

Vorteile von Unterbrechung und Wiederaufnahme

Die Strategie zur Unterbrechung und Wiederaufnahme in React Fiber bietet mehrere wesentliche Vorteile:

• Verbesserte UI-Reaktionsfähigkeit: Indem der Work Loop unterbrochen werden kann, stellt React sicher, dass die Benutzeroberfläche auch bei lang andauernden Updates reaktionsfähig bleibt.
• Bessere Benutzererfahrung: Eine reaktionsfähige Benutzeroberfläche führt zu einer besseren Benutzererfahrung, da Benutzer mit der Anwendung interagieren können, ohne Verzögerungen oder Einfrieren zu erleben.
• Gesteigerte Leistung: React kann den Rendering-Prozess optimieren, indem es wichtige Aufgaben priorisiert und weniger wichtige Aufgaben aufschiebt.
• Unterstützung für Concurrent Rendering: Unterbrechung und Wiederaufnahme sind für das Concurrent Rendering unerlässlich, das es React ermöglicht, mehrere Rendering-Aufgaben gleichzeitig auszuführen.

Praktische Beispiele in verschiedenen Kontexten

Hier sind einige praktische Beispiele, wie die Unterbrechung und Wiederaufnahme von React Fiber verschiedenen Anwendungskontexten zugutekommt:

• E-Commerce-Plattform (Globale Reichweite): Stellen Sie sich eine globale E-Commerce-Plattform mit komplexen Produktlisten vor. Während Benutzer stöbern, sorgt React Fiber für ein flüssiges Scroll-Erlebnis, selbst wenn Bilder und andere Komponenten per Lazy Loading geladen werden. Die Unterbrechung ermöglicht die Priorisierung von Benutzerinteraktionen wie dem Hinzufügen von Artikeln zum Warenkorb und verhindert UI-Freezes, unabhängig vom Standort und der Internetgeschwindigkeit des Benutzers.
• Interaktive Datenvisualisierung (Wissenschaftliche Forschung - Internationale Zusammenarbeit): In der wissenschaftlichen Forschung sind komplexe Datenvisualisierungen üblich. React Fiber ermöglicht es Wissenschaftlern, in Echtzeit mit diesen Visualisierungen zu interagieren, Daten ohne Verzögerung zu zoomen, zu schwenken und zu filtern. Die Strategie zur Unterbrechung und Wiederaufnahme stellt sicher, dass Interaktionen Vorrang vor dem Rendern neuer Datenpunkte haben, was eine reibungslose Erkundung fördert.
• Echtzeit-Kollaborationstool (Globale Teams): Für globale Teams, die an Dokumenten oder Designs zusammenarbeiten, sind Echtzeit-Updates entscheidend. React Fiber ermöglicht es Benutzern, Dokumente nahtlos zu tippen und zu bearbeiten, selbst wenn andere Benutzer gleichzeitig Änderungen vornehmen. Das System priorisiert Benutzereingaben wie Tastenanschläge und erhält so ein reaktionsfähiges Gefühl für alle Teilnehmer, unabhängig von ihrer Netzwerklatenz.
• Social-Media-Anwendung (Vielfältige Nutzerbasis): Eine Social-Media-Anwendung, die einen Feed mit Bildern, Videos und Text rendert, profitiert immens. React Fiber ermöglicht ein flüssiges Scrollen durch den Feed und priorisiert das Rendern von Inhalten, die für den Benutzer gerade sichtbar sind. Wenn ein Benutzer mit einem Beitrag interagiert, z. B. durch Liken oder Kommentieren, unterbricht React das Rendern des Feeds und behandelt die Interaktion sofort, was allen Benutzern ein flüssiges Erlebnis bietet.

Optimierung für Unterbrechung und Wiederaufnahme

Obwohl React Fiber Unterbrechung und Wiederaufnahme automatisch handhabt, gibt es einige Dinge, die Sie tun können, um Ihre Anwendung für diese Funktion zu optimieren:

• Komplexe Rendering-Logik minimieren: Teilen Sie große Komponenten in kleinere, besser handhabbare Komponenten auf. Dies reduziert die Menge an Arbeit, die in einer einzigen Zeiteinheit erledigt werden muss, und erleichtert es React, die Aufgabe zu unterbrechen und fortzusetzen.
• Memoization-Techniken verwenden: Nutzen Sie `React.memo`, `useMemo` und `useCallback`, um unnötige Neu-Renderings zu vermeiden. Dies reduziert die Menge an Arbeit, die während des Rendering-Prozesses erledigt werden muss.
• Datenstrukturen optimieren: Verwenden Sie effiziente Datenstrukturen und Algorithmen, um die für die Datenverarbeitung aufgewendete Zeit zu minimieren.
• Komponenten per Lazy Loading laden: Verwenden Sie `React.lazy`, um Komponenten nur dann zu laden, wenn sie benötigt werden. Dies reduziert die anfängliche Ladezeit und verbessert die Gesamtleistung der Anwendung.
• Web Worker verwenden: Für rechenintensive Aufgaben sollten Sie die Verwendung von Web Workern in Betracht ziehen, um die Arbeit auf einen separaten Thread auszulagern. Dies verhindert, dass der Hauptthread blockiert wird, und verbessert die Reaktionsfähigkeit der Benutzeroberfläche.

Häufige Fallstricke und wie man sie vermeidet

Obwohl die Unterbrechung und Wiederaufnahme von React Fiber erhebliche Vorteile bieten, können einige häufige Fallstricke ihre Wirksamkeit beeinträchtigen:

• Unnötige State-Updates: Das Auslösen häufiger State-Updates in Komponenten kann zu übermäßigen Neu-Renderings führen. Stellen Sie sicher, dass Komponenten nur bei Bedarf aktualisiert werden. Verwenden Sie Tools wie den React Profiler, um unnötige Updates zu identifizieren.
• Komplexe Komponentenbäume: Tief verschachtelte Komponentenbäume können die für die Reconciliation benötigte Zeit erhöhen. Refaktorieren Sie den Baum nach Möglichkeit in flachere Strukturen, um die Leistung zu verbessern.
• Lang andauernde synchrone Operationen: Vermeiden Sie die Durchführung lang andauernder synchroner Operationen wie komplexe Berechnungen oder Netzwerkanfragen innerhalb der Render-Phase. Dies kann den Hauptthread blockieren und die Vorteile von Fiber zunichtemachen. Verwenden Sie asynchrone Operationen (z. B. `async/await`, `Promise`) und verlagern Sie solche Operationen in die Commit-Phase oder in Hintergrund-Threads mit Web Workern.
• Ignorieren von Komponentenprioritäten: Eine falsche Zuweisung von Prioritäten zu Komponenten-Updates kann zu einer schlechten UI-Reaktionsfähigkeit führen. Nutzen Sie Funktionen wie `useTransition`, um weniger kritische Updates zu kennzeichnen, damit React Benutzerinteraktionen priorisieren kann.

Fazit: Die Kraft der Unterbrechung und Wiederaufnahme nutzen

Die Strategie von React Fiber zur Unterbrechung und Wiederaufnahme des Work Loops ist ein mächtiges Werkzeug zum Erstellen hochleistungsfähiger, reaktionsfähiger Benutzeroberflächen. Indem Sie verstehen, wie dieser Mechanismus funktioniert, und die in diesem Artikel beschriebenen Best Practices befolgen, können Sie Anwendungen erstellen, die auch in komplexen und anspruchsvollen Umgebungen ein reibungsloses und ansprechendes Benutzererlebnis bieten.

Durch die Nutzung von Unterbrechung und Wiederaufnahme ermöglicht React Entwicklern, wirklich erstklassige Anwendungen zu erstellen, die vielfältige Benutzerinteraktionen und Datenkomplexitäten mühelos und elegant bewältigen können, um eine positive Erfahrung für Benutzer auf der ganzen Welt zu gewährleisten.