Tajni sastojak Reacta: Detaljna analiza Reconciliation algoritma i Virtual DOM usporedbe

` mogao bi biti predstavljen ovako:

{ type: 'div', props: { className: 'container', children: 'Hello World' } }

Budući da su to samo JavaScript objekti, njihovo stvaranje i manipuliranje je nevjerojatno brzo. Ne uključuje nikakvu interakciju s API-jima preglednika, tako da nema reflowova ili repaintova.

Kako Virtualni DOM radi?

VDOM omogućuje deklarativan pristup razvoju korisničkog sučelja. Umjesto da pregledniku govorite kako promijeniti DOM korak po korak (imperativno), jednostavno deklarirate kako bi korisničko sučelje trebalo izgledati za određeno stanje (deklarativno). React se brine za ostalo.

Proces izgleda ovako:

1. Početno renderiranje: Kada se vaša aplikacija prvi put učita, React stvara cjelovito Virtual DOM stablo za vaše korisničko sučelje i koristi ga za generiranje početnog stvarnog DOM-a.
2. Ažuriranje stanja: Kada se stanje aplikacije promijeni (npr. korisnik klikne gumb), React stvara novo Virtual DOM stablo koje odražava novo stanje.
3. Uspoređivanje (Diffing): React sada ima dva Virtual DOM stabla u memoriji: staro (prije promjene stanja) i novo. Zatim pokreće svoj "diffing" algoritam kako bi usporedio ta dva stabla i identificirao točne razlike.
4. Grupiranje i ažuriranje: React izračunava najučinkovitiji i minimalan skup operacija potrebnih za ažuriranje stvarnog DOM-a kako bi odgovarao novom Virtualnom DOM-u. Te se operacije grupiraju i primjenjuju na stvarni DOM u jednom, optimiziranom slijedu.

Grupiranjem ažuriranja, React minimizira izravnu interakciju sa sporim DOM-om, značajno poboljšavajući performanse. Srž ove učinkovitosti leži u koraku "uspoređivanja" (diffing), koji je formalno poznat kao Reconciliation algoritam.

Srce Reacta: Reconciliation algoritam

Reconciliation (usklađivanje) je proces kroz koji React ažurira DOM kako bi odgovarao najnovijem stablu komponenti. Algoritam koji obavlja ovu usporedbu je ono što nazivamo "diffing algoritam".

Teoretski, pronalaženje minimalnog broja transformacija za pretvaranje jednog stabla u drugo je vrlo složen problem, s algoritamskom složenošću reda O(n³), gdje je n broj čvorova u stablu. To bi bilo presporo za stvarne aplikacije. Kako bi riješili ovaj problem, Reactov tim je donio neke briljantne opservacije o tome kako se web aplikacije obično ponašaju i implementirao heuristički algoritam koji je mnogo brži—radi u O(n) vremenu.

Heuristike: Kako učiniti uspoređivanje brzim i predvidljivim

Reactov diffing algoritam izgrađen je na dvije primarne pretpostavke ili heuristike:

Heuristika 1: Različiti tipovi elemenata proizvode različita stabla

Ovo je prvo i najjednostavnije pravilo. Prilikom usporedbe dva VDOM čvora, React prvo gleda njihov tip. Ako je tip korijenskih elemenata različit, React pretpostavlja da programer ne želi pokušati pretvoriti jedan u drugi. Umjesto toga, poduzima drastičniji, ali predvidljiv pristup:

• Ruši cijelo staro stablo, demontira sve stare komponente i uništava njihovo stanje.
• Gradi potpuno novo stablo od nule na temelju novog tipa elementa.

Na primjer, razmotrite ovu promjenu:

Prije: <div><Counter /></div>
Poslije: <span><Counter /></span>

Iako je dječja `Counter` komponenta ista, React vidi da se korijen promijenio iz `div` u `span`. U potpunosti će demontirati stari `div` i `Counter` instancu unutar njega (gubeći njezino stanje), a zatim montirati novi `span` i potpuno novu instancu `Counter` komponente.

Ključni zaključak: Izbjegavajte mijenjanje tipa korijenskog elementa podstabla komponente ako želite sačuvati njezino stanje ili izbjeći potpuno ponovno renderiranje tog podstabla.

Heuristika 2: Programeri mogu nagovijestiti stabilne elemente pomoću `key` propa

Ovo je vjerojatno najkritičnija heuristika koju programeri trebaju razumjeti i ispravno primijeniti. Kada React uspoređuje popis dječjih elemenata, njegovo zadano ponašanje je iterirati kroz oba popisa djece istovremeno i generirati mutaciju gdje god postoji razlika.

Problem s uspoređivanjem temeljenim na indeksu

Zamislimo da imamo popis stavki i dodamo novu stavku na početak popisa bez korištenja ključeva.

Početni popis:

• Stavka B
• Stavka C

Ažurirani popis (dodana 'Stavka A' na početak):

• Stavka A
• Stavka B
• Stavka C

Bez ključeva, React obavlja jednostavnu usporedbu temeljenu na indeksu:

1. Uspoređuje staru stavku na indeksu 0 ('Stavka B') s novom stavkom na indeksu 0 ('Stavka A'). Različite su, pa mutira prvu stavku.
2. Uspoređuje staru stavku na indeksu 1 ('Stavka C') s novom stavkom na indeksu 1 ('Stavka B'). Različite su, pa mutira drugu stavku.
3. Vidi da postoji nova stavka na indeksu 2 ('Stavka C') i umeće je.

Ovo je vrlo neučinkovito. React je izvršio dvije nepotrebne mutacije i jedno umetanje, kada je sve što je bilo potrebno bilo jedno umetanje na početku. Da su ove stavke popisa bile složene komponente s vlastitim stanjem, to bi moglo dovesti do ozbiljnih problema s performansama i bugova, jer bi se stanje moglo pomiješati između komponenti.

Snaga `key` propa

`key` prop pruža rješenje. To je poseban string atribut koji trebate uključiti prilikom stvaranja popisa elemenata. Ključevi daju Reactu stabilan identitet za svaki element.

Vratimo se istom primjeru, ali ovaj put sa stabilnim, jedinstvenim ključevima:

Početni popis:

• Stavka B
• Stavka C

Ažurirani popis:

• Stavka A
• Stavka B
• Stavka C

Sada je Reactov proces uspoređivanja mnogo pametniji:

1. React gleda djecu novog popisa i pronalazi elemente s ključevima 'b' i 'c'.
2. Zna da elementi s ključevima 'b' i 'c' već postoje u starom popisu, pa ih jednostavno premješta.
3. Vidi da postoji novi element s ključem 'a' koji prije nije postojao, pa ga stvara i umeće.

Ovo je daleko učinkovitije. React ispravno identificira da treba izvršiti samo jedno umetanje. Komponente povezane s ključevima 'b' i 'c' su sačuvane, održavajući svoje unutarnje stanje.

Kritično pravilo za ključeve: Ključevi moraju biti stabilni, predvidljivi i jedinstveni među svojom braćom (sibling elementima). Korištenje indeksa polja kao ključa (`items.map((item, index) =>

...

)`) je anti-uzorak ako se popis ikada može preurediti, filtrirati ili ako se stavke dodaju/uklanjaju iz sredine, jer to dovodi do istih problema kao i da nemate ključ. Najbolji ključevi su jedinstveni identifikatori iz vaših podataka, poput ID-a iz baze podataka.

Evolucija: Od Stack do Fiber arhitekture

Gore opisani reconciliation algoritam bio je temelj Reacta dugi niz godina. Međutim, imao je jedno veliko ograničenje: bio je sinkron i blokirajući. Ova originalna implementacija sada se naziva Stack Reconciler.

Stari način: Stack Reconciler

U Stack Reconcileru, kada bi ažuriranje stanja pokrenulo ponovno renderiranje, React bi rekurzivno prolazio kroz cijelo stablo komponenti, izračunavao promjene i primjenjivao ih na DOM—sve u jednom, neprekinutom slijedu. Za mala ažuriranja, to je bilo u redu. Ali za velika stabla komponenti, ovaj proces mogao je potrajati značajno vrijeme (npr. više od 16ms), blokirajući glavnu nit preglednika. To bi uzrokovalo da korisničko sučelje postane neodzivno, što bi dovelo do ispuštenih sličica (frames), trzavih animacija i lošeg korisničkog iskustva.

Predstavljanje React Fibera (React 16+)

Kako bi riješio ovaj problem, React tim je poduzeo višegodišnji projekt potpunog prepisivanja temeljnog reconciliation algoritma. Rezultat, objavljen u Reactu 16, zove se React Fiber.

Fiber arhitektura dizajnirana je od temelja kako bi omogućila konkurentnost—sposobnost Reacta da radi na više zadataka istovremeno i prebacuje se između njih na temelju prioriteta.

"Fiber" je običan JavaScript objekt koji predstavlja jedinicu rada. Sadrži informacije o komponenti, njezinom unosu (props) i izlazu (children). Umjesto rekurzivnog prolaska koji se nije mogao prekinuti, React sada obrađuje povezanu listu fiber čvorova, jedan po jedan.

Ova nova arhitektura otključala je nekoliko ključnih sposobnosti:

• Inkrementalno renderiranje: Može podijeliti posao renderiranja u male dijelove i rasporediti ga na više sličica (frames).
• Prioritizacija: Može dodijeliti različite razine prioriteta različitim vrstama ažuriranja. Na primjer, korisnikov unos u polje za unos ima veći prioritet od podataka koji se dohvaćaju u pozadini.
• Mogućnost pauziranja i prekidanja: Može pauzirati rad na ažuriranju niskog prioriteta kako bi obradio ono visokog prioriteta, te čak može prekinuti ili ponovno iskoristiti rad koji više nije potreban.

Dvije faze Fibera

Pod Fiberom, proces renderiranja podijeljen je u dvije različite faze:

1. Faza renderiranja/usklađivanja (asinkrona): U ovoj fazi, React obrađuje fiber čvorove kako bi izgradio "work-in-progress" stablo. Poziva `render` metode komponenti i pokreće diffing algoritam kako bi utvrdio koje promjene treba napraviti na DOM-u. Ključno, ova faza je prekidiva. React može pauzirati ovaj rad kako bi obavio nešto važnije i nastaviti ga kasnije. Budući da se može prekinuti, React ne primjenjuje nikakve stvarne promjene na DOM-u tijekom ove faze kako bi izbjegao nedosljedno stanje korisničkog sučelja.
2. Faza predaje (Commit Phase) (sinkrona): Jednom kada je "work-in-progress" stablo dovršeno, React ulazi u fazu predaje (commit). Uzima izračunate promjene i primjenjuje ih na stvarni DOM. Ova faza je sinkrona i ne može se prekinuti. To osigurava da korisnik uvijek vidi dosljedno korisničko sučelje. Metode životnog ciklusa poput `componentDidMount` i `componentDidUpdate`, kao i `useLayoutEffect` i `useEffect` hookovi, izvršavaju se tijekom ove faze.

Fiber arhitektura temelj je za mnoge moderne značajke Reacta, uključujući `Suspense`, konkurentno renderiranje, `useTransition` i `useDeferredValue`, koje sve pomažu programerima u izgradnji responzivnijih i fluidnijih korisničkih sučelja.

Praktične strategije optimizacije za programere

Razumijevanje Reactovog procesa usklađivanja daje vam moć pisanja performantnijeg koda. Evo nekoliko praktičnih strategija:

1. Uvijek koristite stabilne i jedinstvene ključeve za popise

Ovo se ne može dovoljno naglasiti. To je najvažnija pojedinačna optimizacija za popise. Koristite jedinstveni ID iz vaših podataka (npr. `product.id`). Izbjegavajte korištenje indeksa polja osim ako je popis potpuno statičan i nikada se neće mijenjati.

2. Izbjegavajte nepotrebna ponovna renderiranja

Komponenta se ponovno renderira ako se njezino stanje promijeni ili ako se njezin roditelj ponovno renderira. Ponekad se komponenta ponovno renderira čak i kada bi njezin izlaz bio identičan. To možete spriječiti pomoću:

• `React.memo()`: Komponenta višeg reda (HOC) za funkcijske komponente. Obavlja plitku usporedbu propsa komponente. Ako se props nisu promijenili, React će preskočiti ponovno renderiranje komponente i ponovno iskoristiti posljednji renderirani rezultat.
• `useCallback()`: Funkcije definirane unutar komponente ponovno se stvaraju pri svakom renderiranju. Ako te funkcije prosljeđujete kao props dječjoj komponenti omotanoj u `React.memo`, dijete će se ponovno renderirati jer je funkcijski prop tehnički nova funkcija svaki put. `useCallback` memoizira samu funkciju, osiguravajući da se ponovno stvara samo ako se njezine ovisnosti promijene.
• `useMemo()`: Slično kao `useCallback`, ali za vrijednosti. Memoizira rezultat skupog izračuna. Izračun se ponovno pokreće samo ako se jedna od njegovih ovisnosti promijenila. Ovo je korisno za sprječavanje skupih izračuna pri svakom renderiranju i za održavanje stabilnih referenci na objekte/polja koji se prosljeđuju kao props.

3. Pametna kompozicija komponenti

Način na koji strukturirate svoje komponente može imati značajan utjecaj na performanse. Ako se dio stanja vaše komponente često ažurira, pokušajte ga izolirati od dijelova koji se ne ažuriraju.

Na primjer, umjesto da imate jednu veliku komponentu gdje često mijenjajuće polje za unos uzrokuje ponovno renderiranje cijele komponente, podignite to stanje u vlastitu manju komponentu. Na taj način, samo se mala komponenta ponovno renderira kada korisnik tipka.

4. Virtualizirajte duge popise

Ako trebate renderirati popise sa stotinama ili tisućama stavki, čak i s ispravnim ključevima, renderiranje svih odjednom može biti sporo i trošiti puno memorije. Rješenje je virtualizacija ili windowing. Ova tehnika uključuje renderiranje samo malog podskupa stavki koje su trenutno vidljive u prikazu (viewport). Kako se korisnik pomiče, stare se stavke demontiraju, a nove se montiraju. Biblioteke poput `react-window` i `react-virtualized` pružaju moćne i jednostavne komponente za implementaciju ovog uzorka.

Zaključak

Reactove performanse nisu slučajnost; one su rezultat promišljene i sofisticirane arhitekture usredotočene na Virtualni DOM i učinkovit Reconciliation algoritam. Apstrahiranjem izravne manipulacije DOM-om, React može grupirati i optimizirati ažuriranja na način koji bi bio nevjerojatno složen za ručno upravljanje.

Kao programeri, mi smo ključan dio ovog procesa. Razumijevanjem heuristika diffing algoritma—ispravnim korištenjem ključeva, memoiziranjem komponenti i vrijednosti te promišljenim strukturiranjem naših aplikacija—možemo raditi s Reactovim reconcilerom, a ne protiv njega. Evolucija prema Fiber arhitekturi dodatno je pomaknula granice mogućeg, omogućujući novu generaciju fluidnih i responzivnih korisničkih sučelja.

Sljedeći put kada vidite da se vaše korisničko sučelje trenutno ažurira nakon promjene stanja, odvojite trenutak da cijenite elegantan ples Virtualnog DOM-a, diffing algoritma i faze predaje koji se odvija ispod haube. Ovo razumijevanje je vaš ključ za izgradnju bržih, učinkovitijih i robusnijih React aplikacija za globalnu publiku.