פתיחת נעילת ביצועי React: לולאת העבודה של Fiber, שילוב מתזמן ותורי עדיפות

בנוף הפיתוח של פרונט-אנד המתפתח ללא הרף, ביצועים אינם רק תכונה; הם ציפייה בסיסית. עבור יישומים המשמשים מיליונים ברחבי העולם, על פני מכשירים ותנאי רשת מגוונים, השגת ממשק משתמש (UI) חלק ורספונסיבי היא חיונית. React, ספריית JavaScript מובילה לבניית ממשקי משתמש, עברה שינויים ארכיטקטוניים משמעותיים כדי להתמודד עם אתגר זה. בלב שיפורים אלו נמצאת ארכיטקטורת React Fiber, שכתוב מלא של אלגוריתם הגישור. פוסט זה יצלול לפרטים המורכבים של לולאת העבודה של React Fiber, השילוב החלק שלה עם המתזמן, והתפקיד הקריטי של תורי עדיפות בתזמור חווית משתמש יעילה וזורמת לקהל גלובלי.

התפתחות הרינדור של React: מ-Stack ל-Fiber

לפני Fiber, תהליך הרינדור של React התבסס על מחסנית קריאות רקורסיבית. כאשר קומפוננטה התעדכנה, React סרק את עץ הקומפוננטות, ובעצם בנה תיאור של שינויי ה-UI. תהליך זה, למרות שהיה יעיל עבור יישומים רבים, היה לו מגבלה משמעותית: הוא היה סינכרוני וחוסם. אם התרחש עדכון גדול או שיש צורך לעבד עץ קומפוננטות מורכב, ה-thread הראשי עלול היה להיעמס, מה שהוביל לאנימציות קופצניות, אינטראקציות לא רספונסיביות וחווית משתמש ירודה, במיוחד במכשירים פחות חזקים הנפוצים בשווקים גלובליים רבים.

שקול תרחיש נפוץ ביישומי מסחר אלקטרוני המשמשים בינלאומית: משתמש המקיים אינטראקציה עם פילטר מוצרים מורכב. עם הגישור הישן מבוסס המחסנית, החלת פילטרים מרובים בו-זמנית עלולה הייתה להקפיא את ה-UI עד שכל העדכונים הושלמו. זה היה מתסכל עבור כל משתמש, אך משפיע במיוחד באזורים שבהם קישוריות האינטרנט עשויה להיות פחות אמינה, או כאשר ביצועי המכשיר מהווים דאגה גדולה יותר.

React Fiber הוצג כדי לטפל במגבלות אלו על ידי הפעלת רינדור מקביל. בניגוד למחסנית הישנה, Fiber הוא אלגוריתם גישור ניתן לכניסה מחדש, אסינכרוני וניתן להפסקה. משמעות הדבר היא ש-React יכול להשהות את הרינדור, לבצע משימות אחרות, ולאחר מכן לחדש את הרינדור מאוחר יותר, הכל מבלי לחסום את ה-thread הראשי.

הצגת ה-Fiber Node: יחידת עבודה זריזה יותר

בבסיסו, React Fiber מגדיר מחדש את יחידת העבודה מקומפוננטה אינסטנס ל-Fiber node. חשוב על Fiber node כאובייקט JavaScript המייצג יחידת עבודה שיש לבצע. לכל קומפוננטה באפליקציית React שלך יש Fiber node תואם. צמתים אלו מקושרים יחד ליצירת עץ המשקף את עץ הקומפוננטות, אך עם תכונות נוספות המאפשרות את מודל הרינדור החדש.

תכונות מפתח של Fiber node כוללות:

• Type: סוג האלמנט (למשל, קומפוננטה פונקציונלית, קומפוננטה מבוססת קלאס, מחרוזת, אלמנט DOM).
• Key: מזהה ייחודי עבור פריטי רשימה, קריטי לעדכונים יעילים.
• Child: מצביע לצומת ה-Fiber הילד הראשון.
• Sibling: מצביע לצומת ה-Fiber האח הבא.
• Return: מצביע לצומת ה-Fiber ההורה.
• MemoizedProps: המאפיינים (props) ששימשו ל-memoization של הרינדור הקודם.
• MemoizedState: המצב (state) ששימש ל-memoization של הרינדור הקודם.
• Alternate: מצביע לצומת ה-Fiber התואם בעץ האחר (בין אם העץ הנוכחי או עץ ה-work-in-progress). זהו הבסיס לאופן שבו React מחליף בין מצבי רינדור.
• Flags: מסכות סיביות המציינות איזה סוג עבודה צריך להתבצע על צומת Fiber זה (למשל, עדכון props, הוספת אפקטים, מחיקת הצומת).
• Effects: רשימה של אפקטים הקשורים לצומת Fiber זה, כגון שיטות מחזור חיים או Hooks.

Fiber nodes אינם מנוהלים ישירות על ידי איסוף זבל של JavaScript באותה צורה שבה נוהלו אינסטנסים של קומפוננטות. במקום זאת, הם יוצרים רשימה מקושרת ש-React יכול לסרוק ביעילות. מבנה זה מאפשר ל-React לנהל ולהפסיק עבודה בקלות.

לולאת העבודה של React Fiber: תזמור תהליך הרינדור

ליבת המקביליות של React Fiber היא לולאת העבודה שלה. לולאה זו אחראית על סריקת עץ ה-Fiber, ביצוע עבודה, והחלת השינויים שהושלמו על ה-DOM. מה שהופך אותה למהפכנית הוא יכולתה להיות מושהית ומחודשת.

ניתן לחלק את לולאת העבודה באופן כללי לשני שלבים:

1. שלב הרינדור (עץ Work-in-Progress)

בשלב זה, React סורק את עץ הקומפוננטות ומבצע עבודה על Fiber nodes. עבודה זו יכולה לכלול:

• קריאה לפונקציות קומפוננטה או שיטות `render()`.
• גישור (reconciling) props ומצב.
• יצירה או עדכון של Fiber nodes.
• זיהוי תופעות לוואי (למשל, `useEffect`, `componentDidMount`).

במהלך שלב הרינדור, React בונה עץ work-in-progress. זהו עץ נפרד של Fiber nodes המייצג את המצב החדש הפוטנציאלי של ה-UI. חשוב לציין, לולאת העבודה היא ניתנת להפסקה במהלך שלב זה. אם משימה בעדיפות גבוהה יותר מגיעה (למשל, קלט משתמש), React יכולה להשהות את עבודת הרינדור הנוכחית, לעבד את המשימה החדשה, ולאחר מכן לחדש את העבודה המופסקת מאוחר יותר.

יכולת ההפסקה הזו היא המפתח להשגת חוויה חלקה. דמיין משתמש מקליד בשורת חיפוש באתר נסיעות בינלאומי. אם לחיצת מקש חדשה מגיעה בזמן ש-React עסוקה ברינדור רשימת הצעות, היא יכולה להשהות את רינדור ההצעות, לעבד את לחיצת המקש לעדכון שאילתת החיפוש, ולאחר מכן לחדש את רינדור ההצעות על בסיס הקלט החדש. המשתמש תופס תגובה מיידית להקלדה שלו, במקום עיכוב.

לולאת העבודה עוברת על Fiber nodes, בודקת את ה-`flags` שלהם כדי לקבוע איזו עבודה צריך לבצע. היא עוברת מצומת Fiber לילדיו, אז לאחיו, וחוזרת למעלה להורה, ומבצעת את הפעולות הנדרשות. סריקה זו נמשכת עד שכל העבודה הממתינה הושלמה או שלולאת העבודה הופסקה.

2. שלב ה-Commit (החלת שינויים)

לאחר ששלב הרינדור הושלם ו-React בעלת עץ work-in-progress יציב, היא נכנסת לשלב ה-commit. בשלב זה, React מבצעת תופעות לוואי ומעדכנת את ה-DOM בפועל. שלב זה הוא סינכרוני ולא ניתן להפסקה מכיוון שהוא משנה ישירות את ה-UI. React רוצה להבטיח שכאשר היא מעדכנת את ה-DOM, היא עושה זאת בפעולה אחת, אטומית, כדי למנוע הבהוב או מצבי UI לא עקביים.

במהלך שלב ה-commit, React:

• מבצעת שינויי DOM (הוספה, הסרה, עדכון אלמנטים).
• מריצה תופעות לוואי כמו `componentDidMount`, `componentDidUpdate`, ופונקציות הניקוי המוחזרות על ידי `useEffect`.
• מעדכנת הפניות לצמתי DOM.

לאחר שלב ה-commit, עץ ה-work-in-progress הופך לעץ הנוכחי, והתהליך יכול להתחיל מחדש עבור עדכונים עוקבים.

תפקיד המתזמן: תעדוף ותזמון עבודה

הטבע הניתן להפסקה של לולאת העבודה של Fiber לא יהיה שימושי מאוד ללא מנגנון שיחליט מתי לבצע עבודה ואיזו עבודה לבצע תחילה. כאן נכנס מתזמן React לתמונה.

המתזמן הוא ספרייה נפרדת, ברמה נמוכה, ש-React משתמשת בה לניהול ביצוע העבודה שלה. האחריות העיקרית שלו היא:

• תזמון עבודה: קביעה מתי להתחיל או לחדש משימות רינדור.
• תעדוף עבודה: הקצאת סדרי עדיפויות למשימות שונות, תוך הבטחה שעדכונים חשובים מטופלים באופן מיידי.
• שיתוף פעולה עם הדפדפן: הימנעות מחסימת ה-thread הראשי ומאפשרת לדפדפן לבצע משימות קריטיות כמו ציור וטיפול בקלט משתמש.

המתזמן פועל על ידי החזרת השליטה לדפדפן באופן תקופתי, מה שמאפשר לו לבצע משימות אחרות. לאחר מכן הוא מבקש לחדש את עבודתו כאשר הדפדפן פנוי או כאשר יש צורך לעבד משימה בעדיפות גבוהה יותר.

ריבוי משימות בשיתוף פעולה זה חיוני לבניית יישומים רספונסיביים, במיוחד עבור קהל גלובלי שבו השהיית רשת ויכולות מכשיר יכולים להשתנות באופן משמעותי. משתמש באזור עם אינטרנט איטי יותר עלול לחוות אפליקציה שמרגישה איטית אם רינדור React תופס את כל ה-thread הראשי של הדפדפן. המתזמן, על ידי החזרה, מבטיח שגם במהלך רינדור כבד, הדפדפן עדיין יכול להגיב לאינטראקציות משתמש או לרנדר חלקים קריטיים של ה-UI, ולספק ביצועים נתפסים חלקים הרבה יותר.

תורי עדיפות: עמוד השדרה של רינדור מקביל

כיצד המתזמן מחליט איזו עבודה לעשות קודם? כאן תורי עדיפות הופכים לבלתי ניתנים להחלפה. React מסווגת סוגים שונים של עדכונים בהתבסס על דחיפותם, ומקצה רמת עדיפות לכל אחד.

המתזמן שומר תור של משימות ממתינות, המסודרות לפי עדיפותן. כאשר מגיע הזמן לבצע עבודה, המתזמן בוחר את המשימה עם העדיפות הגבוהה ביותר מהתור.

להלן חלוקה אופיינית של רמות עדיפות (אם כי פרטי היישום המדויקים יכולים להתפתח):

• עדיפות מיידית: עבור עדכונים דחופים שלא צריך לדחות, כמו תגובה לקלט משתמש (למשל, הקלדה בשדה טקסט). אלו מטופלים בדרך כלל באופן סינכרוני או עם דחיפות גבוהה מאוד.
• עדיפות חוסמת משתמש: עבור עדכונים שמונעים אינטראקציית משתמש, כמו הצגת דיאלוג מודאלי או תפריט נפתח. אלו צריכים להיות מעובדים במהירות כדי למנוע חסימת המשתמש.
• עדיפות רגילה: עבור עדכונים כלליים שאין להם השפעה מיידית על אינטראקציית משתמש, כמו שליפת נתונים ורינדור רשימה.
• עדיפות נמוכה: עבור עדכונים לא קריטיים שניתן לדחות, כמו אירועי ניתוח או חישובים ברקע.
• עדיפות Offscreen: עבור קומפוננטות שאינן נראות כרגע על המסך (למשל, רשימות מחוץ למסך, לשוניות מוסתרות). אלו יכולים להיות מעובדים עם העדיפות הנמוכה ביותר או אפילו לדלג עליהם במידת הצורך.

המתזמן משתמש בעדיפויות אלו כדי להחליט מתי להפסיק עבודה קיימת ומתי לחדש אותה. לדוגמה, אם משתמש מקליד בשדה קלט (עדיפות מיידית) בזמן ש-React מעבדת רשימה גדולה של תוצאות חיפוש (עדיפות רגילה), המתזמן יעצור את עיבוד הרשימה, יעבד את אירוע הקלט, ולאחר מכן יחדש את עיבוד הרשימה, אולי עם נתונים מעודכנים המבוססים על הקלט החדש.

דוגמה בינלאומית מעשית:

שקול כלי שיתוף פעולה בזמן אמת המשמש צוותים ביבשות שונות. משתמש עשוי לערוך מסמך (עדיפות גבוהה, עדכון מיידי) בזמן שמשתמש אחר צופה בתרשים מוטמע גדול הדורש עיבוד משמעותי (עדיפות רגילה). אם מגיעה הודעה חדשה מקולגה (עדיפות חוסמת משתמש, מכיוון שהיא דורשת תשומת לב), המתזמן יבטיח שהתראת ההודעה תוצג באופן מיידי, אולי תוך השהיית עיבוד התרשים, ולאחר מכן יחדש את עיבוד התרשים לאחר שההודעה טופלה.

תעדוף מתוחכם זה מבטיח שעדכונים קריטיים הפונים למשתמש תמיד יהיו בעדיפות, מה שמוביל לחוויה רספונסיבית ונעימה יותר, ללא קשר למיקום המשתמש או למכשיר שלו.

כיצד Fiber משתלב עם המתזמן

השילוב בין Fiber למתזמן הוא מה שהופך את React המקביל לאפשרי. המתזמן מספק את המנגנון להחזרת והמשכת משימות, בעוד שהטבע הניתן להפסקה של Fiber מאפשר לפירוק משימות אלו ליחידות עבודה קטנות יותר.

להלן זרימה פשוטה של ​​האינטראקציה שלהם:

1. מתרחש עדכון: מצב קומפוננטה משתנה, או props מתעדכנים.
2. המתזמן מתזמן את העבודה: המתזמן מקבל את העדכון ומקצה לו עדיפות. הוא מכניס את צומת ה-Fiber המתאים לעדכון לתור העדיפות המתאים.
3. המתזמן מבקש לרנדר: כאשר ה-thread הראשי פנוי או שיש לו קיבולת, המתזמן מבקש לבצע את העבודה בעדיפות הגבוהה ביותר.
4. לולאת העבודה של Fiber מתחילה: לולאת העבודה של React מתחילה לסרוק את עץ ה-work-in-progress.
5. מבוצעת עבודה: Fiber nodes מעובדים, ושינויים מזוהים.
6. הפסקה: אם משימה בעדיפות גבוהה יותר הופכת זמינה (למשל, קלט משתמש) או אם העבודה הנוכחית חורגת מתקציב זמן מסוים, המתזמן יכול להפסיק את לולאת העבודה של Fiber. המצב הנוכחי של עץ ה-work-in-progress נשמר.
7. מטופלת משימה בעדיפות גבוהה יותר: המתזמן מעבד את המשימה החדשה בעדיפות גבוהה, שעשויה לכלול מעבר רינדור חדש.
8. המשכה: לאחר שטופלה המשימה בעדיפות הגבוהה יותר, המתזמן יכול לחדש את לולאת העבודה של Fiber שהופסקה מהמקום בו הפסיקה, תוך שימוש במצב שנשמר.
9. שלב ה-commit: לאחר שכל העבודה המתועדפת הושלמה בשלב הרינדור, React מבצעת את שלב ה-commit כדי לעדכן את ה-DOM.

משחק הדדיות זה מבטיח ש-React יכולה להתאים באופן דינמי את תהליך הרינדור שלה בהתבסס על הדחיפות של עדכונים שונים וזמינות ה-thread הראשי.

יתרונות של Fiber, המתזמן ותורי עדיפות עבור יישומים גלובליים

השינויים הארכיטקטוניים שהוצגו עם Fiber והמתזמן מציעים יתרונות משמעותיים, במיוחד עבור יישומים עם בסיס משתמשים גלובלי:

• רספונסיביות משופרת: על ידי מניעת חסימת ה-thread הראשי, יישומים נשארים רספונסיביים לאינטראקציות משתמש, אפילו במהלך משימות רינדור מורכבות. זה חיוני למשתמשים במכשירים ניידים או עם חיבורי אינטרנט איטיים הנפוצים בחלקים רבים של העולם.
• חווית משתמש חלקה יותר: רינדור ניתן להפסקה פירושו שאנימציות ומעברים יכולים להיות זורמים יותר, ועדכונים קריטיים (כמו שגיאות אימות טפסים) יכולים להיות מוצגים באופן מיידי מבלי להמתין למשימות חשובות פחות אחרות להשלמה.
• ניצול משאבים טוב יותר: המתזמן יכול לקבל החלטות חכמות יותר לגבי מתי וכיצד לרנדר, מה שמוביל לשימוש יעיל יותר במשאבי מכשיר, וזה חשוב לחיי סוללה במכשירים ניידים ולביצועים בחומרה ישנה יותר.
• שימור משתמשים משופר: אפליקציה חלקה ורספונסיבית באופן עקבי בונה אמון ושביעות רצון של משתמשים, מה שמוביל לשיעורי שימור טובים יותר ברחבי העולם. אפליקציה איטית או לא רספונסיבית יכולה להוביל במהירות למשתמשים לנטוש אותה.
• סקלאביליות עבור ממשקי UI מורכבים: ככל שיישומים גדלים וכוללים יותר תכונות דינמיות, הארכיטקטורה של Fiber מספקת בסיס איתן לניהול דרישות רינדור מורכבות מבלי לוותר על ביצועים.

עבור אפליקציית פינטק גלובלית, למשל, הבטחת עדכוני נתוני שוק בזמן אמת מוצגים באופן מיידי תוך כדי מתן אפשרות למשתמשים לנווט בממשק ללא השהיה היא קריטית. Fiber והמנגנונים הקשורים אליו מאפשרים זאת.

מושגי מפתח לזכור

• Fiber Node: יחידת העבודה החדשה והגמישה יותר ב-React, המאפשרת רינדור הניתן להפסקה.
• Work Loop: התהליך הליבה שסורק את עץ ה-Fiber, מבצע עבודת רינדור, ומחיל שינויים.
• Render Phase: השלב הניתן להפסקה שבו React בונה את עץ ה-work-in-progress.
• Commit Phase: השלב הסינכרוני, הלא-ניתן-להפסקה, שבו מוחלים שינויי DOM ותופעות לוואי.
• React Scheduler: הספרייה האחראית על ניהול ביצוע משימות React, תעדוף אותן, ושיתוף פעולה עם הדפדפן.
• Priority Queues: מבני נתונים המשמשים את המתזמן לסדר משימות על בסיס דחיפותן, תוך הבטחה שעדכונים קריטיים מטופלים תחילה.
• Concurrent Rendering: היכולת של React להשהות, לחדש ולתעדף משימות רינדור, המובילה ליישומים רספונסיביים יותר.

סיכום

React Fiber מייצג קפיצת דרך משמעותית באופן שבו React מטפלת ברינדור. על ידי החלפת הגישור הישן מבוסס המחסנית בארכיטקטורת Fiber ניתנת להפסקה וניתנת לכניסה מחדש, ושילוב עם מתזמן מתוחכם המנצל תורי עדיפות, React פתחה יכולות רינדור מקביל אמיתיות. זה לא רק מוביל ליישומים יעילים ורספונסיביים יותר, אלא גם מספק חווית משתמש שוויונית יותר עבור קהל גלובלי מגוון, ללא קשר למכשיר, תנאי הרשת או המיומנות הטכנית שלהם. הבנת המנגנונים הבסיסיים הללו חיונית לכל מפתח השואף לבנות יישומים איכותיים, יעילים וידידותיים למשתמש עבור האינטרנט המודרני.

כאשר אתם ממשיכים לבנות עם React, זכרו את המושגים הללו. הם הגיבורים השקטים מאחורי החוויות החלקות והרציפות שאנו מצפים להן מיישומי ווב מובילים ברחבי העולם. על ידי מינוף הכוח של Fiber, המתזמן ותעדוף חכם, תוכלו להבטיח שהיישומים שלכם ירשימו משתמשים בכל יבשת.