بهینه‌سازی حلقه کاری زمان‌بند React: حداکثرسازی کارایی اجرای وظایف

زمان‌بند (Scheduler) React یک جزء حیاتی است که به‌روزرسانی‌ها را برای اطمینان از رابط‌های کاربری روان و پاسخ‌گو مدیریت و اولویت‌بندی می‌کند. درک نحوه عملکرد حلقه کاری زمان‌بند و به کارگیری تکنیک‌های بهینه‌سازی مؤثر برای ساخت اپلیکیشن‌های React با عملکرد بالا ضروری است. این راهنمای جامع به بررسی زمان‌بند React، حلقه کاری آن و استراتژی‌هایی برای حداکثرسازی کارایی اجرای وظایف می‌پردازد.

درک زمان‌بند React

زمان‌بند React که با نام معماری فایبر (Fiber) نیز شناخته می‌شود، مکانیزم زیربنایی React برای مدیریت و اولویت‌بندی به‌روزرسانی‌ها است. قبل از فایبر، React از یک فرآیند تطبیق همزمان (synchronous reconciliation) استفاده می‌کرد که می‌توانست نخ اصلی (main thread) را مسدود کرده و منجر به تجربیات کاربری نامطلوب (janky) شود، به ویژه برای اپلیکیشن‌های پیچیده. زمان‌بند، همزمانی (concurrency) را معرفی می‌کند و به React اجازه می‌دهد تا کار رندرینگ را به واحدهای کوچک‌تر و قابل وقفه تقسیم کند.

مفاهیم کلیدی زمان‌بند React عبارتند از:

• فایبر (Fiber): یک فایبر نماینده یک واحد کار است. هر نمونه کامپوننت React یک گره فایبر متناظر دارد که اطلاعاتی در مورد کامپوننت، وضعیت آن و ارتباط آن با سایر کامپوننت‌ها در درخت را نگهداری می‌کند.
• حلقه کاری (Work Loop): حلقه کاری مکانیزم اصلی است که بر روی درخت فایبر پیمایش می‌کند، به‌روزرسانی‌ها را انجام می‌دهد و تغییرات را در DOM رندر می‌کند.
• اولویت‌بندی (Prioritization): زمان‌بند انواع مختلف به‌روزرسانی‌ها را بر اساس فوریت آن‌ها اولویت‌بندی می‌کند و اطمینان می‌دهد که وظایف با اولویت بالا (مانند تعاملات کاربر) به سرعت پردازش شوند.
• همزمانی (Concurrency): React می‌تواند کار رندرینگ را متوقف، مکث یا از سر بگیرد، که به مرورگر اجازه می‌دهد تا سایر وظایف (مانند ورودی کاربر یا انیمیشن‌ها) را بدون مسدود کردن نخ اصلی مدیریت کند.

حلقه کاری زمان‌بند React: یک بررسی عمیق

حلقه کاری، قلب زمان‌بند React است. این حلقه مسئول پیمایش درخت فایبر، پردازش به‌روزرسانی‌ها و رندر تغییرات در DOM است. درک نحوه عملکرد حلقه کاری برای شناسایی گلوگاه‌های عملکردی بالقوه و پیاده‌سازی استراتژی‌های بهینه‌سازی ضروری است.

مراحل حلقه کاری

حلقه کاری از دو مرحله اصلی تشکیل شده است:

1. مرحله رندر (Render Phase): در مرحله رندر، React درخت فایبر را پیمایش می‌کند و تعیین می‌کند که چه تغییراتی باید در DOM اعمال شود. این مرحله به عنوان مرحله «تطبیق» (reconciliation) نیز شناخته می‌شود.
   • شروع کار (Begin Work): React از گره ریشه فایبر شروع می‌کند و به صورت بازگشتی به پایین درخت حرکت می‌کند و فایبر فعلی را با فایبر قبلی (در صورت وجود) مقایسه می‌کند. این فرآیند تعیین می‌کند که آیا یک کامپوننت نیاز به به‌روزرسانی دارد یا خیر.
   • تکمیل کار (Complete Work): همانطور که React در درخت به سمت بالا بازمی‌گردد، تأثیرات به‌روزرسانی‌ها را محاسبه کرده و تغییرات را برای اعمال در DOM آماده می‌کند.
2. مرحله کامیت (Commit Phase): در مرحله کامیت، React تغییرات را در DOM اعمال کرده و متدهای چرخه حیات (lifecycle methods) را فراخوانی می‌کند.
   • قبل از تغییر (Before Mutation): React متدهای چرخه حیات مانند `getSnapshotBeforeUpdate` را اجرا می‌کند.
   • تغییر (Mutation): React گره‌های DOM را با افزودن، حذف یا اصلاح عناصر به‌روز می‌کند.
   • چیدمان (Layout): React متدهای چرخه حیات مانند `componentDidMount` و `componentDidUpdate` را اجرا می‌کند. همچنین ref‌ها را به‌روز کرده و effect‌های چیدمان را زمان‌بندی می‌کند.

مرحله رندر می‌تواند توسط زمان‌بند در صورت رسیدن یک وظیفه با اولویت بالاتر، متوقف شود. با این حال، مرحله کامیت همزمان (synchronous) است و نمی‌تواند متوقف شود.

اولویت‌بندی و زمان‌بندی

React از یک الگوریتم زمان‌بندی مبتنی بر اولویت برای تعیین ترتیب پردازش به‌روزرسانی‌ها استفاده می‌کند. به به‌روزرسانی‌ها بر اساس فوریت آن‌ها اولویت‌های مختلفی اختصاص داده می‌شود.

سطوح اولویت رایج عبارتند از:

• اولویت فوری (Immediate Priority): برای به‌روزرسانی‌های فوری که نیاز به پردازش آنی دارند، مانند ورودی کاربر (مثلاً تایپ کردن در یک فیلد متنی) استفاده می‌شود.
• اولویت مسدودکننده کاربر (User Blocking Priority): برای به‌روزرسانی‌هایی که تعامل کاربر را مسدود می‌کنند، مانند انیمیشن‌ها یا انتقال‌ها استفاده می‌شود.
• اولویت عادی (Normal Priority): برای اکثر به‌روزرسانی‌ها، مانند رندر محتوای جدید یا به‌روزرسانی داده‌ها استفاده می‌شود.
• اولویت پایین (Low Priority): برای به‌روزرسانی‌های غیرحیاتی، مانند وظایف پس‌زمینه یا تحلیل‌ها استفاده می‌شود.
• اولویت بیکاری (Idle Priority): برای به‌روزرسانی‌هایی که می‌توانند تا زمانی که مرورگر بیکار است به تعویق بیفتند، مانند پیش‌واکشی داده‌ها یا انجام محاسبات پیچیده استفاده می‌شود.

React از `requestIdleCallback` API (یا یک polyfill) برای زمان‌بندی وظایف با اولویت پایین استفاده می‌کند، که به مرورگر اجازه می‌دهد عملکرد را بهینه کرده و از مسدود شدن نخ اصلی جلوگیری کند.

تکنیک‌های بهینه‌سازی برای اجرای کارآمد وظایف

بهینه‌سازی حلقه کاری زمان‌بند React شامل به حداقل رساندن مقدار کاری است که باید در طول مرحله رندر انجام شود و اطمینان از اینکه به‌روزرسانی‌ها به درستی اولویت‌بندی شده‌اند. در اینجا چندین تکنیک برای بهبود کارایی اجرای وظایف آورده شده است:

۱. مموسازی (Memoization)

مموسازی یک تکنیک بهینه‌سازی قدرتمند است که شامل کش کردن نتایج فراخوانی‌های توابع پرهزینه و بازگرداندن نتیجه کش شده در هنگام تکرار ورودی‌های مشابه است. در React، مموسازی می‌تواند هم برای کامپوننت‌ها و هم برای مقادیر اعمال شود.

`React.memo`

`React.memo` یک کامپوننت مرتبه بالاتر (higher-order component) است که یک کامپوننت تابعی را ممو می‌کند. این کار از رندر مجدد کامپوننت در صورتی که props آن تغییر نکرده باشد، جلوگیری می‌کند. به طور پیش‌فرض، `React.memo` یک مقایسه سطحی (shallow comparison) از props انجام می‌دهد. شما همچنین می‌توانید یک تابع مقایسه سفارشی را به عنوان آرگومان دوم به `React.memo` ارائه دهید.

مثال:

import React from 'react';

const MyComponent = React.memo(function MyComponent(props) {
  // منطق کامپوننت
  return (
    <div>
      {props.value}
    </div>
  );
});

export default MyComponent;

`useMemo`

`useMemo` یک هوک است که یک مقدار را ممو می‌کند. این هوک یک تابع که مقدار را محاسبه می‌کند و یک آرایه وابستگی (dependency array) را می‌گیرد. تابع فقط زمانی دوباره اجرا می‌شود که یکی از وابستگی‌ها تغییر کند. این برای ممو کردن محاسبات پرهزینه یا ایجاد مراجع پایدار مفید است.

مثال:

import React, { useMemo } from 'react';

function MyComponent(props) {
  const expensiveValue = useMemo(() => {
    // انجام یک محاسبه پرهزینه
    return computeExpensiveValue(props.data);
  }, [props.data]);

  return (
    <div>
      {expensiveValue}
    </div>
  );
}

`useCallback`

`useCallback` یک هوک است که یک تابع را ممو می‌کند. این هوک یک تابع و یک آرایه وابستگی را می‌گیرد. تابع فقط زمانی دوباره ایجاد می‌شود که یکی از وابستگی‌ها تغییر کند. این برای ارسال callback‌ها به کامپوننت‌های فرزند که از `React.memo` استفاده می‌کنند، مفید است.

مثال:

import React, { useCallback } from 'react';

function MyComponent(props) {
  const handleClick = useCallback(() => {
    // مدیریت رویداد کلیک
    console.log('Clicked!');
  }, []);

  return (
    <button onClick={handleClick}>
      Click Me
    </button>
  );
}

۲. مجازی‌سازی (Virtualization)

مجازی‌سازی (که به آن windowing نیز گفته می‌شود) تکنیکی برای رندر کردن کارآمد لیست‌ها یا جداول بزرگ است. به جای رندر کردن همه آیتم‌ها به یکباره، مجازی‌سازی فقط آیتم‌هایی را رندر می‌کند که در حال حاضر در ویوپورت (viewport) قابل مشاهده هستند. با اسکرول کاربر، آیتم‌های جدید رندر شده و آیتم‌های قدیمی حذف می‌شوند.

چندین کتابخانه کامپوننت‌های مجازی‌سازی را برای React فراهم می‌کنند، از جمله:

• `react-window`: یک کتابخانه سبک برای رندر کردن لیست‌ها و جداول بزرگ.
• `react-virtualized`: یک کتابخانه جامع‌تر با طیف گسترده‌ای از کامپوننت‌های مجازی‌سازی.

مثال با استفاده از `react-window`:

import React from 'react';
import { FixedSizeList } from 'react-window';

const Row = ({ index, style }) => (
  <div style={style}>
    Row {index}
  </div>
);

function MyListComponent(props) {
  return (
    <FixedSizeList
      height={400}
      width={300}
      itemSize={30}
      itemCount={props.items.length}
    >
      {Row}
    </FixedSizeList>
  );
}

۳. تقسیم کد (Code Splitting)

تقسیم کد تکنیکی برای شکستن اپلیکیشن شما به تکه‌های کوچکتر (chunks) است که می‌توانند بر حسب تقاضا بارگذاری شوند. این کار زمان بارگذاری اولیه را کاهش داده و عملکرد کلی اپلیکیشن شما را بهبود می‌بخشد.

React چندین راه برای پیاده‌سازی تقسیم کد فراهم می‌کند:

• `React.lazy` و `Suspense`: `React.lazy` به شما اجازه می‌دهد تا کامپوننت‌ها را به صورت پویا import کنید، و `Suspense` به شما امکان می‌دهد تا یک UI جایگزین (fallback) را در حین بارگذاری کامپوننت نمایش دهید.
• ایمپورت‌های پویا (Dynamic Imports): شما می‌توانید از ایمپورت‌های پویا (`import()`) برای بارگذاری ماژول‌ها بر حسب تقاضا استفاده کنید.

مثال با استفاده از `React.lazy` و `Suspense`:

import React, { lazy, Suspense } from 'react';

const MyComponent = lazy(() => import('./MyComponent'));

function App() {
  return (
    <Suspense fallback={<div>Loading...</div>}>
      <MyComponent />
    </Suspense>
  );
}

۴. دیبانسینگ و تراتلینگ (Debouncing and Throttling)

دیبانسینگ و تراتلینگ تکنیک‌هایی برای محدود کردن نرخ اجرای یک تابع هستند. این می‌تواند برای بهبود عملکرد کنترل‌کننده‌های رویداد (event handlers) که به طور مکرر فعال می‌شوند، مانند رویدادهای اسکرول یا تغییر اندازه، مفید باشد.

• دیبانسینگ (Debouncing): اجرای یک تابع را تا زمانی که مقدار مشخصی از زمان از آخرین فراخوانی تابع گذشته باشد، به تأخیر می‌اندازد.
• تراتلینگ (Throttling): نرخ اجرای یک تابع را محدود می‌کند. تابع فقط یک بار در یک بازه زمانی مشخص اجرا می‌شود.

مثال با استفاده از کتابخانه `lodash` برای دیبانسینگ:

import React, { useState, useEffect } from 'react';
import { debounce } from 'lodash';

function MyComponent() {
  const [value, setValue] = useState('');

  const handleChange = (event) => {
    setValue(event.target.value);
  };

  const debouncedHandleChange = debounce(handleChange, 300);

  useEffect(() => {
    return () => {
      debouncedHandleChange.cancel();
    };
  }, [debouncedHandleChange]);

  return (
    <input type="text" onChange={debouncedHandleChange} />
  );
}

۵. اجتناب از رندرهای مجدد غیرضروری

یکی از شایع‌ترین علل مشکلات عملکرد در اپلیکیشن‌های React، رندرهای مجدد غیرضروری است. چندین استراتژی می‌تواند به به حداقل رساندن این رندرهای غیرضروری کمک کند:

• ساختارهای داده تغییرناپذیر (Immutable Data Structures): استفاده از ساختارهای داده تغییرناپذیر تضمین می‌کند که تغییرات در داده‌ها به جای اصلاح اشیاء موجود، اشیاء جدیدی ایجاد می‌کنند. این کار تشخیص تغییرات و جلوگیری از رندرهای مجدد غیرضروری را آسان‌تر می‌کند. کتابخانه‌هایی مانند Immutable.js و Immer می‌توانند در این زمینه کمک کنند.
• کامپوننت‌های خالص (Pure Components): کامپوننت‌های کلاسی می‌توانند از `React.PureComponent` ارث‌بری کنند که قبل از رندر مجدد، یک مقایسه سطحی از props و state انجام می‌دهد. این مشابه `React.memo` برای کامپوننت‌های تابعی است.
• لیست‌های با کلید مناسب: هنگام رندر کردن لیست آیتم‌ها، اطمینان حاصل کنید که هر آیتم یک کلید منحصر به فرد و پایدار دارد. این به React کمک می‌کند تا لیست را هنگام اضافه، حذف یا مرتب‌سازی مجدد آیتم‌ها به طور کارآمد به‌روز کند.
• اجتناب از توابع و اشیاء درون‌خطی به عنوان Props: ایجاد توابع یا اشیاء جدید به صورت درون‌خطی در متد رندر یک کامپوننت باعث می‌شود کامپوننت‌های فرزند دوباره رندر شوند، حتی اگر داده‌ها تغییر نکرده باشند. برای جلوگیری از این مشکل از `useCallback` و `useMemo` استفاده کنید.

۶. مدیریت کارآمد رویدادها

مدیریت رویدادها را با به حداقل رساندن کار انجام شده در داخل کنترل‌کننده‌های رویداد بهینه کنید. از انجام محاسبات پیچیده یا دستکاری‌های DOM به طور مستقیم در کنترل‌کننده‌های رویداد خودداری کنید. به جای آن، این وظایف را به عملیات ناهمزمان موکول کنید یا برای وظایف محاسباتی سنگین از وب ورکرها (web workers) استفاده کنید.

۷. پروفایل‌گیری و نظارت بر عملکرد

به طور منظم اپلیکیشن React خود را پروفایل کنید تا گلوگاه‌های عملکردی و زمینه‌های بهینه‌سازی را شناسایی کنید. React DevTools قابلیت‌های پروفایل‌گیری قدرتمندی را فراهم می‌کند که به شما امکان می‌دهد زمان رندر کامپوننت‌ها را بررسی کنید، رندرهای مجدد غیرضروری را شناسایی کنید و پشته فراخوانی (call stack) را تحلیل کنید. از ابزارهای نظارت بر عملکرد برای ردیابی معیارهای کلیدی عملکرد در محیط تولید و شناسایی مشکلات بالقوه قبل از تأثیرگذاری بر کاربران استفاده کنید.

مثال‌های واقعی و مطالعات موردی

بیایید چند مثال واقعی از نحوه اعمال این تکنیک‌های بهینه‌سازی را در نظر بگیریم:

• لیست محصولات فروشگاه الکترونیکی: یک وب‌سایت تجارت الکترونیک که لیست بزرگی از محصولات را نمایش می‌دهد، می‌تواند از مجازی‌سازی برای بهبود عملکرد اسکرول بهره‌مند شود. همچنین، ممو کردن کامپوننت‌های محصول می‌تواند از رندرهای مجدد غیرضروری هنگام تغییر فقط کمیت یا وضعیت سبد خرید جلوگیری کند.
• داشبورد تعاملی: یک داشبورد با چندین نمودار و ویجت تعاملی می‌تواند از تقسیم کد برای بارگذاری فقط کامپوننت‌های ضروری بر حسب تقاضا استفاده کند. دیبانس کردن رویدادهای ورودی کاربر می‌تواند از به‌روزرسانی‌های بیش از حد جلوگیری کرده و پاسخ‌گویی را بهبود بخشد.
• فید رسانه اجتماعی: یک فید رسانه اجتماعی که جریان بزرگی از پست‌ها را نمایش می‌دهد، می‌تواند از مجازی‌سازی برای رندر کردن فقط پست‌های قابل مشاهده استفاده کند. ممو کردن کامپوننت‌های پست و بهینه‌سازی بارگذاری تصاویر می‌تواند عملکرد را بیشتر بهبود بخشد.

نتیجه‌گیری

بهینه‌سازی حلقه کاری زمان‌بند React برای ساخت اپلیکیشن‌های React با عملکرد بالا ضروری است. با درک نحوه کار زمان‌بند و به کارگیری تکنیک‌هایی مانند مموسازی، مجازی‌سازی، تقسیم کد، دیبانسینگ و استراتژی‌های رندرینگ دقیق، می‌توانید کارایی اجرای وظایف را به طور قابل توجهی بهبود بخشیده و تجربیات کاربری روان‌تر و پاسخ‌گوتر ایجاد کنید. به یاد داشته باشید که اپلیکیشن خود را به طور منظم پروفایل کنید تا گلوگاه‌های عملکردی را شناسایی کرده و استراتژی‌های بهینه‌سازی خود را به طور مداوم اصلاح کنید.

با پیاده‌سازی این بهترین شیوه‌ها، توسعه‌دهندگان می‌توانند اپلیکیشن‌های React کارآمدتر و با عملکرد بهتری بسازند که تجربه کاربری بهتری را در طیف وسیعی از دستگاه‌ها و شرایط شبکه فراهم می‌کنند و در نهایت منجر به افزایش تعامل و رضایت کاربر می‌شوند.

منابع بیشتر

• مستندات بهینه‌سازی عملکرد React
• کتابخانه react-window
• Preact (کتابخانه جایگزین React)