Das Potenzial von React erschließen: Ein tiefer Einblick in gleichzeitige Funktionen, Prioritätsspuren und Scheduler-Integration

In der dynamischen Welt der Webentwicklung ist die Bereitstellung einer nahtlosen und reaktionsschnellen Benutzererfahrung von größter Bedeutung. Da Anwendungen an Komplexität zunehmen und die Benutzererwartungen steigen, insbesondere in unterschiedlichen globalen Märkten, können Leistungsengpässe die Benutzerzufriedenheit erheblich beeinträchtigen. React, eine führende JavaScript-Bibliothek zum Erstellen von Benutzeroberflächen, hat sich kontinuierlich weiterentwickelt, um diesen Herausforderungen zu begegnen. Eine der wirkungsvollsten Errungenschaften der letzten Jahre ist die Einführung von gleichzeitigen Funktionen, die durch einen ausgeklügelten zugrunde liegenden Scheduler und das Konzept der Prioritätsspuren ermöglicht werden.

Dieser umfassende Leitfaden wird Reacts gleichzeitige Funktionen entmystifizieren, die Rolle des Schedulers erläutern und veranschaulichen, wie Prioritätsspuren ein intelligenteres und effizienteres Rendering ermöglichen. Wir werden das 'Warum' und 'Wie' hinter diesen mächtigen Mechanismen untersuchen und praktische Einblicke sowie Beispiele liefern, die für die Entwicklung performanter Anwendungen für ein globales Publikum relevant sind.

Die Notwendigkeit von Parallelität in React

Traditionell war Reacts Rendering-Prozess synchron. Wenn ein Update auftrat, blockierte React den Hauptthread, bis die gesamte Benutzeroberfläche neu gerendert war. Obwohl dieser Ansatz unkompliziert ist, birgt er ein erhebliches Problem: langwierige Renderings können die Benutzeroberfläche einfrieren. Stellen Sie sich vor, ein Benutzer interagiert mit einer E-Commerce-Website, versucht Produkte zu filtern oder einen Artikel in seinen Warenkorb zu legen, während gleichzeitig ein großer Datenabruf oder eine komplexe Berechnung stattfindet. Die Benutzeroberfläche könnte nicht mehr reagieren, was zu einem frustrierenden Erlebnis führt. Dieses Problem wird weltweit verstärkt, wo Benutzer unterschiedliche Internetgeschwindigkeiten und Geräteleistungen haben können, wodurch langsame Renderings noch größere Auswirkungen haben.

Parallelität in React zielt darauf ab, dies zu lösen, indem React Rendering-Aufgaben unterbrechen, priorisieren und fortsetzen kann. Anstatt eines einzigen, monolithischen Renderings unterteilt Parallelität das Rendering in kleinere, überschaubare Teile. Das bedeutet, React kann verschiedene Aufgaben ineinandergreifen lassen, um sicherzustellen, dass die wichtigsten Updates (wie Benutzerinteraktionen) umgehend bearbeitet werden, selbst wenn andere weniger kritische Updates noch im Gange sind.

Wichtige Vorteile von gleichzeitigem React:

• Verbesserte Reaktionsfähigkeit: Benutzerinteraktionen fühlen sich schneller an, da React diese gegenüber Hintergrund-Updates priorisieren kann.
• Bessere Benutzererfahrung: Verhindert UI-Einfrierungen, was zu einer flüssigeren und ansprechenderen Erfahrung für Benutzer weltweit führt.
• Effiziente Ressourcennutzung: Ermöglicht eine intelligentere Arbeitsplanung und eine bessere Nutzung des Hauptthreads des Browsers.
• Ermöglichung neuer Funktionen: Schaltet erweiterte Funktionen wie Transitionen, Streaming-Server-Rendering und gleichzeitiges Suspense frei.

Einführung des React Schedulers

Im Mittelpunkt der gleichzeitigen Funktionen von React steht der React Scheduler. Dieses interne Modul ist für die Verwaltung und Orchestrierung der Ausführung verschiedener Rendering-Aufgaben verantwortlich. Es ist ein ausgeklügeltes Stück Technologie, das entscheidet, 'was' gerendert wird, 'wann' und in 'welcher Reihenfolge'.

Der Scheduler arbeitet nach dem Prinzip des kooperativen Multitaskings. Er unterbricht anderen JavaScript-Code nicht zwangsweise; stattdessen gibt er die Kontrolle regelmäßig an den Browser zurück, sodass wesentliche Aufgaben wie die Verarbeitung von Benutzereingaben, Animationen und andere laufende JavaScript-Operationen fortgesetzt werden können. Dieser Freigabemechanismus ist entscheidend, um den Hauptthread nicht zu blockieren.

Der Scheduler unterteilt die Arbeit in diskrete Einheiten. Wenn eine Komponente gerendert oder aktualisiert werden muss, erstellt der Scheduler eine Aufgabe dafür. Er legt diese Aufgaben dann in eine Warteschlange und verarbeitet sie basierend auf ihrer zugewiesenen Priorität. Hier kommen die Prioritätsspuren ins Spiel.

Wie der Scheduler funktioniert (konzeptionelle Übersicht):

1. Aufgabenerstellung: Wenn ein React-State-Update oder ein neues Rendering initiiert wird, erstellt der Scheduler eine entsprechende Aufgabe.
2. Prioritätszuweisung: Jede Aufgabe erhält eine Prioritätsstufe basierend auf ihrer Art (z.B. Benutzerinteraktion vs. Hintergrunddatenabruf).
3. Warteschlange: Aufgaben werden in eine Prioritätswarteschlange gelegt.
4. Ausführung und Freigabe: Der Scheduler wählt die Aufgabe mit der höchsten Priorität aus der Warteschlange. Er beginnt mit der Ausführung der Aufgabe. Wenn die Aufgabe lang ist, gibt der Scheduler regelmäßig die Kontrolle an den Browser zurück, um die Verarbeitung anderer wichtiger Ereignisse zu ermöglichen.
5. Wiederaufnahme: Nach der Freigabe kann der Scheduler die unterbrochene Aufgabe fortsetzen oder eine andere Aufgabe mit hoher Priorität auswählen.

Der Scheduler ist darauf ausgelegt, hoch effizient zu sein und sich nahtlos in die Event-Loop des Browsers zu integrieren. Er verwendet Techniken wie requestIdleCallback und requestAnimationFrame (wenn angebracht), um Arbeit zu planen, ohne den Hauptthread zu blockieren.

Prioritätsspuren: Orchestrierung der Rendering-Pipeline

Das Konzept der Prioritätsspuren ist grundlegend dafür, wie der React Scheduler die Rendering-Arbeit verwaltet und priorisiert. Stellen Sie sich eine Autobahn mit verschiedenen Spuren vor, die jeweils für Fahrzeuge mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten oder Dringlichkeitsstufen vorgesehen sind. Prioritätsspuren in React funktionieren ähnlich, indem sie verschiedenen Arten von Updates und Aufgaben eine 'Priorität' zuweisen. Dies ermöglicht es React, dynamisch anzupassen, welche Arbeit es als Nächstes ausführt, um sicherzustellen, dass kritische Operationen nicht durch weniger wichtige blockiert werden.

React definiert mehrere Prioritätsstufen, von denen jede einer spezifischen 'Spur' entspricht. Diese Spuren helfen dabei, die Dringlichkeit eines Rendering-Updates zu kategorisieren. Hier ist eine vereinfachte Ansicht gängiger Prioritätsstufen:

• NoPriority: Die niedrigste Priorität, typischerweise für Aufgaben verwendet, die unbegrenzt aufgeschoben werden können.
• UserBlockingPriority: Hohe Priorität, verwendet für Aufgaben, die direkt durch Benutzerinteraktionen ausgelöst werden und eine sofortige visuelle Reaktion erfordern. Beispiele sind die Eingabe in ein Eingabefeld, das Klicken auf eine Schaltfläche oder das Erscheinen eines Modals. Diese Updates sollten nicht unterbrochen werden.
• NormalPriority: Standardpriorität für die meisten Updates, die nicht direkt an eine sofortige Benutzerinteraktion gebunden sind, aber dennoch ein rechtzeitiges Rendering erfordern.
• LowPriority: Niedrigere Priorität für Updates, die aufgeschoben werden können, wie z.B. Animationen, die für die unmittelbare Benutzererfahrung nicht kritisch sind, oder Hintergrunddatenabrufe, die bei Bedarf verzögert werden können.
• ContinuousPriority: Sehr hohe Priorität, verwendet für kontinuierliche Updates wie Animationen oder das Verfolgen von Scroll-Ereignissen, um sicherzustellen, dass sie reibungslos gerendert werden.

Der Scheduler verwendet diese Prioritätsspuren, um zu entscheiden, welche Aufgabe ausgeführt werden soll. Wenn mehrere Updates anstehen, wählt React immer die Aufgabe aus der höchsten verfügbaren Prioritätsspur. Wenn eine hochpriorisierte Aufgabe (z. B. ein Benutzerklick) eintrifft, während React an einer Aufgabe mit niedrigerer Priorität (z. B. dem Rendern einer Liste von nicht-kritischen Elementen) arbeitet, kann React die Aufgabe mit niedrigerer Priorität unterbrechen, das hochpriorisierte Update rendern und dann die unterbrochene Aufgabe fortsetzen.

Veranschaulichendes Beispiel: Benutzerinteraktion vs. Hintergrunddaten

Betrachten Sie eine E-Commerce-Anwendung, die eine Produktliste anzeigt. Der Benutzer sieht sich derzeit die Liste an, und ein Hintergrundprozess ruft zusätzliche Produktdetails ab, die nicht sofort sichtbar sind. Plötzlich klickt der Benutzer auf ein Produkt, um dessen Details anzuzeigen.

• Ohne Parallelität: React würde das Rendern der Hintergrund-Produktdetails beenden, bevor der Klick des Benutzers verarbeitet wird, was möglicherweise zu einer Verzögerung führt und die App träge erscheinen lässt.
• Mit Parallelität: Der Klick des Benutzers löst ein Update mit UserBlockingPriority aus. Der React Scheduler, der diese hochpriorisierte Aufgabe sieht, kann das Rendern der Hintergrund-Produktdetails (die eine niedrigere Priorität haben, vielleicht NormalPriority oder LowPriority) unterbrechen. React priorisiert und rendert dann die vom Benutzer angeforderten Produktdetails. Sobald dies abgeschlossen ist, kann es das Rendern der Hintergrunddaten fortsetzen. Der Benutzer nimmt eine sofortige Reaktion auf seinen Klick wahr, obwohl andere Arbeiten im Gange waren.

Transitionen: Markieren von nicht dringenden Updates

React 18 führte das Konzept der Transitionen ein, die eine Möglichkeit bieten, Updates explizit als nicht dringend zu markieren. Transitionen werden typischerweise für Dinge wie die Navigation zwischen Seiten oder das Filtern großer Datensätze verwendet, wo eine leichte Verzögerung akzeptabel ist und es entscheidend ist, die Benutzeroberfläche in der Zwischenzeit auf Benutzereingaben reagieren zu lassen.

Mit der startTransition API können Sie State-Updates umschließen, die als Transitionen behandelt werden sollen. Reacts Scheduler wird diesen Updates dann eine niedrigere Priorität geben als dringenden Updates (wie der Eingabe in ein Eingabefeld). Das bedeutet, wenn ein Benutzer während einer laufenden Transition tippt, pausiert React die Transition, rendert das dringende Eingabe-Update und setzt dann die Transition fort.

Beispiel mit startTransition:

            \nimport React, { useState, useTransition } from 'react';\n\nfunction App() {\n  const [inputVal, setInputVal] = useState('');\n  const [listItems, setListItems] = useState([]);\n  const [isPending, startTransition] = useTransition();\n\n  const handleChange = (e) => {\n    setInputVal(e.target.value);\n\n    // Dieses Update als Transition markieren\n    startTransition(() => {\n      // Simulation des Abrufens oder Filterns einer großen Liste basierend auf der Eingabe\n      const newList = Array.from({ length: 5000 }, (_, i) => `Element ${i + 1} - ${e.target.value}`);\n      setListItems(newList);\n    });\n  };\n\n  return (\n    
\n      \n      {isPending && 
Lädt...
}\n      
\n        {listItems.map((item, index) => (\n          
{item}
\n        ))}\n      
\n    
\n  );\n}\n\nexport default App;\n
            

              
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In diesem Beispiel ist die Eingabe in das Eingabefeld (`setInputVal`) ein dringendes Update. Das Filtern oder erneute Abrufen der `listItems` basierend auf dieser Eingabe ist jedoch eine Transition. Indem wir `setListItems` in startTransition umschließen, teilen wir React mit, dass dieses Update durch dringendere Arbeiten unterbrochen werden kann. Wenn der Benutzer schnell tippt, bleibt das Eingabefeld reaktionsschnell, da React das potenziell langsame Listen-Update pausiert, um das gerade vom Benutzer eingegebene Zeichen zu rendern.

Integration von Scheduler und Prioritätsspuren in Ihrer React-Anwendung

Als Entwickler interagieren Sie in den meisten Fällen nicht direkt mit den Low-Level-Implementierungsdetails des React Schedulers oder seinen Prioritätsspuren. Die gleichzeitigen Funktionen von React sind darauf ausgelegt, über höherstufige APIs und Muster genutzt zu werden.

Wichtige APIs und Muster für gleichzeitiges React:

• createRoot: Der Einstiegspunkt für die Verwendung gleichzeitiger Funktionen. Sie müssen ReactDOM.createRoot anstelle des älteren ReactDOM.render verwenden. Dies ermöglicht das gleichzeitige Rendering für Ihre Anwendung.

              \nimport { createRoot } from 'react-dom/client';\nimport App from './App';\n\nconst container = document.getElementById('root');\nconst root = createRoot(container);\nroot.render();\n    
              
  
                
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• Suspense: Ermöglicht es Ihnen, das Rendering eines Teils Ihres Komponentenbaums aufzuschieben, bis eine Bedingung erfüllt ist. Dies arbeitet Hand in Hand mit dem gleichzeitigen Renderer, um Ladezustände für Datenabrufe, Code-Splitting oder andere asynchrone Operationen bereitzustellen. Wenn eine Komponente, die innerhalb einer <Suspense>-Grenze "suspendiert" ist, gerendert wird, plant React sie automatisch mit einer entsprechenden Priorität ein.

              \nimport React, { Suspense } from 'react';\nimport UserProfile from './UserProfile'; // Angenommen, UserProfile ruft Daten ab und kann "suspendieren"\n\nfunction App() {\n  return (\n    
  \n      
  Benutzer-Dashboard
  \n      Benutzerprofil wird geladen...
  }>\n        \n      \n    

  \n );\n}\n\nexport default App;\n
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