React Fiber -arkkitehtuuri: Sovittelun prosessin ymmärtäminen

React on mullistanut front-end -kehityksen komponenttipohjaisella arkkitehtuurillaan ja deklaratiivisella ohjelmointimallillaan. Reactin tehokkuuden ytimessä on sen sovitusprosessi – mekanismi, jolla React päivittää todellisen DOMin heijastamaan muutoksia komponenttipuussa. Tämä prosessi on kokenut merkittävän kehityksen, joka huipentui Fiber-arkkitehtuurissa. Tämä artikkeli tarjoaa kattavan ymmärryksen React Fiberistä ja sen vaikutuksesta sovitteluun.

Mikä on sovittelu?

Sovittelu on algoritmi, jota React käyttää vertaillakseen edellistä virtuaalista DOMia uuteen virtuaaliseen DOMiin ja määrittääkseen vähimmäismäärän muutoksia, jotka tarvitaan todellisen DOMin päivittämiseen. Virtuaalinen DOM on käyttöliittymän muistissa oleva esitys. Kun komponentin tila muuttuu, React luo uuden virtuaalisen DOM-puun. Sen sijaan, että React käsittelisi suoraan todellista DOMia, joka on hidas prosessi, se vertaa uutta virtuaalista DOM-puuta edelliseen ja tunnistaa erot. Tätä prosessia kutsutaan diffing.

Sovitteluprosessia ohjaavat kaksi pääolettamaa:

• Eri tyyppiset elementit tuottavat erilaisia puita.
• Kehittäjä voi vihjata, mitkä alielementit voivat olla stabiileja eri renderoinneissa key -propilla.

Perinteinen sovittelu (ennen Fiberiä)

Reactin alkuperäisessä toteutuksessa sovitusprosessi oli synkroninen ja jakamaton. Tämä tarkoitti, että kun React aloitti virtuaalisen DOMin vertailun ja todellisen DOMin päivittämisen, sitä ei voitu keskeyttää. Tämä saattoi johtaa suorituskykyongelmiin, erityisesti monimutkaisissa sovelluksissa, joissa oli suuria komponenttipuita. Jos komponentin päivitys kesti kauan, selainesta tuli reagoimaton, mikä johti huonoon käyttökokemukseen. Tätä kutsutaan usein "jank"-ongelmaksi.

Kuvittele monimutkainen verkkokauppasivusto, joka näyttää tuoteluettelon. Jos käyttäjä on vuorovaikutuksessa suodattimen kanssa, mikä laukaisee luettelon uudelleenrenderöinnin, synkroninen sovitusprosessi saattaa estää pääsäikeen, jolloin käyttöliittymä ei reagoi ennen kuin koko luettelo on renderöity uudelleen. Tämä saattoi kestää useita sekunteja, mikä aiheutti turhautumista käyttäjälle.

React Fiberin esittely

React Fiber on Reactin sovitusalgoritmin täydellinen uudelleenkirjoitus, joka otettiin käyttöön React 16:ssa. Sen ensisijainen tavoite on parantaa React-sovellusten vasteaikaa ja havaittua suorituskykyä, erityisesti monimutkaisissa skenaarioissa. Fiber saavuttaa tämän jakamalla sovitusprosessin pienempiin, keskeytettäviin työyksiköihin.

React Fiberin taustalla olevat avainkäsitteet ovat:

• Fibers: Fiber on JavaScript-objekti, joka edustaa työyksikköä. Se sisältää tietoa komponentista, sen syötteestä ja sen tulostuksesta. Jokaisella React-komponentilla on vastaava fiber.
• WorkLoop: Work loop on silmukka, joka käy läpi fiber-puun ja suorittaa tarvittavan työn jokaiselle fiberille.
• Aikataulutus: Aikatauluttaja päättää, milloin työyksikkö aloitetaan, keskeytetään, jatketaan tai hylätään prioriteetin perusteella.

Fiber-arkkitehtuurin edut

Fiber-arkkitehtuuri tarjoaa useita merkittäviä etuja:

• Keskeytettävä sovittelu: Fiber antaa Reactille mahdollisuuden keskeyttää ja jatkaa sovitusprosessia, estäen pitkäkestoisia tehtäviä estämästä pääsäiettä. Tämä varmistaa, että käyttöliittymä pysyy responsiivisena jopa monimutkaisten päivitysten aikana.
• Prioriteettipohjaiset päivitykset: Fiber mahdollistaa Reactin asettamaan eri tyyppiset päivitykset prioriteettijärjestykseen. Esimerkiksi käyttäjävuorovaikutukselle, kuten kirjoittamiselle tai napsauttamiselle, voidaan antaa korkeampi prioriteetti kuin taustatehtäville, kuten tietojen noutamiselle. Tämä varmistaa, että tärkeimmät päivitykset käsitellään ensin.
• Asynkroninen renderöinti: Fiber mahdollistaa Reactin suorittamaan renderöinnin asynkronisesti. Tämä tarkoittaa, että React voi aloittaa komponentin renderöinnin ja sitten keskeyttää sen, jotta selain voi käsitellä muita tehtäviä, kuten käyttäjän syötettä tai animaatioita. Tämä parantaa sovelluksen yleistä suorituskykyä ja responsiivisuutta.
• Parannettu virheiden käsittely: Fiber tarjoaa paremman virheiden käsittelyn sovitusprosessin aikana. Jos renderöinnin aikana tapahtuu virhe, React voi palautua sulavammin ja estää koko sovelluksen kaatumisen.

Harkitse yhteistyössä tapahtuvaa asiakirjojen muokkaussovellusta. Fiberin avulla eri käyttäjien tekemät muokkaukset voidaan käsitellä eri prioriteeteilla. Nykyisen käyttäjän reaaliaikainen kirjoittaminen saa korkeimman prioriteetin, mikä varmistaa välittömän palautteen. Muiden käyttäjien päivitykset tai taustalla tapahtuva automaattinen tallennus voidaan käsitellä pienemmällä prioriteetilla, mikä minimoi häiriöt aktiivisen käyttäjän kokemukselle.

Fiber-rakenteen ymmärtäminen

Jokainen React-komponentti on esitetty Fiber-solmulla. Fiber-solmu sisältää tietoa komponentin tyypistä, propseista, tilasta ja sen suhteista muihin Fiber-solmuihin puussa. Tässä on joitain Fiber-solmun tärkeitä ominaisuuksia:

• type: Komponentin tyyppi (esim. funktiokomponentti, luokkakomponentti, DOM-elementti).
• key: Komponentille välitetty key-proppi.
• props: Komponentille välitetyt propsit.
• stateNode: Komponentin instanssi (luokkakomponenteille) tai null (funktiokomponenteille).
• child: Osoitin ensimmäiseen lapsi-Fiber-solmuun.
• sibling: Osoitin seuraavaan sisarus-Fiber-solmuun.
• return: Osoitin vanhempi-Fiber-solmuun.
• alternate: Osoitin Fiber-solmuun, joka edustaa komponentin edellistä tilaa.
• effectTag: Lippu, joka osoittaa DOM:issa tehtävän päivityksen tyypin.

alternate-ominaisuus on erityisen tärkeä. Sen avulla React voi seurata komponentin edellisiä ja nykyisiä tiloja. Sovitusprosessin aikana React vertaa nykyistä Fiber-solmua sen alternate-solmuun määrittääkseen muutokset, jotka on tehtävä DOM:issa.

WorkLoop-algoritmi

Work loop on Fiber-arkkitehtuurin ydin. Se vastaa fiber-puun läpikäymisestä ja tarvittavan työn suorittamisesta jokaiselle fiberille. Work loop on toteutettu rekursiivisena funktiona, joka käsittelee fibereitä yksi kerrallaan.

Work loop koostuu kahdesta päävaiheesta:

• Renderöintivaihe: Renderöintivaiheen aikana React läpikäy fiber-puun ja määrittää DOM:issa tehtävät muutokset. Tämä vaihe on keskeytettävä, mikä tarkoittaa, että React voi keskeyttää ja jatkaa sitä milloin tahansa.
• Commit-vaihe: Commit-vaiheen aikana React soveltaa muutokset DOM:iin. Tämä vaihe ei ole keskeytettävä, mikä tarkoittaa, että Reactin on suoritettava se loppuun, kun se on käynnistetty.

Renderöintivaihe yksityiskohtaisesti

Renderöintivaihe voidaan jakaa edelleen kahteen alavaiheeseen:

• beginWork: beginWork-funktio vastaa nykyisen Fiber-solmun käsittelystä ja lapsi-Fiber-solmujen luomisesta. Se määrittää, pitääkö komponentti päivittää, ja jos näin on, luo uusia Fiber-solmuja sen lapsille.
• completeWork: completeWork-funktio vastaa nykyisen Fiber-solmun käsittelystä sen lasten käsittelyn jälkeen. Se päivittää DOM:in ja laskee komponentin asettelun.

beginWork-funktio suorittaa seuraavat tehtävät:

1. Tarkistaa, pitääkö komponentti päivittää.
2. Jos komponentti on päivitettävä, se vertaa uusia propseja ja tilaa edellisiin propseihin ja tilaan määrittääkseen tehtävät muutokset.
3. Luo uusia Fiber-solmuja komponentin lapsille.
4. Asettaa effectTag-ominaisuuden Fiber-solmussa osoittamaan DOM:issa tehtävän päivityksen tyyppiä.

completeWork-funktio suorittaa seuraavat tehtävät:

1. Päivittää DOM:in muutoksilla, jotka määritettiin beginWork-funktion aikana.
2. Laskee komponentin asettelun.
3. Kerää sivuvaikutukset, jotka on suoritettava commit-vaiheen jälkeen.

Commit-vaihe yksityiskohtaisesti

Commit-vaihe vastaa muutosten soveltamisesta DOM:iin. Tämä vaihe ei ole keskeytettävä, mikä tarkoittaa, että Reactin on suoritettava se loppuun, kun se on käynnistetty. Commit-vaihe koostuu kolmesta alavaiheesta:

• beforeMutation: Tämä vaihe suoritetaan ennen DOM:in muuttamista. Sitä käytetään suorittamaan tehtäviä, kuten valmistelemaan DOM:in päivityksiä varten.
• mutation: Tässä vaiheessa varsinaiset DOM-muutokset suoritetaan. React päivittää DOM:in Fiber-solmujen effectTag-ominaisuuden perusteella.
• layout: Tämä vaihe suoritetaan DOM:in muuttamisen jälkeen. Sitä käytetään suorittamaan tehtäviä, kuten komponentin asettelun päivittäminen ja elinkaarimenetelmien suorittaminen.

Käytännön esimerkkejä ja koodikatkelmia

Havainnollistetaan Fiber-sovellusprosessia yksinkertaistetulla esimerkillä. Harkitse komponenttia, joka näyttää luettelon kohteista:

```javascript function ItemList({ items }) { return (

{items.map(item => (
• {item.name}
))}

); } ```

Kun items-proppi muuttuu, Reactin on sovitettava luettelo ja päivitettävä DOM vastaavasti. Näin Fiber käsittelee tämän:

1. Renderöintivaihe: beginWork-funktio vertaisi uutta items-taulukkoa edelliseen items-taulukkoon. Se tunnistaisi, mitkä kohteet on lisätty, poistettu tai päivitetty.
2. Uudet Fiber-solmut luotaisiin lisätyille kohteille, ja effectTag asetettaisiin osoittamaan, että nämä kohteet on lisättävä DOM:iin.
3. Poistettujen kohteiden Fiber-solmut merkittäisiin poistettavaksi.
4. Päivitetyt kohteiden Fiber-solmut päivitettäisiin uusilla tiedoilla.
5. Commit-vaihe: commit-vaihe soveltaisi sitten nämä muutokset varsinaiseen DOM:iin. Lisätyt kohteet lisättäisiin, poistetut kohteet poistettaisiin ja päivitetyt kohteet muokattaisiin.

key-propin käyttö on ratkaisevan tärkeää tehokkaan sovituksen kannalta. Ilman key-proppia Reactin olisi uudelleenrenderöitävä koko luettelo aina, kun items-taulukko muuttuu. key-propin avulla React voi nopeasti tunnistaa, mitkä kohteet on lisätty, poistettu tai päivitetty, ja päivittää vain nämä kohteet.

Kuvittele esimerkiksi tilanne, jossa ostoskorin kohteiden järjestys muuttuu. Jos jokaisella kohteella on ainutlaatuinen key (esim. tuotetunnus), React voi tehokkaasti järjestää kohteet uudelleen DOM:issa tarvitsematta uudelleenrenderöidä niitä kokonaan. Tämä parantaa merkittävästi suorituskykyä, erityisesti suurten luetteloiden osalta.

Aikataulutus ja priorisointi

Yksi Fiberin tärkeimmistä eduista on sen kyky aikatauluttaa ja priorisoida päivityksiä. React käyttää aikatauluttajaa määrittämään, milloin työyksikkö aloitetaan, keskeytetään, jatketaan tai hylätään sen prioriteetin perusteella. Tämän avulla React voi asettaa käyttäjävuorovaikutuksen prioriteettijärjestykseen ja varmistaa, että käyttöliittymä pysyy responsiivisena jopa monimutkaisten päivitysten aikana.

React tarjoaa useita API:ita päivitysten aikatauluttamiseen eri prioriteeteilla:

• React.render: Aikatauluttaa päivityksen oletusprioriteetilla.
• ReactDOM.unstable_deferredUpdates: Aikatauluttaa päivityksen pienemmällä prioriteetilla.
• ReactDOM.unstable_runWithPriority: Antaa sinun määrittää selkeästi päivityksen prioriteetin.

Esimerkiksi voit käyttää ReactDOM.unstable_deferredUpdates-toimintoa aikatauluttamaan päivityksiä, jotka eivät ole kriittisiä käyttökokemukselle, kuten analytiikan seuranta tai taustatietojen noutaminen.

```javascript ReactDOM.unstable_deferredUpdates(() => { // Suorita ei-kriittisiä päivityksiä täällä updateAnalyticsData(); }); ```

Virheiden käsittely Fiberillä

Fiber tarjoaa parannetun virheiden käsittelyn sovitusprosessin aikana. Kun renderöinnin aikana tapahtuu virhe, React voi siepata virheen ja estää koko sovelluksen kaatumisen. React käyttää virherajoja virheiden käsittelyyn hallitulla tavalla.

Virheraja on komponentti, joka sieppaa JavaScript-virheet missä tahansa sen lapsikomponenttipuussa, kirjaa nämä virheet ja näyttää varakäyttöliittymän kaatuneen komponenttipuun sijaan. Virherajat sieppaavat virheet renderöinnin aikana, elinkaarimenetelmissä ja konstruktoreissa koko niiden alapuolisessa puussa.

```javascript class ErrorBoundary extends React.Component { constructor(props) { super(props); this.state = { hasError: false }; } static getDerivedStateFromError(error) { // Päivitä tila niin, että seuraava renderöinti näyttää varakäyttöliittymän. return { hasError: true }; } componentDidCatch(error, errorInfo) { // Voit myös lokata virheen virheraportointipalveluun logErrorToMyService(error, errorInfo); } render() { if (this.state.hasError) { // Voit renderöidä minkä tahansa mukautetun varakäyttöliittymän return

Jokin meni pieleen.

; } return this.props.children; } } ```

Voit käyttää virherajoja käärimään minkä tahansa komponentin, joka saattaa heittää virheen. Tämä varmistaa, että sovelluksesi pysyy vakaana, vaikka jotkin komponentit epäonnistuisivat.

```javascript ```

Fiberin virheenkorjaus

Fiberiä käyttävien React-sovellusten virheenkorjaus voi olla haastavaa, mutta on olemassa useita työkaluja ja tekniikoita, jotka voivat auttaa. React DevTools -selainlaajennus tarjoaa tehokkaan joukon työkaluja komponenttipuun tarkasteluun, suorituskyvyn profilointiin ja virheiden virheenkorjaukseen.

React Profiler antaa sinun tallentaa sovelluksesi suorituskyvyn ja tunnistaa pullonkauloja. Voit käyttää Profileria nähdäksesi, kuinka kauan jokainen komponentti vie renderöintiin ja tunnistaa suorituskykyongelmia aiheuttavat komponentit.

React DevTools tarjoaa myös komponenttipuunäkymän, jonka avulla voit tarkastella kunkin komponentin propseja, tilaa ja Fiber-solmua. Tämä voi olla hyödyllistä ymmärtää, miten komponenttipuu on rakenteeltaan ja miten sovitusprosessi toimii.

Johtopäätös

React Fiber -arkkitehtuuri edustaa merkittävää parannusta perinteiseen sovellusprosessiin verrattuna. Jakamalla sovitusprosessin pienempiin, keskeytettäviin työyksiköihin Fiber mahdollistaa Reactin parantamaan sovellusten responsiivisuutta ja havaittua suorituskykyä, erityisesti monimutkaisissa skenaarioissa.

Fiberin keskeisten käsitteiden, kuten fibereiden, work loopeiden ja aikataulutuksen, ymmärtäminen on välttämätöntä suorituskykyisten React-sovellusten rakentamisessa. Hyödyntämällä Fiberin ominaisuuksia voit luoda käyttöliittymiä, jotka ovat responsiivisempia, kestävämpiä ja tarjoavat paremman käyttökokemuksen.

Reactin kehittyessä Fiber pysyy sen arkkitehtuurin keskeisenä osana. Pysymällä ajan tasalla Fiberin viimeisimmistä kehityksistä voit varmistaa, että React-sovelluksesi hyödyntävät täysimääräisesti sen tarjoamia suorituskykyetuja.

Tässä on joitain keskeisiä huomioita:

• React Fiber on Reactin sovitusalgoritmin täydellinen uudelleenkirjoitus.
• Fiber antaa Reactille mahdollisuuden keskeyttää ja jatkaa sovitusprosessia, estäen pitkäkestoisia tehtäviä estämästä pääsäiettä.
• Fiber mahdollistaa Reactin priorisoida eri tyyppisiä päivityksiä.
• Fiber tarjoaa paremman virheiden käsittelyn sovitusprosessin aikana.
• key-proppi on ratkaisevan tärkeä tehokkaan sovituksen kannalta.
• React DevTools -selainlaajennus tarjoaa tehokkaan joukon työkaluja Fiber-sovellusten virheenkorjaukseen.

Hyväksymällä React Fiberin ja ymmärtämällä sen periaatteet kehittäjät ympäri maailmaa voivat rakentaa suorituskykyisempiä ja käyttäjäystävällisempiä verkkosovelluksia riippumatta heidän sijainnistaan tai projektien monimutkaisuudesta.