وقفه‌ی حلقه‌ی کار React Fiber: تسلط بر رندرینگ مبتنی بر اولویت

React Fiber بازنویسی کاملی از الگوریتم تطبیق (reconciliation) React است. این قابلیت برای رفع محدودیت‌های عملکردی در نسخه‌های اولیه‌ی React، به ویژه هنگام کار با رابط‌های کاربری پیچیده و درخت‌های کامپوننت بزرگ، معرفی شد. یکی از نوآوری‌های کلیدی React Fiber، توانایی آن در متوقف کردن فرآیند رندرینگ و اولویت‌بندی وظایف بر اساس اهمیت آن‌هاست. این ویژگی به React اجازه می‌دهد تا پاسخگویی خود را حفظ کرده و تجربه‌ی کاربری روان‌تری را ارائه دهد، حتی هنگام انجام عملیات محاسباتی سنگین.

درک تطبیق سنتی React

قبل از Fiber، فرآیند تطبیق React همزمان (synchronous) بود. این بدان معنا بود که وقتی React شروع به رندر کردن یک درخت کامپوننت می‌کرد، باید کل فرآیند را قبل از اینکه مرورگر بتواند به ورودی کاربر پاسخ دهد یا وظایف دیگری را انجام دهد، به پایان می‌رساند. این امر می‌توانست منجر به موقعیت‌هایی شود که در آن UI غیرپاسخگو می‌شد، به ویژه هنگام کار با برنامه‌های بزرگ و پیچیده. تصور کنید کاربری در حال تایپ در یک فیلد ورودی است در حالی که React در حال به‌روزرسانی یک لیست بزرگ است – تجربه‌ی تایپ می‌توانست کند و خسته‌کننده شود.

این ماهیت همزمان یک گلوگاه ایجاد می‌کرد. پشته‌ی فراخوانی (call stack) با هر کامپوننتی که نیاز به به‌روزرسانی داشت رشد می‌کرد و نخ اصلی (main thread) را تا زمان تکمیل به‌روزرسانی مسدود می‌کرد. این مشکل با افزایش پیچیدگی برنامه‌های وب و افزایش انتظارات کاربران برای پاسخگویی، به طور فزاینده‌ای حاد شد.

معرفی React Fiber: رویکردی جدید برای تطبیق

React Fiber با تقسیم فرآیند رندرینگ به واحدهای کاری کوچکتر و ناهمزمان، محدودیت‌های فرآیند تطبیق همزمان را برطرف می‌کند. این واحدهای کاری "فایبر" (fiber) نامیده می‌شوند. هر فایبر نماینده‌ی یک نمونه از کامپوننت است و React می‌تواند کار روی یک فایبر را بر اساس اولویت آن متوقف، از سر بگیرد یا رها کند. این توانایی در متوقف کردن فرآیند رندرینگ است که به React Fiber اجازه می‌دهد تا رندرینگ مبتنی بر اولویت را تحقق بخشد.

مفاهیم کلیدی React Fiber

• فایبر‌ها (Fibers): نماینده‌ی واحدهای کاری هستند که باید انجام شوند، مشابه کامپوننت‌ها در یک ساختار درختی. هر فایبر اطلاعاتی درباره‌ی وضعیت (state)، پراپ‌ها (props) و روابط کامپوننت با سایر کامپوننت‌ها را در خود نگه می‌دارد.
• حلقه‌ی کار (Work Loop): هسته‌ی React Fiber است که مسئول پردازش فایبر‌ها و به‌روزرسانی DOM است.
• زمان‌بندها (Schedulers): اولویت‌بندی و اجرای کارها را مدیریت می‌کنند.
• سطوح اولویت (Priority Levels): برای دسته‌بندی وظایف بر اساس اهمیت آن‌ها استفاده می‌شود (مثلاً، رویدادهای ورودی کاربر اولویت بالاتری نسبت به به‌روزرسانی‌های پس‌زمینه دارند).

حلقه‌ی کار React Fiber

حلقه‌ی کار React Fiber قلب الگوریتم تطبیق جدید است. این حلقه مسئول پیمایش درخت کامپوننت، پردازش فایبر‌ها و به‌روزرسانی DOM است. حلقه‌ی کار در یک چرخه‌ی مداوم عمل می‌کند و دائماً به دنبال کاری برای انجام دادن می‌گردد. نکته‌ی کلیدی این است که حلقه‌ی کار می‌تواند در هر لحظه، در صورت وجود یک وظیفه‌ی با اولویت بالاتر، متوقف شود. این کار از طریق استفاده از یک زمان‌بند (scheduler) انجام می‌شود.

فازهای حلقه‌ی کار

حلقه‌ی کار از دو فاز اصلی تشکیل شده است:

1. فاز رندر (Render Phase): این فاز مشخص می‌کند که چه تغییراتی باید در DOM اعمال شود. React درخت کامپوننت را پیمایش می‌کند، وضعیت فعلی را با وضعیت جدید مقایسه می‌کند و کامپوننت‌هایی را که نیاز به به‌روزرسانی دارند شناسایی می‌کند. این فاز خالص است و می‌توان آن را بدون عوارض جانبی متوقف، لغو یا دوباره شروع کرد. این فاز "لیست اثر" (effect list) را ایجاد می‌کند، که یک لیست پیوندی از تمام تغییراتی است که باید روی DOM اعمال شود.
2. فاز کامیت (Commit Phase): این فاز تغییرات را روی DOM اعمال می‌کند. این فاز همزمان است و نمی‌توان آن را متوقف کرد. این امر برای اطمینان از سازگاری UI حیاتی است.

وقفه چگونه کار می‌کند

زمان‌بند نقش بسیار مهمی در مدیریت وقفه‌ها ایفا می‌کند. این زمان‌بند به هر وظیفه، مانند ورودی کاربر، درخواست‌های شبکه یا به‌روزرسانی‌های پس‌زمینه، یک سطح اولویت اختصاص می‌دهد. حلقه‌ی کار دائماً زمان‌بند را بررسی می‌کند تا ببیند آیا وظایف با اولویت بالاتری در انتظار اجرا هستند یا خیر. اگر وظیفه‌ای با اولویت بالاتر پیدا شود، حلقه‌ی کار وظیفه‌ی فعلی خود را متوقف می‌کند، کنترل را به مرورگر واگذار می‌کند و اجازه می‌دهد وظیفه‌ی با اولویت بالاتر اجرا شود. پس از اتمام وظیفه‌ی با اولویت بالاتر، حلقه‌ی کار می‌تواند وظیفه‌ی قبلی خود را از جایی که متوقف شده بود، از سر بگیرد.

اینطور به آن فکر کنید: شما در حال کار بر روی یک صفحه‌گسترده‌ی بزرگ (فاز رندر) هستید که رئیستان تماس می‌گیرد (یک وظیفه‌ی با اولویت بالاتر). شما فوراً کار روی صفحه‌گسترده را متوقف می‌کنید تا به تماس پاسخ دهید. پس از اتمام تماس، به سراغ صفحه‌گسترده برمی‌گردید و کار را از جایی که رها کرده بودید ادامه می‌دهید.

رندرینگ مبتنی بر اولویت

رندرینگ مبتنی بر اولویت، مزیت کلیدی قابلیت‌های وقفه‌ی React Fiber است. این ویژگی به React اجازه می‌دهد تا وظایف را بر اساس اهمیت آن‌ها اولویت‌بندی کند و اطمینان حاصل کند که مهم‌ترین وظایف ابتدا اجرا می‌شوند. این امر منجر به تجربه‌ی کاربری پاسخگوتر و روان‌تر می‌شود.

انواع اولویت‌ها

React چندین سطح اولویت را تعریف می‌کند که هر کدام سطح اهمیت متفاوتی دارند:

• اولویت فوری (Immediate Priority): برای وظایفی که باید فوراً اجرا شوند، مانند رویدادهای ورودی کاربر، استفاده می‌شود.
• اولویت مسدودکننده‌ی کاربر (User-Blocking Priority): برای وظایفی که رابط کاربری را مسدود می‌کنند، مانند انیمیشن‌ها و انتقال‌ها، استفاده می‌شود.
• اولویت عادی (Normal Priority): برای اکثر به‌روزرسانی‌ها استفاده می‌شود.
• اولویت پایین (Low Priority): برای وظایفی که از نظر زمانی حیاتی نیستند، مانند به‌روزرسانی‌های پس‌زمینه و تحلیل‌ها، استفاده می‌شود.
• اولویت بیکار (Idle Priority): برای وظایفی که می‌توانند زمانی که مرورگر بیکار است اجرا شوند، مانند پیش‌واکشی داده‌ها، استفاده می‌شود.

مثالی از رندرینگ مبتنی بر اولویت در عمل

سناریویی را تصور کنید که در آن کاربر در حال تایپ در یک فیلد ورودی است در حالی که React در حال به‌روزرسانی یک لیست بزرگ از داده‌ها است. بدون React Fiber، تجربه‌ی تایپ ممکن است کند و خسته‌کننده شود زیرا React مشغول به‌روزرسانی لیست خواهد بود. با این حال، با React Fiber، React می‌تواند رویداد ورودی کاربر را نسبت به به‌روزرسانی لیست در اولویت قرار دهد. این بدان معناست که React به‌روزرسانی لیست را متوقف می‌کند، ورودی کاربر را پردازش می‌کند و سپس به‌روزرسانی لیست را از سر می‌گیرد. این کار تضمین می‌کند که تجربه‌ی تایپ روان و پاسخگو باقی بماند.

مثال دیگر: یک فید شبکه‌ی اجتماعی را در نظر بگیرید. به‌روزرسانی نمایش نظرات جدید باید بر بارگذاری محتوای قدیمی‌تر و کم‌اهمیت‌تر اولویت داشته باشد. Fiber این اولویت‌بندی را ممکن می‌سازد و تضمین می‌کند که کاربران جدیدترین فعالیت‌ها را ابتدا می‌بینند.

پیامدهای عملی برای توسعه‌دهندگان

درک رندرینگ مبتنی بر اولویت React Fiber چندین پیامد عملی برای توسعه‌دهندگان دارد:

• بهینه‌سازی مسیرهای حیاتی: حیاتی‌ترین تعاملات کاربر را شناسایی کرده و اطمینان حاصل کنید که با بالاترین اولویت مدیریت می‌شوند.
• به تعویق انداختن وظایف غیرحیاتی: وظایف غیرحیاتی مانند به‌روزرسانی‌های پس‌زمینه و تحلیل‌ها را به سطوح اولویت پایین‌تر موکول کنید.
• استفاده از هوک `useDeferredValue`: این هوک که در React 18 معرفی شد، به شما اجازه می‌دهد تا به‌روزرسانی بخش‌های کم‌اهمیت‌تر UI را به تعویق بیندازید. این برای بهبود عملکرد درک‌شده بسیار ارزشمند است.
• استفاده از هوک `useTransition`: این هوک به شما امکان می‌دهد تا به‌روزرسانی‌ها را به عنوان transition علامت‌گذاری کنید، که به React می‌گوید تا زمانی که به‌روزرسانی در حال پردازش است، UI را پاسخگو نگه دارد.
• اجتناب از وظایف طولانی‌مدت: وظایف طولانی‌مدت را به قطعات کوچکتر و قابل مدیریت‌تر تقسیم کنید تا از مسدود شدن نخ اصلی جلوگیری شود.

مزایای React Fiber و رندرینگ مبتنی بر اولویت

React Fiber و رندرینگ مبتنی بر اولویت چندین مزیت قابل توجه ارائه می‌دهند:

• پاسخگویی بهبودیافته: React می‌تواند حتی هنگام انجام عملیات محاسباتی سنگین، پاسخگویی خود را حفظ کند.
• تجربه‌ی کاربری روان‌تر: کاربران یک UI روان‌تر و سیال‌تر را تجربه می‌کنند، حتی هنگام تعامل با برنامه‌های پیچیده.
• عملکرد بهتر: React می‌تواند فرآیند رندرینگ را بهینه کرده و از به‌روزرسانی‌های غیرضروری جلوگیری کند.
• بهبود درک کاربر: با اولویت‌بندی به‌روزرسانی‌های قابل مشاهده و به تعویق انداختن وظایف کم‌اهمیت‌تر، React عملکرد درک‌شده‌ی برنامه را بهبود می‌بخشد.

چالش‌ها و ملاحظات

در حالی که React Fiber مزایای قابل توجهی ارائه می‌دهد، چالش‌ها و ملاحظاتی نیز برای در نظر گرفتن وجود دارد:

• افزایش پیچیدگی: درک معماری و حلقه‌ی کار React Fiber می‌تواند چالش‌برانگیز باشد.
• اشکال‌زدایی (Debugging): اشکال‌زدایی رندرینگ ناهمزمان می‌تواند پیچیده‌تر از اشکال‌زدایی رندرینگ همزمان باشد.
• سازگاری: در حالی که React Fiber با اکثر کدهای موجود React سازگار است، ممکن است برخی از کامپوننت‌های قدیمی‌تر نیاز به به‌روزرسانی داشته باشند. تست دقیق همیشه در طول ارتقاء لازم است.
• پتانسیل قحطی (Starvation): ممکن است سناریویی ایجاد شود که در آن وظایف با اولویت پایین هرگز اجرا نشوند، اگر همیشه وظایف با اولویت بالاتر در انتظار باشند. اولویت‌بندی مناسب برای جلوگیری از این امر حیاتی است.

نمونه‌هایی از سراسر جهان

این نمونه‌های جهانی را که مزایای React Fiber را نشان می‌دهند در نظر بگیرید:

• پلتفرم تجارت الکترونیک (جهانی): یک سایت تجارت الکترونیک با هزاران محصول می‌تواند از React Fiber برای اولویت‌بندی نمایش جزئیات محصول و تعاملات کاربر (افزودن به سبد خرید، فیلتر کردن نتایج) نسبت به وظایف کم‌اهمیت‌تر مانند به‌روزرسانی توصیه‌های محصول استفاده کند. این کار یک تجربه‌ی خرید سریع و پاسخگو را تضمین می‌کند، صرف نظر از مکان کاربر یا سرعت اینترنت.
• پلتفرم معاملات مالی (لندن، نیویورک، توکیو): یک پلتفرم معاملات لحظه‌ای که داده‌های بازار را با تغییرات سریع نمایش می‌دهد، باید به‌روزرسانی قیمت‌های فعلی و دفتر سفارشات را بر نمایش نمودارهای تاریخی یا فیدهای خبری اولویت دهد. React Fiber این اولویت‌بندی را ممکن می‌سازد و تضمین می‌کند که معامله‌گران با حداقل تأخیر به مهم‌ترین اطلاعات دسترسی دارند.
• پلتفرم آموزشی (هند، برزیل، ایالات متحده): یک پلتفرم یادگیری آنلاین با تمرین‌های تعاملی و سخنرانی‌های ویدیویی می‌تواند از React Fiber برای اولویت‌بندی ورودی کاربر در طول تمرین‌ها و پخش ویدیو نسبت به وظایف کم‌اهمیت‌تر مانند به‌روزرسانی نوار پیشرفت دوره استفاده کند. این امر یک تجربه‌ی یادگیری روان و جذاب را برای دانش‌آموزان در مناطقی با اتصال اینترنت متفاوت تضمین می‌کند.
• اپلیکیشن شبکه‌ی اجتماعی (سراسر جهان): یک پلتفرم شبکه‌ی اجتماعی نیاز دارد که نمایش پست‌ها و اعلان‌های جدید را بر بارگذاری محتوای قدیمی‌تر یا انجام همگام‌سازی داده‌های پس‌زمینه اولویت دهد. React Fiber اولویت‌بندی نمایش "چیزهای جدید" به کاربر را در مقابل به‌روزرسانی آهسته‌ی مواردی مانند "دوستان پیشنهادی" که فوراً مورد نیاز نیستند، امکان‌پذیر می‌سازد.

بهترین شیوه‌ها برای بهینه‌سازی برنامه‌های React با Fiber

• پروفایل‌کردن برنامه: از React DevTools برای شناسایی گلوگاه‌های عملکرد و مناطقی که React بیشترین زمان را صرف رندرینگ می‌کند، استفاده کنید. این به شما کمک می‌کند تا کامپوننت‌هایی را که ممکن است باعث کندی شوند، مشخص کنید.
• تکنیک‌های مموایزیشن (Memoization): از `React.memo`، `useMemo` و `useCallback` برای جلوگیری از رندرهای مجدد غیرضروری کامپوننت‌ها استفاده کنید. این تکنیک‌ها به شما امکان می‌دهند نتایج محاسبات یا مقایسه‌های پرهزینه را ذخیره کرده و فقط زمانی که ورودی‌ها تغییر کرده‌اند، دوباره رندر کنید.
• تقسیم کد (Code Splitting): برنامه‌ی خود را به قطعات کوچکتری تقسیم کنید که می‌توانند در صورت تقاضا بارگذاری شوند. این کار زمان بارگذاری اولیه را کاهش می‌دهد و عملکرد درک‌شده‌ی برنامه‌ی شما را بهبود می‌بخشد. از `React.lazy` و `Suspense` برای پیاده‌سازی تقسیم کد استفاده کنید.
• مجازی‌سازی برای لیست‌های بزرگ: اگر در حال رندر کردن لیست‌های بزرگی از داده‌ها هستید، از تکنیک‌های مجازی‌سازی برای رندر کردن تنها مواردی که در حال حاضر روی صفحه قابل مشاهده هستند، استفاده کنید. کتابخانه‌هایی مانند `react-window` و `react-virtualized` می‌توانند به شما در پیاده‌سازی کارآمد مجازی‌سازی کمک کنند.
• Debouncing و Throttling: برای محدود کردن فرکانس به‌روزرسانی‌های ناشی از ورودی کاربر یا رویدادهای دیگر، از debouncing و throttling استفاده کنید. این کار می‌تواند از رندرهای مجدد بیش از حد جلوگیری کرده و عملکرد را بهبود بخشد.
• بهینه‌سازی تصاویر و دارایی‌ها: تصاویر و سایر دارایی‌ها را برای کاهش حجم فایل و بهبود زمان بارگذاری فشرده کنید. از تصاویر واکنش‌گرا برای ارائه‌ی اندازه‌های مختلف تصاویر بر اساس اندازه‌ی صفحه‌ی کاربر استفاده کنید.
• نظارت منظم بر عملکرد: به طور مداوم بر عملکرد برنامه‌ی خود نظارت کنید و هرگونه گلوگاه جدیدی را که ممکن است به وجود آید، شناسایی کنید. از ابزارهای نظارت بر عملکرد مانند Google PageSpeed Insights و WebPageTest برای ردیابی معیارهای کلیدی و شناسایی زمینه‌های بهبود استفاده کنید.

نتیجه‌گیری

وقفه‌ی حلقه‌ی کار و رندرینگ مبتنی بر اولویت React Fiber ابزارهای قدرتمندی برای ساخت برنامه‌های React با عملکرد بالا و پاسخگو هستند. با درک نحوه‌ی کار React Fiber و به کارگیری بهترین شیوه‌ها، توسعه‌دهندگان می‌توانند تجربیات کاربری ایجاد کنند که روان، سیال و جذاب باشند، حتی هنگام کار با UIهای پیچیده و مجموعه‌داده‌های بزرگ. با ادامه‌ی تکامل React، بهبودهای معماری Fiber همچنان سنگ بنای ساخت برنامه‌های وب مدرنی خواهد بود که پاسخگوی نیازهای مخاطبان جهانی هستند.

پذیرش مفاهیم و تکنیک‌های ذکر شده در این راهنما به شما امکان می‌دهد تا از پتانسیل کامل React Fiber بهره‌مند شوید و تجربیات کاربری استثنایی را در پلتفرم‌ها و دستگاه‌های مختلف ارائه دهید، رضایت کاربر را بهبود بخشیده و موفقیت کسب‌وکار را به ارمغان آورید. به یاد داشته باشید که به طور مداوم یاد بگیرید و با چشم‌انداز در حال تحول توسعه‌ی React سازگار شوید تا از رقبا پیشی گرفته و برنامه‌های وب واقعاً قابل توجهی بسازید.