React Fiberi prioriteetsete radade haldus: sügav sukeldumine renderdamise juhtimisse

Veebiarenduse maailmas on kasutajakogemus esmatähtis. Hetkeline hangumine, katkendlik animatsioon või aeglane sisestusväli võib eristada rõõmsat kasutajat pettunust. Aastaid on arendajad võidelnud brauseri ühelõimelise olemusega, et luua sujuvaid ja reageerivaid rakendusi. React 16-s Fiber-arhitektuuri kasutuselevõtuga ja selle täieliku realiseerimisega React 18-s koos samaaegsete funktsioonidega (Concurrent Features) on mängu põhimõtteliselt muudetud. React arenes teegist, mis lihtsalt renderdas kasutajaliideseid, teegiks, mis arukalt ajastab kasutajaliidese uuendusi.

See süvaanalüüs uurib selle evolutsiooni südant: React Fiberi prioriteetsete radade haldust. Me demüstifitseerime, kuidas React otsustab, mida kohe renderdada, mis võib oodata ja kuidas see žongleerib mitme olekuvärskendusega kasutajaliidest külmutamata. See ei ole lihtsalt akadeemiline harjutus; nende põhiprintsiipide mõistmine annab teile võimaluse luua kiiremaid, nutikamaid ja vastupidavamaid rakendusi ülemaailmsele publikule.

Stack Reconciler'ist Fiberini: ümberkirjutamise „miks“

Et hinnata Fiberi uuenduslikkust, peame esmalt mõistma selle eelkäija, Stack Reconciler'i, piiranguid. Enne React 16 oli lepitusprotsess (reconciliation)—algoritm, mida React kasutab ühe puu teisega võrdlemiseks, et määrata, mida DOM-is muuta—sünkroonne ja rekursiivne. Kui komponendi olek uuendati, käis React läbi kogu komponendipuu, arvutas muudatused ja rakendas need DOM-ile ühes, katkestamatus jadas.

Väikeste rakenduste puhul oli see hea. Kuid keeruliste, sügavate komponendipuudega kasutajaliideste puhul võis see protsess võtta märkimisväärselt aega – näiteks üle 16 millisekundi. Kuna JavaScript on ühelõimeline, blokeeriks pikaajaline lepitusülesanne põhilõime. See tähendas, et brauser ei saanud tegeleda muude oluliste ülesannetega, näiteks:

• Kasutaja sisendile reageerimine (nagu trükkimine või klõpsamine).
• Animatsioonide käitamine (CSS-i või JavaScripti-põhised).
• Muu ajatundliku loogika täitmine.

Tulemuseks oli nähtus, mida tuntakse kui „jank“ – hakitud, mittereageeriv kasutajakogemus. Stack Reconciler toimis nagu üherajaline raudtee: kui rong (renderduse uuendus) alustas oma teekonda, pidi see lõpuni sõitma ja ükski teine rong ei saanud rada kasutada. See blokeeriv olemus oli peamine motivatsioon Reacti tuumalgoritmi täielikuks ümberkirjutamiseks.

React Fiberi põhiidee oli kujutada lepitust ümber kui midagi, mida saab jaotada väiksemateks tööosadeks. Ühe monoliitse ülesande asemel saab renderdamist peatada, jätkata ja isegi katkestada. See üleminek sünkroonselt protsessilt asünkroonsele, ajastatavale protsessile võimaldab Reactil anda juhtimise tagasi brauseri põhilõimele, tagades, et kõrge prioriteediga ülesanded, nagu kasutaja sisend, ei oleks kunagi blokeeritud. Fiber muutis üherajalise raudtee mitmerealiseks kiirteeks, kus on ekspressrajad kõrge prioriteediga liiklusele.

Mis on „Fiber“? Samaaegsuse ehituskivi

Oma olemuselt on „fiber“ JavaScripti objekt, mis esindab tööühikut. See sisaldab teavet komponendi, selle sisendi (props) ja väljundi (children) kohta. Fiberit võib pidada virtuaalseks magasini raamiks (stack frame). Vanas Stack Reconciler'is kasutati rekursiivse puu läbimise haldamiseks brauseri enda magasini (call stack). Fiberiga implementeerib React oma virtuaalse magasini, mida esindab fiber-sõlmede ahellisti. See annab Reactile täieliku kontrolli renderdamisprotsessi üle.

Igal elemendil teie komponendipuus on vastav fiber-sõlm. Need sõlmed on omavahel ühendatud, moodustades fiber-puu, mis peegeldab komponendipuu struktuuri. Fiber-sõlm hoiab endas olulist teavet, sealhulgas:

• type ja key: Komponendi identifikaatorid, sarnaselt sellele, mida näeksite Reacti elemendis.
• child: Viide esimesele laps-fiberile.
• sibling: Viide järgmisele sama taseme fiberile (õde-vend).
• return: Viide vanem-fiberile (tagasitee pärast töö lõpetamist).
• pendingProps ja memoizedProps: Eelmise ja järgmise renderduse propsid, mida kasutatakse erinevuste leidmiseks.
• stateNode: Viide tegelikule DOM-sõlmele, klassi instantsile või aluseks olevale platvormi elemendile.
• effectTag: Bitimask, mis kirjeldab tööd, mida on vaja teha (nt paigutus, uuendus, kustutamine).

See struktuur võimaldab Reactil puud läbida, toetumata natiivsele rekursioonile. See võib alustada tööd ühe fiberiga, peatuda ja seejärel hiljem jätkata, kaotamata oma kohta. See võime tööd peatada ja jätkata on alusmehhanism, mis võimaldab kõiki Reacti samaaegseid funktsioone.

Süsteemi süda: Scheduler ja prioriteeditasemed

Kui fiberid on tööühikud, siis Scheduler on aju, mis otsustab, millist tööd ja millal teha. React ei alusta renderdamist kohe pärast oleku muutumist. Selle asemel määrab see uuendusele prioriteeditaseme ja palub Scheduleril sellega tegeleda. Scheduler teeb seejärel koostööd brauseriga, et leida parim aeg töö tegemiseks, tagades, et see ei blokeeriks olulisemaid ülesandeid.

Esialgu kasutas see süsteem diskreetsete prioriteeditasemete komplekti. Kuigi kaasaegne rakendus (Lane'i mudel) on nüansirikkam, on nende kontseptuaalsete tasemete mõistmine suurepärane lähtepunkt:

• ImmediatePriority: See on kõrgeim prioriteet, mis on reserveeritud sünkroonsetele uuendustele, mis peavad toimuma kohe. Klassikaline näide on kontrollitud sisend. Kui kasutaja kirjutab sisestusväljale, peab kasutajaliides seda muutust koheselt kajastama. Kui seda edasi lükataks isegi mõneks millisekundiks, tunduks sisend aeglane.
• UserBlockingPriority: See on mõeldud uuendustele, mis tulenevad diskreetsetest kasutaja interaktsioonidest, nagu nupule klõpsamine või ekraani puudutamine. Need peaksid tunduma kasutajale kohesed, kuid neid saab vajadusel väga lühikeseks ajaks edasi lükata. Enamik sündmuste käsitlejaid käivitab uuendused selle prioriteediga.
• NormalPriority: See on enamiku uuenduste vaikeprioriteet, näiteks need, mis pärinevad andmete pärimisest (`useEffect`) või navigeerimisest. Need uuendused ei pea olema hetkelised ja React saab neid ajastada, et vältida kasutaja interaktsioonide segamist.
• LowPriority: See on mõeldud uuendustele, mis ei ole ajatundlikud, näiteks ekraanivälise sisu renderdamine või analüütikasündmused.
• IdlePriority: Madalaim prioriteet, tööks, mida saab teha ainult siis, kui brauser on täiesti jõude. Rakenduskood kasutab seda harva otse, kuid seda kasutatakse sisemiselt näiteks logimiseks või tulevase töö eelarvutamiseks.

React määrab automaatselt õige prioriteedi vastavalt uuenduse kontekstile. Näiteks on uuendus `click` sündmuse käsitleja sees ajastatud kui `UserBlockingPriority`, samas kui uuendus `useEffect` sees on tavaliselt `NormalPriority`. See arukas, kontekstiteadlik prioriseerimine on see, mis muudab Reacti vaikimisi kiireks.

Lane'i teooria: kaasaegne prioriteedimudel

Kui Reacti samaaegsed funktsioonid muutusid keerukamaks, osutus lihtne numbriline prioriteedisüsteem ebapiisavaks. See ei suutnud graatsiliselt käsitleda keerulisi stsenaariume, nagu mitu erineva prioriteediga uuendust, katkestusi ja pakett-töötlust. See viis **Lane'i mudeli** väljatöötamiseni.

Ühe prioriteedinumbri asemel mõelge 31 „rajale“. Iga rada esindab erinevat prioriteeti. See on realiseeritud bitimaskina — 31-bitise täisarvuna, kus iga bitt vastab ühele rajale. See bitimaski lähenemine on väga tõhus ja võimaldab võimsaid operatsioone:

• Mitme prioriteedi esitamine: Üks bitimask võib esindada ootel olevate prioriteetide kogumit. Näiteks kui komponendil on ootel nii `UserBlocking` kui ka `Normal` uuendus, on selle `lanes` omaduses mõlema prioriteedi bitid seatud väärtusele 1.
• Kattuvuse kontrollimine: Bitipõhised operatsioonid muudavad triviaalseks kontrollimise, kas kaks radade komplekti kattuvad või kas üks komplekt on teise alamhulk. Seda kasutatakse selleks, et määrata, kas sissetulevat uuendust saab olemasoleva tööga paketti panna.
• Töö prioriseerimine: React suudab kiiresti tuvastada kõrgeima prioriteediga raja ootel olevate radade hulgast ja valida, et töötab ainult sellega, ignoreerides hetkel madalama prioriteediga tööd.

Analoogiaks võiks olla 31 rajaga ujula. Kiireloomuline uuendus, nagu võistlusujuja, saab kõrge prioriteediga raja ja saab jätkata ilma katkestusteta. Mitu mittekiireloomulist uuendust, nagu harrastusujujad, võidakse koondada madalama prioriteediga rajale. Kui ootamatult saabub võistlusujuja, saavad vetelpäästjad (Scheduler) harrastusujujad peatada, et lasta prioriteetsel ujujal mööduda. Lane'i mudel annab Reactile väga granuleeritud ja paindliku süsteemi selle keeruka koordineerimise haldamiseks.

Kahefaasiline lepitusprotsess

React Fiberi maagia realiseerub läbi selle kahefaasilise kinnitamisarhitektuuri (two-phase commit). See eraldamine võimaldab renderdamise katkestamist ilma visuaalseid ebakõlasid tekitamata.

1. faas: renderdamise/lepituse faas (asünkroonne ja katkestatav)

See on koht, kus React teeb suurema osa tööst. Alustades komponendipuu juurest, läbib React fiber-sõlmed `workLoop`-is. Iga fiberi puhul määrab see, kas seda on vaja uuendada. See kutsub välja teie komponendid, võrdleb uusi elemente vanade fiberitega ja koostab nimekirja kõrvalmõjudest (nt „lisa see DOM-sõlm“, „uuenda seda atribuuti“, „eemalda see komponent“).

Selle faasi oluline omadus on see, et see on asünkroonne ja seda saab katkestada. Pärast mõne fiberi töötlemist kontrollib React sisemise funktsiooni `shouldYield` kaudu, kas sellele eraldatud ajaaken (tavaliselt mõni millisekund) on otsa saanud. Kui on toimunud kõrgema prioriteediga sündmus (nagu kasutaja sisend) või kui aeg on täis, peatab React oma töö, salvestab oma edenemise fiber-puusse ja annab juhtimise tagasi brauseri põhilõimele. Kui brauser on jälle vaba, saab React jätkata täpselt sealt, kus pooleli jäi.

Kogu selle faasi vältel ei viida ühtegi muudatust DOM-i. Kasutaja näeb vana, järjepidevat kasutajaliidest. See on kriitilise tähtsusega – kui React rakendaks muudatusi järk-järgult, näeks kasutaja katkist, pooleldi renderdatud liidest. Kõik mutatsioonid arvutatakse ja kogutakse mällu, oodates kinnitamise faasi.

2. faas: kinnitamise faas (sünkroonne ja katkestamatu)

Kui renderdamise faas on kogu uuendatud puu jaoks ilma katkestusteta lõpule viidud, liigub React kinnitamise faasi. Selles faasis võtab see kogutud kõrvalmõjude nimekirja ja rakendab need DOM-ile.

See faas on sünkroonne ja seda ei saa katkestada. See tuleb teostada ühe kiire tsüklina, et tagada DOM-i atomaarne uuendamine. See hoiab ära selle, et kasutaja näeks kunagi ebajärjepidevat või osaliselt uuendatud kasutajaliidest. See on ka hetk, mil React käivitab elutsükli meetodid nagu `componentDidMount` ja `componentDidUpdate`, samuti `useLayoutEffect` hook'i. Kuna see on sünkroonne, peaksite vältima pikaajalist koodi `useLayoutEffect`-is, kuna see võib värvimist blokeerida.

Pärast kinnitamise faasi lõppu ja DOM-i uuendamist ajastab React `useEffect` hook'ide asünkroonse käivitamise. See tagab, et `useEffect` sees olev kood (näiteks andmete pärimine) ei blokeeriks brauserit uuendatud kasutajaliidese ekraanile kuvamisel.

Praktilised mõjud ja API kontroll

Teooria mõistmine on suurepärane, aga kuidas saavad globaalsete meeskondade arendajad seda võimsat süsteemi ära kasutada? React 18 tõi kaasa mitu API-d, mis annavad arendajatele otsese kontrolli renderdamise prioriteedi üle.

Automaatne pakett-töötlus (Automatic Batching)

React 18-s on kõik olekuvärskendused automaatselt paketti pandud, olenemata sellest, kust need pärinevad. Varem pandi paketti ainult Reacti sündmuste käsitlejate sees olevad uuendused. Uuendused lubaduste (promise), `setTimeout` või natiivsete sündmuste käsitlejate sees käivitasid igaüks eraldi uuesti renderdamise. Nüüd, tänu Schedulerile, ootab React ühe „tiki“ ja koondab kõik selle tiki jooksul toimuvad olekuvärskendused üheks optimeeritud uuesti renderdamiseks. See vähendab tarbetuid renderdusi ja parandab vaikimisi jõudlust.

`startTransition` API

See on ehk kõige olulisem API renderdamise prioriteedi kontrollimiseks. `startTransition` võimaldab märkida konkreetse olekuvärskenduse mittekiireloomuliseks ehk „üleminekuks“ (transition).

Kujutage ette otsinguvälja. Kui kasutaja kirjutab, peab toimuma kaks asja: 1. Sisestusväli ise peab uuenema, et näidata uut tähemärki (kõrge prioriteet). 2. Otsingutulemuste nimekiri tuleb filtreerida ja uuesti renderdada, mis võib olla aeglane operatsioon (madal prioriteet).

Ilma `startTransition`ita oleks mõlemal uuendusel sama prioriteet ja aeglaselt renderdatav nimekiri võiks põhjustada sisestusvälja hangumist, luues halva kasutajakogemuse. Mässides nimekirja uuenduse `startTransition`i sisse, ütlete Reactile: „See uuendus ei ole kriitiline. On okei näidata vana nimekirja hetkeks, kuni valmistad uut ette. Prioriseeri sisestusvälja reageerivust.“

Siin on praktiline näide:

import { useState, useTransition } from 'react'; function SearchPage() { const [isPending, startTransition] = useTransition(); const [inputValue, setInputValue] = useState(''); const [searchQuery, setSearchQuery] = useState(''); const handleInputChange = (e) => { // Kõrge prioriteediga uuendus: uuenda sisestusväli koheselt setInputValue(e.target.value); // Madala prioriteediga uuendus: mähi aeglane olekuvärskendus üleminekusse startTransition(() => { setSearchQuery(e.target.value); }); }; return (

); }

Selles koodis on `setInputValue` kõrge prioriteediga uuendus, mis tagab, et sisend ei hanguks kunagi. `setSearchQuery`, mis käivitab potentsiaalselt aeglase `SearchResults` komponendi uuesti renderdamise, on märgitud üleminekuks. React võib selle ülemineku katkestada, kui kasutaja uuesti kirjutab, visates ära vananenud renderdustöö ja alustades värskelt uue päringuga. `useTransition` hook'i pakutav `isPending` lipp on mugav viis kasutajale laadimise oleku näitamiseks selle ülemineku ajal.

`useDeferredValue` Hook

`useDeferredValue` pakub teist viisi sarnase tulemuse saavutamiseks. See võimaldab edasi lükata puu mittekriitilise osa uuesti renderdamist. See on nagu debounce'i rakendamine, kuid palju nutikam, kuna see on integreeritud otse Reacti Scheduleriga.

See võtab väärtuse ja tagastab selle uue koopia, mis renderdamise ajal jääb originaalist „maha“. Kui praegune renderdamine käivitati kiireloomulise uuendusega (nagu kasutaja sisend), renderdab React esmalt vana, edasi lükatud väärtusega ja seejärel ajastab uue väärtusega uuesti renderdamise madalama prioriteediga.

Refaktoreerime otsingunäite, kasutades `useDeferredValue`:

import { useState, useDeferredValue } from 'react'; function SearchPage() { const [query, setQuery] = useState(''); const deferredQuery = useDeferredValue(query); const handleInputChange = (e) => { setQuery(e.target.value); }; return (

); }

Siin on `input` alati ajakohane uusima `query` väärtusega. Kuid `SearchResults` saab `deferredQuery`. Kui kasutaja kirjutab kiiresti, uueneb `query` iga klahvivajutusega, kuid `deferredQuery` säilitab oma eelmise väärtuse, kuni Reactil on vaba hetk. See vähendab tõhusalt nimekirja renderdamise prioriteeti, hoides kasutajaliidese sujuvana.

Prioriteetsete radade visualiseerimine: mõttemudel

Käime läbi keeruka stsenaariumi, et seda mõttemudelit kinnistada. Kujutage ette sotsiaalmeedia voo rakendust:

1. Algseisund: Kasutaja kerib pikka postituste nimekirja. See käivitab `NormalPriority` uuendused uute elementide renderdamiseks, kui need vaatesse ilmuvad.
2. Kõrge prioriteediga katkestus: Kerimise ajal otsustab kasutaja kirjutada kommentaari postituse kommentaarikasti. See kirjutamistoiming käivitab `ImmediatePriority` uuendused sisestusväljale.
3. Samaaegne madala prioriteediga töö: Kommentaarikastis võib olla funktsioon, mis näitab vormindatud teksti reaalajas eelvaadet. Selle eelvaate renderdamine võib olla aeglane. Saame mähkida eelvaate olekuvärskenduse `startTransition`i sisse, muutes selle `LowPriority` uuenduseks.
4. Taustauuendus: Samal ajal lõpeb uute postituste taustapärimine (`fetch`), mis käivitab veel ühe `NormalPriority` olekuvärskenduse, et lisada voo ülaossa bänner „Uued postitused on saadaval“.

Siin on, kuidas Reacti Scheduler seda liiklust haldaks:

1. React peatab kohe `NormalPriority` kerimisrenderduse töö.
2. See tegeleb `ImmediatePriority` sisendiuuendustega otsekohe. Kasutaja kirjutamine tundub täiesti reageeriv.
3. See alustab taustal tööd `LowPriority` kommentaari eelvaate renderdamisega.
4. `fetch` päring naaseb, ajastades bänneri jaoks `NormalPriority` uuenduse. Kuna sellel on kõrgem prioriteet kui kommentaari eelvaatel, peatab React eelvaate renderdamise, teeb ära bänneri uuenduse, kinnitab selle DOM-i ja jätkab seejärel eelvaate renderdamisega, kui tal on vaba aega.
5. Kui kõik kasutaja interaktsioonid ja kõrgema prioriteediga ülesanded on lõpetatud, jätkab React algset `NormalPriority` kerimisrenderduse tööd sealt, kus see pooleli jäi.

See dünaamiline töö peatamine, prioriseerimine ja jätkamine on prioriteetsete radade haldamise olemus. See tagab, et kasutaja taju jõudlusest on alati optimeeritud, sest kõige kriitilisemad interaktsioonid ei ole kunagi vähem kriitiliste taustaülesannete poolt blokeeritud.

Globaalne mõju: rohkem kui lihtsalt kiirus

Reacti samaaegse renderdamise mudeli eelised ulatuvad kaugemale kui lihtsalt rakenduste kiiremaks muutmine. Neil on käegakatsutav mõju peamistele äri- ja toote näitajatele ülemaailmse kasutajaskonna jaoks.

• Juurdepääsetavus: Reageeriv kasutajaliides on juurdepääsetav kasutajaliides. Kui liides hangub, võib see olla desorienteeriv ja kasutamatu kõigile kasutajatele, kuid eriti problemaatiline on see neile, kes kasutavad abitehnoloogiaid nagu ekraanilugejad, mis võivad kaotada konteksti või muutuda mittereageerivaks.
• Kasutajate hoidmine: Konkurentsitihedas digitaalses maastikus on jõudlus oluline omadus. Aeglased, hangunud rakendused põhjustavad kasutajate frustratsiooni, kõrgemaid põrkemäärasid ja madalamat kaasatust. Sujuv kogemus on kaasaegse tarkvara põhinõue.
• Arendajakogemus: Ehitades need võimsad ajastamise primitiivid otse teeki sisse, võimaldab React arendajatel ehitada keerukaid ja jõudsaid kasutajaliideseid deklaratiivsemalt. Selle asemel, et käsitsi rakendada keerulist debouncing, throttling või `requestIdleCallback` loogikat, saavad arendajad lihtsalt anda Reactile oma kavatsusest märku API-dega nagu `startTransition`, mis viib puhtama ja paremini hooldatava koodini.

Praktilised soovitused globaalsetele arendusmeeskondadele

• Võtke samaaegsus omaks: Veenduge, et teie meeskond kasutab React 18 ja mõistab uusi samaaegseid funktsioone. See on paradigma muutus.
• Tuvastage üleminekud: Auditeerige oma rakendust, et leida kasutajaliidese uuendusi, mis ei ole kiireloomulised. Mähkige vastavad olekuvärskendused `startTransition`i sisse, et vältida nende blokeerimist kriitilisemate interaktsioonide poolt.
• Lükake edasi rasked renderdused: Komponentide puhul, mis renderduvad aeglaselt ja sõltuvad kiiresti muutuvatest andmetest, kasutage `useDeferredValue`, et vähendada nende uuesti renderdamise prioriteeti ja hoida ülejäänud rakendus nobe.
• Profileerige ja mõõtke: Kasutage React DevTools Profilerit, et visualiseerida, kuidas teie komponendid renderduvad. Profiler on uuendatud samaaegse Reacti jaoks ja aitab teil tuvastada, millised uuendused katkestatakse ja millised põhjustavad jõudluse kitsaskohti.
• Harige ja propageerige: Edendage neid kontseptsioone oma meeskonnas. Jõudlusega rakenduste loomine on kollektiivne vastutus ja Reacti scheduleri ühine mõistmine on optimaalse koodi kirjutamiseks ülioluline.

Kokkuvõte

React Fiber ja selle prioriteedipõhine scheduler esindavad monumentaalset hüpet front-end raamistike evolutsioonis. Oleme liikunud blokeeriva, sünkroonse renderdamise maailmast uude kooperatiivse, katkestatava ajastamise paradigmasse. Jaotades töö hallatavateks fiber-tükkideks ja kasutades keerukat Lane'i mudelit selle töö prioriseerimiseks, suudab React tagada, et kasutajale suunatud interaktsioonid käsitletakse alati esmajärjekorras, luues rakendusi, mis tunduvad sujuvad ja hetkelised, isegi kui taustal tehakse keerulisi ülesandeid.

Arendajate jaoks ei ole selliste kontseptsioonide nagu üleminekud ja edasi lükatud väärtused valdamine enam valikuline optimeerimine – see on kaasaegsete, suure jõudlusega veebirakenduste loomise põhikompetents. Mõistes ja võimendades Reacti prioriteetsete radade haldust, saate pakkuda paremat kasutajakogemust ülemaailmsele publikule, luues liideseid, mis ei ole lihtsalt funktsionaalsed, vaid tõeliselt nauditavad kasutada.