React Fiberi topeltpuhverdamine: Süvaülevaade komponendipuu vahetamisest sujuvate kasutajaliidese uuenduste tagamiseks

Pidevalt arenevas esiotsa arenduse maastikul on jõudlus ja kasutajakogemus esmatähtsad. Kasutajad üle maailma ootavad sujuvaid, reageerivaid rakendusi, mis reageerivad koheselt nende tegevustele. Kaasaegsed JavaScripti raamistikud uuenevad pidevalt, et neile nõudmistele vastata, ning React Fiber, React 16 ja hilisemate versioonide taga olev samaaegse renderdamise arhitektuur, kujutab endast olulist sammu edasi. Üks selle põhilisi mehhanisme selle reageerimisvõime saavutamiseks on keerukas tehnika, mis põhineb topeltpuhverdamise kontseptsioonil, mis hõlbustab tõhusat komponendipuu vahetamist.

Arendajatele üle maailma võib nende aluseks olevate mehhanismide mõistmine avada uusi optimeerimise tasemeid ja viia tugevamate ning jõudsamate rakendusteni. See postitus demüstifitseerib React Fiberi topeltpuhverdamist, selgitades, kuidas see toimib ja miks see on tänapäeva kiires digimaailmas parema kasutajakogemuse pakkumisel ülioluline.

Renderdamise väljakutse mõistmine

Enne Fiberi lahendusse süvenemist on oluline mõista traditsioonilise kasutajaliidese renderdamise väljakutseid. Reacti vanemates versioonides oli renderdamisprotsess suuresti sünkroonne. Kui komponendi olek või rekvisiidid (props) muutusid, renderdas React komponendi ja selle järeltulijad uuesti. See protsess, mida tuntakse lepitusena (reconciliation), hõlmas uue virtuaalse DOM-i võrdlemist eelmisega ja seejärel tegeliku DOM-i uuendamist muudatuste kajastamiseks.

Puhtalt sünkroonse lähenemise probleem seisneb selles, et keeruline või pikaajaline renderdamisoperatsioon võib blokeerida pealõime (main thread). Selle blokeerimisperioodi jooksul ei suudaks brauser käsitleda kasutaja sisendit (nagu klõpsud, kerimised või tippimine), mis tooks kaasa tajutava viivituse või rakenduse mittereageerivuse. Kujutage ette kasutajat, kes proovib vormiga suhelda, samal ajal kui toimub mahukas andmete toomine ja sellele järgnev renderdamine – sisendväljad ei pruugi kohe reageerida, tekitades frustreeriva kogemuse. See on universaalne probleem, mis mõjutab kasutajaid olenemata nende geograafilisest asukohast või interneti kiirusest.

Sünkroonse renderdamise blokeeriv olemus muutub eriti problemaatiliseks järgmistel juhtudel:

• Suuremahulised rakendused: Paljude komponentide ja keerukate andmestruktuuridega rakendused nõuavad olemuslikult rohkem töötlemisaega renderdamiste ajal.
• Väiksema võimsusega seadmed: Vanemate või vähem võimsate seadmete kasutajad (tavaline paljudel tärkavatel turgudel) on jõudluse kitsaskohtadele vastuvõtlikumad.
• Aeglased võrgutingimused: Kuigi see pole otseselt renderdamisprobleem, võivad aeglased võrgud tajutavaid jõudlusprobleeme süvendada, kui ka renderdamine on aeglane.

Tutvustame React Fiberit: Ümberkujundatud renderdaja

React Fiber oli Reacti põhilise renderdamismootori täielik ümberkujundus. Selle peamine eesmärk oli võimaldada samaaegset renderdamist, mis lubab Reactil renderdamistööd peatada, katkestada või jätkata. See saavutatakse poolelioleva töö (work-in-progress) puude ja planeerija (scheduler) abil, mis seab uuendused tähtsuse järjekorda.

Fiberi samaaegsuse mudeli keskmes on idee suurte renderdamisülesannete jaotamisest väiksemateks tükkideks. Selle asemel, et teha ühte pikka sünkroonset operatsiooni, saab Fiber teha natuke tööd, anda juhtimise tagasi brauserile (lubades sel käsitleda kasutaja sisendit või muid ülesandeid) ja seejärel jätkata tööd hiljem. See „tükeldamine” on pealõime blokeerimise vältimisel fundamentaalse tähtsusega.

Topeltpuhverdamise roll

Topeltpuhverdamine, kontseptsioon, mida kasutatakse laialdaselt arvutigraafikas ja animatsioonis, pakub võimsa analoogia ja praktilise rakenduse sellele, kuidas React Fiber oma renderdamisuuendusi haldab. Sisuliselt hõlmab topeltpuhverdamine kahe puhvri (või mäluala) kasutamist teabe uuendamise ja kuvamise protsessi haldamiseks.

Mõelge sellest nii:

• Puhver A: Hoiab teie kasutajaliidese praegust, nähtavat olekut.
• Puhver B: Kasutatakse järgmise kaadri või teie kasutajaliidese uuendatud oleku ettevalmistamiseks.

Renderdamisprotsess toimib seejärel järgmiselt:

1. React alustab uuendatud kasutajaliidese ettevalmistamist puhvris B. See töö võib olla jaotatud väiksemateks osadeks, mida saab teostada järk-järgult.
2. Sel ajal, kui puhvrit B ette valmistatakse, jääb puhver A (hetkel kuvatav kasutajaliides) puutumatuks ja täielikult interaktiivseks. Kasutaja saab jätkata rakendusega suhtlemist ilma igasuguse viivituseta.
3. Kui muudatused puhvris B on valmis ja kinnitatud, vahetatakse puhvrite rollid. See, mis oli puhvris B, muutub nüüd nähtavaks kasutajaliideseks (puhver A) ja eelmist puhvrit A saab tühjendada või uuesti kasutada järgmise uuenduse jaoks (muutudes uueks puhvriks B).

See vahetamine tagab, et kasutaja suhtleb alati stabiilse, nähtava kasutajaliidesega. Potentsiaalselt aeganõudev töö järgmise oleku ettevalmistamisel toimub taustal, kasutajale nähtamatult.

Komponendipuu vahetamine React Fiberis

React Fiber rakendab seda topeltpuhverdamise põhimõtet oma komponendipuudele. Selle asemel, et otse manipuleerida reaalajas DOM-iga, töötab Fiber kahe komponendipuu versiooniga:

• Praegune puu (Current Tree): See esindab tegelikke DOM-elemente, mis on hetkel renderdatud ja kasutajale nähtavad.
• Pooleliolev töö puu (Work-in-Progress Tree, WIP): See on uus, mälus olev esitus komponendipuust, mida React ehitab viimaste uuendustega (oleku muudatused, rekvisiitide uuendused jne).

Komponendipuu vahetamine toimib Fiberis järgmiselt:

1. Uuenduse algatamine

Kui komponendi olek või rekvisiidid muutuvad, saab React Fiberi planeerija selle uuenduse. Seejärel alustab see poolelioleva töö puu loomise protsessi. See puu on praeguse komponendi struktuuri peegelpilt, kuid kavandatud muudatused on juba virtuaalsetesse DOM-sõlmedesse lisatud.

2. Järkjärguline töö ja katkestamine

Oluline on see, et Fiber ei ehita tingimata kogu WIP-puud korraga valmis. Planeerija saab komponendipuu läbimise ja uute virtuaalsete DOM-sõlmede loomise töö jaotada väiksemateks ühikuteks. Kui brauser peab käsitlema kiiret sündmust (nagu kasutaja klõps või `requestAnimationFrame` tagasikutse), saab Fiber WIP-puu loomise peatada, lubada brauseril oma ülesandeid täita ja seejärel WIP-puu ehitamist hiljem jätkata. See on samaaegsuse ja mitteblokeerimise olemus.

3. Muudatuste kinnitamine (vahetamine)

Kui kogu WIP-puu on edukalt konstrueeritud ja kõik vajalikud arvutused (nagu komponentidel `render()` meetodi kutsumine) on tehtud, on Fiber valmis need muudatused tegelikku DOM-i kinnitama. Siin avaldub tõeliselt „topeltpuhverdamine” või „vahetamine”:

• Fiber teostab minimaalsed vajalikud DOM-mutatsioonid, et muuta tegelik DOM vastavaks äsja valminud WIP-puule.
• Praegune puu (mis oli varem reaalajas DOM) asendatakse tegelikult uue puuga. Sisemiselt haldab Fiber viiteid nendele puudele. Kui kinnitamine on lõpule viidud, saab uuest WIP-puust „praegune” puu ja vana „praegune” puu saab kõrvaldada või muutuda aluseks *järgmisele* WIP-puule.

Võtmetähtsusega on see, et DOM-mutatsioonid on pakitud ja neid rakendatakse tõhusalt alles pärast seda, kui kogu WIP-puu on valmis. See tagab, et kasutaja ei näe kunagi kasutajaliidese vahepealset, mittetäielikku olekut.

Illustreeriv näide: Lihtne loendur

Vaatleme lihtsat loenduri komponenti, mis suurendab oma väärtust, kui nuppu klõpsatakse:

Algolek:

            <CountDisplay count={0} />
<IncrementButton onClick={incrementCount} />

            

              
                Copy
              
            
          

Kui klõpsatakse nupul IncrementButton:

1. Planeeritakse count oleku uuendus.
2. Fiber alustab poolelioleva töö (WIP) puu ehitamist. See võib uuesti renderdada komponendi CountDisplay väärtusega count={1} ja potentsiaalselt ka komponendi IncrementButton, kui selle rekvisiidid või olek olid mõjutatud (kuigi selles lihtsas näites see tõenäoliselt uuesti ei renderda).
3. Kui uuendus on kiire, võib Fiber WIP-puu lõpetada ja selle kohe kinnitada. DOM uueneb ja kasutaja näeb väärtust 1.
4. Samaaegsuse seisukohalt ülioluline: Kujutage ette, et enne kinnitamist kerib kasutaja kiiresti lehte. Fiberi planeerija tunneks kerimissündmuse ära kõrgema prioriteediga sündmusena. See peataks töö loenduri uuenduse WIP-puuga, käsitleks kerimissündmust (lubades brauseril uuendada kerimisasendeid jne) ja seejärel jätkaks loenduri uuenduse WIP-puu ehitamist. Kasutaja kogeb sujuvat kerimist *ja* näeb lõpuks uuendatud arvu, ilma et loenduri uuendus kerimist blokeeriks.
5. Kui loenduri uuenduse WIP-puu on täielikult ehitatud ja kinnitatud, uuendatakse DOM-i, et kuvada 1.

See võime tööd peatada ja jätkata on see, mis võimaldab Fiberil hallata keerulisi uuendusi ilma kasutajaliidest külmutamata – käitumine, millest saavad kasu kasutajad kõigis tehnoloogilistes kontekstides.

Fiberi topeltpuhverdamise lähenemise eelised

Topeltpuhverdamise põhimõtete rakendamine komponendipuu vahetamise kaudu React Fiberis toob kaasa mitmeid olulisi eeliseid:

• Mitteblokeeriv kasutajaliides: Kõige olulisem eelis. Valmistades uuendusi ette eraldi puus ja vahetades alles siis, kui need on valmis, jääb pealõim vabaks kasutaja interaktsioonide, animatsioonide ja muude kriitiliste brauseriülesannete käsitlemiseks. See viib märgatavalt sujuvama ja reageerivama rakenduseni, mis on universaalne soov kasutajatele üle maailma.
• Parem tajutav jõudlus: Isegi kui keerulise uuenduse arvutamine võtab aega, ei koge kasutaja külmunud liidest. Nad saavad jätkata suhtlemist ja uuendus ilmub, kui see on valmis, mis muudab rakenduse kiiremaks.
• Uuenduste prioriseerimine: Fiberi planeerija saab teatud uuendusi teistest eelistada. Näiteks võib kasutaja tippimissisend olla prioriteetsem kui taustal toimuv andmete toomise uuendus. See detailne kontroll võimaldab renderdamisressursside intelligentsemat jaotamist.
• Tõhusad DOM-i uuendused: Fiber arvutab täpsed DOM-mutatsioonid, mis on vajalikud vana ja uue puu võrdlemisel. See erinevuste leidmise algoritm koos võimega uuendusi pakendada minimeerib otsest DOM-i manipuleerimist, mis on ajalooliselt kulukas operatsioon.
• Samaaegsete funktsioonide alus: Topeltpuhverdamine ja WIP-puu struktuur on aluskivi, millele on ehitatud teised Reacti samaaegsed funktsioonid, nagu useDeferredValue ja useTransition. Need hook'id võimaldavad arendajatel selgesõnaliselt hallata uuenduste prioriseerimist ja anda kasutajatele visuaalset tagasisidet taustal toimuva töötlemise ajal.

Globaalsed kaalutlused ja internatsionaliseerimine

Jõudluse ja kasutajaliidese uuenduste arutamisel on ülioluline arvestada mitmekesist globaalset maastikku:

• Erinevad võrgukiirused: Kiire internetiühendusega piirkondade kasutajad saavad Fiberi optimeerimistest vähem dramaatilist kasu võrreldes nendega, kes asuvad aeglasemate ja vähem usaldusväärsete ühendustega piirkondades. Blokeerimise vältimise põhimõte jääb aga kõikjal oluliseks.
• Seadmete mitmekesisus: Jõudluse optimeerimine on ehk veelgi kriitilisem vanemate või vähem võimsate seadmete kasutajate jaoks, mis on paljudes arenevates majandustes levinud. Fiberi võime tööd tükeldada ja blokeerimist vältida on oluline tasakaalustaja.
• Kasutajate ootused: Kuigi võrgu- ja seadmevõimalused erinevad, on ootus reageerivale kasutajaliidesele universaalne. Aeglane rakendus, olenemata selle päritolust, viib halva kasutajakogemuseni.
• Ajavööndid ja koormus: Globaalset publikut teenindavad rakendused kogevad tippkasutust erinevates ajavööndites. Tõhus renderdamine tagab, et rakendus jääb jõudlaks ka suure ja hajutatud koormuse all.

React Fiberi arhitektuur on olemuslikult loodud nende globaalsete väljakutsetega tegelemiseks, tagades, et rakendus jääb reageerivaks, sõltumata kasutaja konkreetsest keskkonnast.

Praktilised näpunäited arendajatele

Kuigi React Fiber tegeleb suure osa keerukusest kulisside taga, annab selle mehhanismide mõistmine arendajatele võimaluse kirjutada tõhusamat koodi ja kasutada ära selle täiustatud funktsioone:

• Vältige kulukaid arvutusi `render()` meetodis: Isegi Fiberi puhul võib arvutusmahukate ülesannete paigutamine otse `render()` meetodisse aeglustada WIP-puu loomist. Eelistage `useMemo` kasutamist või sellise loogika viimist renderdamisest väljapoole, kus see on asjakohane.
• Mõistke oleku uuendusi: Olge teadlik, kuidas oleku uuendused käivitavad uuesti renderdamisi. Uuenduste pakendamine, kui see on võimalik (nt mitme `setState` kutse kasutamine sündmusekäsitlejas), on Fiberi poolt tõhusalt hallatud.
• Kasutage `useTransition` ja `useDeferredValue`: Stsenaariumide puhul, kus uuendusi saab edasi lükata (nagu suure nimekirja filtreerimine kasutaja sisendi põhjal), on `useTransition` ja `useDeferredValue` hindamatud. Need võimaldavad teil Reactile öelda, et uuendus on vähem kiireloomuline, vältides sellega kriitilisemate interaktsioonide blokeerimist. Siin kasutate otse topeltpuhverdamise põhimõtteid kasutajakogemuse haldamiseks.
  
  Näide: `useDeferredValue` kasutamine otsingusisendi jaoks:

              import React, { useState, useDeferredValue } from 'react';
  
  function SearchComponent() {
    const [query, setQuery] = useState('');
    const deferredQuery = useDeferredValue(query);
  
    const handleChange = (event) => {
      setQuery(event.target.value);
    };
  
    // Päris rakenduses kasutataks deferredQuery't nimekirja filtreerimiseks,
    // mis võib olla arvutusmahukas.
    // Kasutajaliides jääb tippimisele reageerivaks (uuendades query't),
    // samal ajal kui potentsiaalselt aeglane filtreerimine deferredQuery alusel toimub taustal.
  
    return (
      <div>
        <input type="text" value={query} onChange={handleChange} placeholder="Otsi..." />
        <p>Otsin: {deferredQuery}</p>
        {/* Renderda otsingutulemused deferredQuery alusel */}
      </div>
    );
  }
  
              
  
                
                  Copy
                
              
            

• Profileerige oma rakendust: Kasutage React DevTools Profilerit jõudluse kitsaskohtade tuvastamiseks. Otsige pikki, sünkroonseid renderdamisülesandeid ja vaadake, kuidas Fiberi planeerija neid käsitleb.
• Olge teadlik brauseri renderdamisest: Fiber kontrollib JavaScripti täitmist, kuid tegelikud DOM-i uuendused peab brauser ikkagi ekraanile joonistama. Keeruline CSS või paigutuse ümberarvutused võivad endiselt põhjustada jõudlusprobleeme. Veenduge, et teie CSS on optimeeritud.

Renderdamise tulevik

React Fiberi edusammud samaaegsuses ja selliste tehnikate nagu topeltpuhverdamine kasutamine komponendipuu vahetamiseks ei ole lihtsalt järkjärgulised parandused; need esindavad fundamentaalset nihet selles, kuidas rakendusi ehitatakse. See arhitektuur loob aluse veelgi keerukamatele funktsioonidele tulevikus, lükates veelgi kaugemale veebiliidestes võimaliku piire.

Arendajatele, kes soovivad ehitada suure jõudlusega ja globaalselt kättesaadavaid rakendusi, ei ole React Fiberi renderdamismehhanismide kindel mõistmine enam valikuline, vaid hädavajalik. Neid põhimõtteid omaks võttes saate luua kasutajakogemusi, mis ei ole mitte ainult visuaalselt meeldivad, vaid ka märkimisväärselt sujuvad ja reageerivad, rõõmustades kasutajaid kõikjal maailmas.

Kokkuvõte

React Fiberi topeltpuhverdamine, mis on rakendatud läbi elegantse komponendipuu vahetamise kontseptsiooni, on selle jõudluse ja samaaegsuse loo nurgakivi. Säilitades eraldi praegused ja pooleliolevad puud ning lubades renderdamistööd katkestada ja jätkata, tagab Fiber, et pealõim jääb blokeerimata, mis viib oluliselt parema kasutajakogemuseni. See arhitektuuriline uuendus on ülioluline kaasaegsete, reageerivate veebirakenduste ehitamiseks, mis vastavad globaalse kasutajaskonna kõrgetele ootustele.

Reactiga arendamist jätkates pidage meeles nende aluseks olevate mehhanismide jõudu. Need on loodud selleks, et muuta teie rakendused kiiremaks, sujuvamaks ja usaldusväärsemaks, mis lõppkokkuvõttes toob kaasa suurema kasutajate rahulolu erinevates keskkondades ja seadmetes.