پروفایلینگ زمان‌بند ری‌اکت: آشکارسازی اجرای تسک‌ها برای عملکرد بهینه

در دنیای توسعه وب مدرن، ارائه یک تجربه کاربری روان و پاسخگو از اهمیت بالایی برخوردار است. ری‌اکت، با معماری مبتنی بر کامپوننت و DOM مجازی خود، به سنگ بنای ساخت رابط‌های کاربری پیچیده تبدیل شده است. با این حال، حتی با بهینه‌سازی‌های ری‌اکت، گلوگاه‌های عملکردی ممکن است به وجود آیند، به ویژه در برنامه‌های بزرگ و پیچیده. درک نحوه زمان‌بندی و اجرای تسک‌ها توسط ری‌اکت برای شناسایی و حل این مشکلات عملکردی حیاتی است. این مقاله به دنیای پروفایلینگ زمان‌بند ری‌اکت می‌پردازد و راهنمای جامعی برای تحلیل اجرای تسک‌ها و بهینه‌سازی برنامه‌های ری‌اکت شما برای دستیابی به اوج عملکرد ارائه می‌دهد.

درک زمان‌بند ری‌اکت

قبل از پرداختن به تکنیک‌های پروفایلینگ، بیایید درک پایه‌ای از زمان‌بند ری‌اکت (React Scheduler) به دست آوریم. زمان‌بند ری‌اکت مسئول مدیریت اجرای کار در یک برنامه ری‌اکت است. این بخش تسک‌ها را اولویت‌بندی می‌کند، آن‌ها را به واحدهای کاری کوچکتر تقسیم می‌کند و آن‌ها را به گونه‌ای زمان‌بندی می‌کند که مسدود شدن نخ اصلی (main thread) به حداقل برسد. این زمان‌بندی برای حفظ یک رابط کاربری پاسخگو حیاتی است.

ری‌اکت از معماری فایبر (Fiber) استفاده می‌کند که به آن اجازه می‌دهد رندرینگ را به واحدهای کاری کوچکتر و قابل прерывание (interruptible) تقسیم کند. این واحدها فایبر نامیده می‌شوند و زمان‌بند ری‌اکت این فایبر‌ها را مدیریت می‌کند تا اطمینان حاصل شود که تسک‌های با اولویت بالا (مانند ورودی کاربر) به سرعت رسیدگی می‌شوند. زمان‌بند از یک صف اولویت (priority queue) برای مدیریت فایبر‌ها استفاده می‌کند که به آن اجازه می‌دهد به‌روزرسانی‌ها را بر اساس فوریت آن‌ها اولویت‌بندی کند.

مفاهیم کلیدی:

• فایبر (Fiber): یک واحد کاری که نماینده یک نمونه از کامپوننت است.
• زمان‌بند (Scheduler): ماژولی که مسئول اولویت‌بندی و زمان‌بندی فایبر‌ها است.
• حلقه کار (WorkLoop): تابعی که در درخت فایبر پیمایش کرده و به‌روزرسانی‌ها را انجام می‌دهد.
• صف اولویت (Priority Queue): یک ساختار داده که برای مدیریت فایبر‌ها بر اساس اولویت آن‌ها استفاده می‌شود.

اهمیت پروفایلینگ

پروفایلینگ فرآیند اندازه‌گیری و تحلیل ویژگی‌های عملکردی برنامه شماست. در زمینه ری‌اکت، پروفایلینگ به شما امکان می‌دهد بفهمید که زمان‌بند ری‌اکت چگونه تسک‌ها را اجرا می‌کند، عملیات طولانی‌مدت را شناسایی کنید و نقاطی را که بهینه‌سازی می‌تواند بیشترین تأثیر را داشته باشد، مشخص کنید. بدون پروفایلینگ، شما اساساً در تاریکی حرکت می‌کنید و برای بهبود عملکرد به حدس و گمان تکیه می‌کنید.

سناریویی را در نظر بگیرید که برنامه شما هنگام تعامل کاربر با یک کامپوننت خاص، با تأخیر محسوسی مواجه می‌شود. پروفایلینگ می‌تواند نشان دهد که آیا این تأخیر به دلیل یک عملیات رندرینگ پیچیده در آن کامپوننت، یک فرآیند ناکارآمد دریافت داده، یا رندرهای مجدد بیش از حد ناشی از به‌روزرسانی‌های state است. با شناسایی علت اصلی، می‌توانید تلاش‌های بهینه‌سازی خود را بر روی مناطقی متمرکز کنید که بیشترین دستاوردهای عملکردی را به همراه خواهند داشت.

ابزارهای پروفایلینگ زمان‌بند ری‌اکت

چندین ابزار قدرتمند برای پروفایلینگ برنامه‌های ری‌اکت و به دست آوردن بینش در مورد اجرای تسک در زمان‌بند ری‌اکت در دسترس است:

۱. تب Performance در Chrome DevTools

تب Performance در Chrome DevTools یک ابزار همه‌کاره برای پروفایلینگ جنبه‌های مختلف برنامه‌های وب، از جمله عملکرد ری‌اکت است. این ابزار یک جدول زمانی دقیق از تمام فعالیت‌هایی که در مرورگر رخ می‌دهد، از جمله اجرای جاوا اسکریپت، رندرینگ، نقاشی (painting) و درخواست‌های شبکه را ارائه می‌دهد. با ضبط یک پروفایل عملکرد هنگام تعامل با برنامه ری‌اکت خود، می‌توانید گلوگاه‌های عملکردی را شناسایی کرده و اجرای تسک‌های ری‌اکت را تحلیل کنید.

نحوه استفاده:

1. Chrome DevTools را باز کنید (Ctrl+Shift+I یا Cmd+Option+I).
2. به تب "Performance" بروید.
3. روی دکمه "Record" کلیک کنید.
4. با برنامه ری‌اکت خود تعامل کنید تا رفتاری را که می‌خواهید پروفایل کنید، فعال کنید.
5. برای توقف ضبط، روی دکمه "Stop" کلیک کنید.
6. جدول زمانی تولید شده را برای شناسایی گلوگاه‌های عملکردی تحلیل کنید.

تب Performance نماهای مختلفی برای تحلیل داده‌های ضبط شده ارائه می‌دهد، از جمله:

• Flame Chart: پشته فراخوانی توابع جاوا اسکریپت را به صورت بصری نمایش می‌دهد و به شما امکان می‌دهد توابعی را که بیشترین زمان را مصرف می‌کنند، شناسایی کنید.
• Bottom-Up: زمان صرف شده در هر تابع و توابع فراخوانی شده توسط آن را جمع‌آوری می‌کند و به شما کمک می‌کند تا گران‌ترین عملیات را شناسایی کنید.
• Call Tree: پشته فراخوانی را در یک قالب سلسله مراتبی نمایش می‌دهد و دید واضحی از جریان اجرا فراهم می‌کند.

در تب Performance، به دنبال ورودی‌های مربوط به ری‌اکت مانند "Update" (نماینده به‌روزرسانی یک کامپوننت) یا "Commit" (نماینده رندر نهایی DOM به‌روز شده) باشید. این ورودی‌ها می‌توانند بینش‌های ارزشمندی در مورد زمان صرف شده برای رندر کامپوننت‌ها ارائه دهند.

۲. پروفایلر React DevTools

React DevTools Profiler یک ابزار تخصصی است که به طور خاص برای پروفایلینگ برنامه‌های ری‌اکت ساخته شده است. این ابزار دید متمرکزتری از عملیات داخلی ری‌اکت ارائه می‌دهد و شناسایی مشکلات عملکردی مربوط به رندر کامپوننت، به‌روزرسانی‌های state و تغییرات prop را آسان‌تر می‌کند.

نصب:

React DevTools Profiler به عنوان یک افزونه مرورگر برای کروم، فایرفاکس و اج در دسترس است. می‌توانید آن را از فروشگاه افزونه‌های مرورگر مربوطه نصب کنید.

استفاده:

1. پنل React DevTools را در مرورگر خود باز کنید.
2. به تب "Profiler" بروید.
3. روی دکمه "Record" کلیک کنید.
4. با برنامه ری‌اکت خود تعامل کنید تا رفتاری را که می‌خواهید پروفایل کنید، فعال کنید.
5. برای توقف ضبط، روی دکمه "Stop" کلیک کنید.

پروفایلر دو نمای اصلی برای تحلیل داده‌های ضبط شده ارائه می‌دهد:

• Flamegraph: یک نمایش بصری از درخت کامپوننت، که در آن هر نوار نماینده یک کامپوننت و عرض آن نماینده زمان صرف شده برای رندر آن کامپوننت است.
• Ranked: لیستی از کامپوننت‌ها که بر اساس زمانی که برای رندر شدن صرف کرده‌اند، رتبه‌بندی شده‌اند و به شما امکان می‌دهد به سرعت گران‌ترین کامپوننت‌ها را شناسایی کنید.

React DevTools Profiler همچنین ویژگی‌هایی را برای موارد زیر ارائه می‌دهد:

• برجسته‌سازی به‌روزرسانی‌ها: برجسته کردن بصری کامپوننت‌هایی که در حال رندر مجدد هستند، به شما کمک می‌کند تا رندرهای مجدد غیر ضروری را شناسایی کنید.
• بررسی props و state کامپوننت: بررسی props و state کامپوننت‌ها برای درک اینکه چرا در حال رندر مجدد هستند.
• فیلتر کردن کامپوننت‌ها: تمرکز بر روی کامپوننت‌های خاص یا بخش‌هایی از درخت کامپوننت.

۳. کامپوننت React.Profiler

کامپوننت React.Profiler یک API داخلی ری‌اکت است که به شما امکان می‌دهد عملکرد رندرینگ بخش‌های خاصی از برنامه خود را اندازه‌گیری کنید. این کامپوننت یک راه برنامه‌نویسی برای جمع‌آوری داده‌های پروفایلینگ بدون تکیه بر ابزارهای خارجی فراهم می‌کند.

استفاده:

کامپوننت‌هایی را که می‌خواهید پروفایل کنید با کامپوننت React.Profiler بپوشانید. یک prop با نام id برای شناسایی پروفایلر و یک prop با نام onRender که یک تابع callback است و پس از هر رندر فراخوانی می‌شود، ارائه دهید.

import React from 'react';

function MyComponent() {
  return (
    
      {/* Component content */}
    
  );
}

function onRenderCallback(
  id: string,
  phase: 'mount' | 'update',
  actualDuration: number,
  baseDuration: number,
  startTime: number,
  commitTime: number,
  interactions: Set
) {
  console.log(`Component ${id} rendered`);
  console.log(`Phase: ${phase}`);
  console.log(`Actual duration: ${actualDuration}ms`);
  console.log(`Base duration: ${baseDuration}ms`);
}

تابع callback onRender چندین آرگومان دریافت می‌کند که اطلاعاتی در مورد فرآیند رندرینگ ارائه می‌دهند:

• id: مقدار prop id کامپوننت React.Profiler.
• phase: نشان می‌دهد که آیا کامپوننت به تازگی mount شده یا update شده است.
• actualDuration: زمان صرف شده برای رندر کامپوننت در این به‌روزرسانی.
• baseDuration: زمان تخمینی برای رندر درخت کامپوننت بدون memoization.
• startTime: زمانی که ری‌اکت شروع به رندر این به‌روزرسانی کرد.
• commitTime: زمانی که ری‌اکت این به‌روزرسانی را commit کرد.
• interactions: مجموعه‌ای از "تعاملات" که هنگام زمان‌بندی این به‌روزرسانی در حال ردیابی بودند.

می‌توانید از این داده‌ها برای ردیابی عملکرد رندرینگ کامپوننت‌های خود و شناسایی مناطقی که نیاز به بهینه‌سازی دارند، استفاده کنید.

تحلیل داده‌های پروفایلینگ

پس از اینکه داده‌های پروفایلینگ را با استفاده از یکی از ابزارهای ذکر شده در بالا ضبط کردید، مرحله بعدی تحلیل داده‌ها و شناسایی گلوگاه‌های عملکردی است. در اینجا چند حوزه کلیدی برای تمرکز وجود دارد:

۱. شناسایی کامپوننت‌های با رندر کند

نماهای Flamegraph و Ranked در React DevTools Profiler به ویژه برای شناسایی کامپوننت‌هایی که رندر آن‌ها زمان زیادی می‌برد، مفید هستند. به دنبال کامپوننت‌هایی با نوارهای پهن در Flamegraph یا کامپوننت‌هایی که در بالای لیست Ranked ظاهر می‌شوند، بگردید. این کامپوننت‌ها کاندیداهای احتمالی برای بهینه‌سازی هستند.

در تب Performance در Chrome DevTools، به دنبال ورودی‌های "Update" باشید که زمان قابل توجهی را مصرف می‌کنند. این ورودی‌ها نماینده به‌روزرسانی‌های کامپوننت هستند و زمان صرف شده در این ورودی‌ها هزینه رندرینگ کامپوننت‌های مربوطه را نشان می‌دهد.

۲. مشخص کردن رندرهای مجدد غیر ضروری

رندرهای مجدد غیر ضروری می‌توانند به طور قابل توجهی بر عملکرد تأثیر بگذارند، به ویژه در برنامه‌های پیچیده. React DevTools Profiler می‌تواند به شما در شناسایی کامپوننت‌هایی که حتی زمانی که props یا state آنها تغییر نکرده است، دوباره رندر می‌شوند، کمک کند.

گزینه "Highlight updates when components render" را در تنظیمات React DevTools فعال کنید. این کار کامپوننت‌هایی را که در حال رندر مجدد هستند، به صورت بصری برجسته می‌کند و تشخیص رندرهای مجدد غیر ضروری را آسان می‌سازد. دلایل رندر مجدد این کامپوننت‌ها را بررسی کنید و تکنیک‌هایی برای جلوگیری از آنها، مانند استفاده از React.memo یا useMemo، پیاده‌سازی کنید.

۳. بررسی محاسبات سنگین

محاسبات طولانی‌مدت در کامپوننت‌های شما می‌توانند نخ اصلی را مسدود کرده و باعث مشکلات عملکردی شوند. تب Performance در Chrome DevTools یک ابزار ارزشمند برای شناسایی این محاسبات است.

به دنبال توابع جاوا اسکریپتی باشید که در نماهای Flame Chart یا Bottom-Up زمان قابل توجهی را مصرف می‌کنند. این توابع ممکن است در حال انجام محاسبات پیچیده، تبدیل داده‌ها یا سایر عملیات سنگین باشند. بهینه‌سازی این توابع را با استفاده از memoization، caching یا الگوریتم‌های کارآمدتر در نظر بگیرید.

۴. تحلیل درخواست‌های شبکه

درخواست‌های شبکه نیز می‌توانند به گلوگاه‌های عملکردی کمک کنند، به خصوص اگر کند یا مکرر باشند. تب Network در Chrome DevTools بینش‌هایی در مورد فعالیت شبکه برنامه شما ارائه می‌دهد.

به دنبال درخواست‌هایی باشید که تکمیل آنها زمان زیادی می‌برد یا درخواست‌هایی که به طور مکرر انجام می‌شوند. بهینه‌سازی این درخواست‌ها را با استفاده از caching، pagination یا استراتژی‌های کارآمدتر برای دریافت داده‌ها در نظر بگیرید.

۵. درک تعاملات زمان‌بند

به دست آوردن درک عمیق‌تر از نحوه اولویت‌بندی و اجرای تسک‌ها توسط زمان‌بند ری‌اکت می‌تواند برای بهینه‌سازی عملکرد بسیار ارزشمند باشد. در حالی که تب Performance در Chrome DevTools و React DevTools Profiler دیدی نسبی از عملیات زمان‌بند ارائه می‌دهند، تحلیل داده‌های ضبط شده نیازمند درک دقیق‌تری از عملکرد داخلی ری‌اکت است.

بر روی تعاملات بین کامپوننت‌ها و زمان‌بند تمرکز کنید. اگر کامپوننت‌های خاصی به طور مداوم به‌روزرسانی‌های با اولویت بالا را فعال می‌کنند، تحلیل کنید که چرا این به‌روزرسانی‌ها ضروری هستند و آیا می‌توان آنها را به تعویق انداخت یا بهینه کرد. به نحوه در هم آمیختن انواع مختلف تسک‌ها توسط زمان‌بند، مانند رندرینگ، layout و painting توجه کنید. اگر زمان‌بند به طور مداوم بین تسک‌ها جابجا می‌شود، ممکن است نشان‌دهنده این باشد که برنامه در حال تجربه thrashing است که می‌تواند منجر به کاهش عملکرد شود.

تکنیک‌های بهینه‌سازی

پس از شناسایی گلوگاه‌های عملکردی از طریق پروفایلینگ، مرحله بعدی پیاده‌سازی تکنیک‌های بهینه‌سازی برای بهبود عملکرد برنامه شماست. در اینجا چند استراتژی بهینه‌سازی رایج آورده شده است:

۱. مموایزیشن (Memoization)

مموایزیشن تکنیکی برای کش کردن نتایج فراخوانی‌های توابع سنگین و بازگرداندن نتیجه کش شده در صورت تکرار ورودی‌های یکسان است. در ری‌اکت، می‌توانید از React.memo برای مموایز کردن کامپوننت‌های تابعی و از هوک useMemo برای مموایز کردن نتایج محاسبات استفاده کنید.

import React, { useMemo } from 'react';

const MyComponent = React.memo(function MyComponent(props) {
  // ... component logic
});

function MyComponentWithMemoizedValue() {
  const expensiveValue = useMemo(() => {
    // ... expensive computation
    return result;
  }, [dependencies]);

  return (
    

      {expensiveValue}
    
  );
}

۲. مجازی‌سازی (Virtualization)

مجازی‌سازی تکنیکی برای رندر کارآمد لیست‌ها یا جداول بزرگ با رندر کردن تنها آیتم‌های قابل مشاهده است. کتابخانه‌هایی مانند react-window و react-virtualized کامپوننت‌هایی برای مجازی‌سازی لیست‌ها و جداول در برنامه‌های ری‌اکت ارائه می‌دهند.

۳. تقسیم کد (Code Splitting)

تقسیم کد تکنیکی برای شکستن برنامه شما به قطعات کوچکتر و بارگذاری آنها بر حسب تقاضا است. این کار می‌تواند زمان بارگذاری اولیه برنامه شما را کاهش داده و عملکرد کلی آن را بهبود بخشد. ری‌اکت از تقسیم کد با استفاده از dynamic imports و کامپوننت‌های React.lazy و Suspense پشتیبانی می‌کند.

import React, { Suspense } from 'react';

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

function App() {
  return (
    Loading...