Reacti lepitusprotsess: virtuaalse DOM-i võrdlusalgoritmi lahtiharutamine

React, populaarne JavaScripti teek kasutajaliideste loomiseks, võlgneb oma jõudluse ja tõhususe protsessile, mida nimetatakse lepitusprotsessiks (reconciliation). Lepitusprotsessi keskmes on virtuaalse DOM-i võrdlusalgoritm (diffing algorithm), keerukas mehhanism, mis määrab, kuidas uuendada tegelikku DOM-i (Document Object Model) kõige tõhusamal viisil. See artikkel sukeldub sügavale Reacti lepitusprotsessi, selgitades virtuaalset DOM-i, võrdlusalgoritmi ja praktilisi strateegiaid jõudluse optimeerimiseks.

Mis on virtuaalne DOM?

Virtuaalne DOM (VDOM) on kergekaaluline, mälusisene esitus tegelikust DOM-ist. Mõelge sellest kui tegeliku kasutajaliidese kavandist. Selle asemel, et otse brauseri DOM-i manipuleerida, töötab React selle virtuaalse esitusega. Kui andmed Reacti komponendis muutuvad, luuakse uus virtuaalse DOM-i puu. Seejärel võrreldakse seda uut puud eelmise virtuaalse DOM-i puuga.

Virtuaalse DOM-i kasutamise peamised eelised:

• Parem jõudlus: Tegeliku DOM-i otsene manipuleerimine on kulukas. Minimeerides otseseid DOM-i manipulatsioone, parandab React oluliselt jõudlust.
• Platvormideülene ühilduvus: VDOM võimaldab Reacti komponente renderdada erinevates keskkondades, sealhulgas brauserites, mobiilirakendustes (React Native) ja serveripoolses renderdamises (Next.js).
• Lihtsustatud arendus: Arendajad saavad keskenduda rakenduse loogikale, muretsemata DOM-i manipuleerimise keerukuste pärast.

Lepitusprotsess: kuidas React DOM-i uuendab

Lepitusprotsess (reconciliation) on protsess, mille abil React sünkroniseerib virtuaalse DOM-i tegeliku DOM-iga. Kui komponendi olek (state) muutub, teostab React järgmised sammud:

1. Komponendi uuesti renderdamine: React renderdab komponendi uuesti ja loob uue virtuaalse DOM-i puu.
2. Uue ja vana puu võrdlemine (Diffing): React võrdleb uut virtuaalse DOM-i puud eelmisega. Siin tulebki mängu võrdlusalgoritm.
3. Minimaalse muudatuste hulga määramine: Võrdlusalgoritm tuvastab minimaalse muudatuste hulga, mis on vajalik tegeliku DOM-i uuendamiseks.
4. Muudatuste rakendamine (Committing): React rakendab tegelikule DOM-ile ainult need konkreetsed muudatused.

Võrdlusalgoritm: reeglite mõistmine

Võrdlusalgoritm on Reacti lepitusprotsessi tuum. See kasutab heuristikat, et leida kõige tõhusam viis DOM-i uuendamiseks. Kuigi see ei garanteeri igal juhul absoluutset minimaalset operatsioonide arvu, pakub see enamikes stsenaariumides suurepärast jõudlust. Algoritm töötab järgmistel eeldustel:

• Kaks erinevat tüüpi elementi loovad erinevad puud: Kui kahel elemendil on erinevad tüübid (nt <div> asendatakse <span>-iga), asendab React vana sõlme täielikult uuega.
• key prop: Lastelementide loenditega tegelemisel tugineb React key prop'ile, et tuvastada, millised elemendid on muutunud, lisatud või eemaldatud. Ilma võtmeteta peaks React uuesti renderdama kogu loendi, isegi kui ainult üks element on muutunud.

Võrdlusalgoritmi detailne selgitus

Vaatame lähemalt, kuidas võrdlusalgoritm üksikasjalikumalt töötab:

1. Elemendi tüübi võrdlus: Esmalt võrdleb React kahe puu juurelemente. Kui neil on erinevad tüübid, lammutab React vana puu ja ehitab uue nullist üles. See hõlmab vana DOM-i sõlme eemaldamist ja uue DOM-i sõlme loomist uue elemendi tüübiga.
2. DOM-i omaduste uuendamine: Kui elemendi tüübid on samad, võrdleb React kahe elemendi atribuute (prop'e). See tuvastab, millised atribuudid on muutunud, ja uuendab ainult neid atribuute tegelikul DOM-i elemendil. Näiteks kui <div> elemendi className prop on muutunud, uuendab React vastava DOM-i sõlme className atribuuti.
3. Komponentide uuendamine: Kui React kohtab komponendi elementi, uuendab see komponenti rekursiivselt. See hõlmab komponendi uuesti renderdamist ja võrdlusalgoritmi rakendamist komponendi väljundile.
4. Loendite võrdlemine (kasutades võtmeid): Lastelementide loendite tõhus võrdlemine on jõudluse seisukohalt ülioluline. Loendi renderdamisel eeldab React, et igal lastelemendil on unikaalne key prop. key prop võimaldab Reactil tuvastada, millised elemendid on lisatud, eemaldatud või ümber järjestatud.

Näide: võrdlemine võtmetega ja ilma

Ilma võtmeteta:

// Algne renderdus
<ul>
  <li>Item 1</li>
  <li>Item 2</li>
</ul>

// Pärast elemendi lisamist algusesse
<ul>
  <li>Item 0</li>
  <li>Item 1</li>
  <li>Item 2</li>
</ul>

Ilma võtmeteta eeldab React, et kõik kolm elementi on muutunud. See uuendab iga elemendi DOM-i sõlme, kuigi lisati ainult uus element. See on ebaefektiivne.

Võtmetega:

// Algne renderdus
<ul>
  <li key="item1">Item 1</li>
  <li key="item2">Item 2</li>
</ul>

// Pärast elemendi lisamist algusesse
<ul>
  <li key="item0">Item 0</li>
  <li key="item1">Item 1</li>
  <li key="item2">Item 2</li>
</ul>

Võtmetega suudab React kergesti tuvastada, et "item0" on uus element ning "item1" ja "item2" on lihtsalt allapoole nihutatud. See lisab ainult uue elemendi ja järjestáb olemasolevad ümber, mille tulemuseks on palju parem jõudlus.

Jõudluse optimeerimise tehnikad

Kuigi Reacti lepitusprotsess on tõhus, on mitmeid tehnikaid, mida saate jõudluse edasiseks optimeerimiseks kasutada:

• Kasutage võtmeid õigesti: Nagu eespool näidatud, on võtmete kasutamine lastelementide loendite renderdamisel ülioluline. Kasutage alati unikaalseid ja stabiilseid võtmeid. Massiivi indeksi kasutamine võtmena on üldiselt halb praktika (anti-pattern), kuna see võib loendi ümberjärjestamisel põhjustada jõudlusprobleeme.
• Vältige tarbetuid uuesti renderdamisi: Veenduge, et komponendid renderdataks uuesti ainult siis, kui nende prop'id või olek (state) on tegelikult muutunud. Tarbetute uuesti renderdamiste vältimiseks saate kasutada tehnikaid nagu React.memo, PureComponent ja shouldComponentUpdate.
• Kasutage muutumatuid andmestruktuure: Muutumatud andmestruktuurid muudavad muudatuste tuvastamise ja juhuslike mutatsioonide vältimise lihtsamaks. Teegid nagu Immutable.js võivad olla abiks.
• Koodi tükeldamine (Code Splitting): Jagage oma rakendus väiksemateks osadeks ja laadige neid vastavalt vajadusele. See vähendab esialgset laadimisaega ja parandab üldist jõudlust. React.lazy ja Suspense on kasulikud koodi tükeldamise rakendamiseks.
• Memoization: Jätke meelde (memoize) kulukad arvutused või funktsioonikutsed, et vältida nende tarbetut uuesti arvutamist. Meeldejäetud selektorite loomiseks saab kasutada teeke nagu Reselect.
• Virtualiseerige pikki loendeid: Väga pikkade loendite renderdamisel kaaluge virtualiseerimistehnikate kasutamist. Virtualiseerimine renderdab ainult need elemendid, mis on hetkel ekraanil nähtavad, parandades oluliselt jõudlust. Teegid nagu react-window ja react-virtualized on loodud selleks otstarbeks.
• Debouncing ja Throttling: Kui teil on sündmuste käsitlejaid, mida kutsutakse välja sageli, näiteks kerimis- või suuruse muutmise käsitlejad, kaaluge debouncing'u või throttling'u kasutamist, et piirata käsitleja täitmise kordade arvu. See aitab vältida jõudluse kitsaskohti.

Praktilised näited ja stsenaariumid

Vaatame mõnda praktilist näidet, et illustreerida, kuidas neid optimeerimistehnikaid saab rakendada.

Näide 1: Tarbetute uuesti renderdamiste vältimine React.memo abil

Kujutage ette, et teil on komponent, mis kuvab kasutaja teavet. Komponent saab kasutaja nime ja vanuse prop'idena. Kui kasutaja nimi ja vanus ei muutu, pole vaja komponenti uuesti renderdada. Tarbetute uuesti renderdamiste vältimiseks saate kasutada React.memo-d.

import React from 'react';

const UserInfo = React.memo(function UserInfo(props) {
  console.log('Rendering UserInfo component');
  return (
    <div>
      <p>Name: {props.name}</p>
      <p>Age: {props.age}</p>
    </div>
  );
});

export default UserInfo;

React.memo võrdleb pinnapealselt komponendi prop'e. Kui prop'id on samad, jäetakse uuesti renderdamine vahele.

Näide 2: Muutumatute andmestruktuuride kasutamine

Vaatleme komponenti, mis saab prop'ina elementide loendi. Kui loendit muudetakse otse, ei pruugi React muudatust tuvastada ega komponenti uuesti renderdada. Muutumatute andmestruktuuride kasutamine aitab seda probleemi vältida.

import React from 'react';
import { List } from 'immutable';

function ItemList(props) {
  console.log('Rendering ItemList component');
  return (
    <ul>
      {props.items.map(item => (
        <li key={item.id}>{item.name}</li>
      ))}
    </ul>
  );
}

export default ItemList;

Selles näites peaks items prop olema muutumatu nimekiri (List) Immutable.js teegist. Kui nimekirja uuendatakse, luuakse uus muutumatu nimekiri, mida React suudab kergesti tuvastada.

Levinumad lõksud ja kuidas neid vältida

Mitmed levinud lõksud võivad takistada Reacti rakenduse jõudlust. Nende lõksude mõistmine ja vältimine on ülioluline.

• Oleku (state) otsene muutmine: Kasutage komponendi oleku uuendamiseks alati setState meetodit. Oleku otsene muutmine võib põhjustada ootamatut käitumist ja jõudlusprobleeme.
• shouldComponentUpdate (või selle ekvivalendi) ignoreerimine: Neglecting to implement shouldComponentUpdate (or use React.memo/PureComponent) when appropriate can lead to unnecessary re-renders.
• Reasisesete funktsioonide (inline functions) kasutamine render-meetodis: Uute funktsioonide loomine render-meetodi sees võib põhjustada lastekomponentide tarbetuid uuesti renderdamisi. Kasutage nende funktsioonide meeldejätmiseks useCallback'i.
• Mälulekked: Sündmuste kuulajate või taimerite koristamata jätmine komponendi eemaldamisel (unmount) võib põhjustada mälulekkeid ja aja jooksul jõudlust halvendada.
• Ebaefektiivsed algoritmid: Ebaefektiivsete algoritmide kasutamine selliste ülesannete jaoks nagu otsing või sorteerimine võib jõudlust negatiivselt mõjutada. Valige antud ülesande jaoks sobivad algoritmid.

Globaalsed kaalutlused Reacti arenduses

Reacti rakenduste arendamisel globaalsele publikule arvestage järgmisega:

• Rahvusvahelistamine (i18n) ja lokaliseerimine (l10n): Kasutage teeke nagu react-intl või i18next, et toetada mitut keelt ja piirkondlikke vorminguid.
• Paremalt-vasakule (RTL) paigutus: Veenduge, et teie rakendus toetab RTL-keeli nagu araabia ja heebrea keel.
• Juurdepääsetavus (a11y): Muutke oma rakendus puuetega kasutajatele juurdepääsetavaks, järgides juurdepääsetavuse juhiseid. Kasutage semantilist HTML-i, pakkuge piltidele alternatiivteksti ja veenduge, et teie rakendus on klaviatuuriga navigeeritav.
• Jõudluse optimeerimine madala ribalaiusega kasutajatele: Optimeerige oma rakendus aeglase internetiühendusega kasutajatele. Kasutage laadimisaegade vähendamiseks koodi tükeldamist, piltide optimeerimist ja vahemälu kasutamist.
• Ajavööndid ja kuupäeva/kellaaja vormindamine: Käsitsege ajavööndeid ja kuupäeva/kellaaja vorminguid korrektselt, et kasutajad näeksid õiget teavet sõltumata nende asukohast. Teegid nagu Moment.js või date-fns võivad olla abiks.

Kokkuvõte

Reacti lepitusprotsessi ja virtuaalse DOM-i võrdlusalgoritmi mõistmine on suure jõudlusega Reacti rakenduste loomiseks hädavajalik. Kasutades õigesti võtmeid, vältides tarbetuid uuesti renderdamisi ja rakendades muid optimeerimistehnikaid, saate oma rakenduste jõudlust ja reageerimisvõimet oluliselt parandada. Ärge unustage mitmekesisele publikule rakenduste arendamisel arvestada globaalsete teguritega nagu rahvusvahelistamine, juurdepääsetavus ja jõudlus madala ribalaiusega kasutajatele.

See põhjalik juhend annab tugeva aluse Reacti lepitusprotsessi mõistmiseks. Neid põhimõtteid ja tehnikaid rakendades saate luua tõhusaid ja suure jõudlusega Reacti rakendusi, mis pakuvad suurepärast kasutajakogemust kõigile.