Reactのコンカレントレンダリングパイプラインをマスターする：フレームバジェット管理ガイド

今日のダイナミックなウェブ環境において、シームレスで応答性の高いユーザーエクスペリエンスを提供することは最も重要です。世界中のユーザーは、アプリケーションが滑らかで、インタラクティブで、カクつきがないことを期待しています。Reactのコンカレントレンダリングの導入は、私たちがパフォーマンスに取り組む方法に革命をもたらし、これらの目標を達成するための強力なツールを提供しました。このパラダイムシフトの中心にあるのが、フレームバジェット管理の概念です。この包括的なガイドでは、Reactのコンカレントレンダリングパイプラインを探求し、多様なデバイスやネットワーク条件下で一貫してスムーズなユーザーインターフェースを確保するために、フレームバジェットを効果的に管理する方法に焦点を当てます。

フレームバジェットを理解する

Reactの具体的なメカニズムに飛び込む前に、フレームバジェットという基本的な概念を理解することが重要です。コンピュータグラフィックスやUI開発において、フレームとは画面に表示される単一の画像のことです。動きやインタラクティブ性の錯覚を生み出すために、これらのフレームは高速で連続的にレンダリングされ表示されます。ほとんどの現代的なディスプレイの目標フレームレートは毎秒60フレーム（FPS）です。これは、各フレームが約16.67ミリ秒（1000ms / 60 FPS）以内にレンダリングされ、ユーザーに提示されなければならないことを意味します。

したがって、フレームバジェットとは、単一のフレームに必要なすべての作業を完了するために割り当てられた時間です。この作業には通常、以下のものが含まれます：

• JavaScriptの実行： Reactコンポーネント、イベントハンドラ、ビジネスロジックの実行。
• レイアウト計算（リフロー）： 画面上の要素の位置と寸法の決定。
• ペインティング（リペイント）： UIを構成するピクセルの描画。
• コンポジット： 異なる視覚要素のレイヤー化と結合。

これらのステップのいずれかが割り当てられた時間より長くかかると、ブラウザは新しいフレームをスケジュール通りに提示できなくなり、フレーム落ちやカクカクした応答性のないユーザーエクスペリエンスにつながります。これはしばしばジャンクと呼ばれます。

Reactのコンカレントレンダリングパイプライン解説

従来のReactのレンダリングは、大部分が同期的でブロッキングでした。ステートの更新が発生すると、Reactは変更をDOMにコミットし、このプロセスはメインスレッドをブロックし、ユーザー入力の処理やアニメーションといった他の重要なタスクの実行を妨げる可能性がありました。コンカレントレンダリングは、レンダリングタスクを中断し再開する能力を導入することで、これを根本的に変えます。

Reactのコンカレントレンダリングパイプラインの主な特徴は次のとおりです：

• 優先順位付け： Reactは異なるレンダリングタスクに優先順位を付けることができるようになりました。例えば、緊急の更新（ユーザーのタイピングなど）は、緊急性の低い更新（バックグラウンドでのデータフェッチなど）よりも高い優先順位が与えられます。
• プリエンプション： より優先度の高いタスクが利用可能になった場合、Reactは優先度の低いレンダリングタスクを中断できます。これにより、重要なユーザーインタラクションが長時間ブロックされることがなくなります。
• タイマー： コンカレントレンダリングは、内部タイマーを利用して作業を管理・スケジュールし、メインスレッドを空けておくことを目指します。Suspense： この機能により、コンポーネントはUI全体をブロックすることなくデータを「待つ」ことができ、その間はフォールバックUIを表示します。

このパイプラインの目標は、大きなレンダリングタスクをフレームバジェットを超えずに実行できる小さなチャンクに分割することです。ここでスケジューリングが重要になります。

スケジューラの役割

Reactのスケジューラは、コンカレントレンダリングを調整するエンジンです。以下の役割を担います：

• 更新リクエスト（例：`setState`から）の受信。
• 各更新への優先順位の割り当て。
• メインスレッドのブロックを避けるために、レンダリング作業をいつ開始し停止するかを決定。
• 不要な再レンダリングを最小限に抑えるための更新のバッチ処理。

スケジューラは、1フレームあたりに行われる作業量を妥当な範囲内に保つことを目指し、フレームバジェットを効果的に管理します。これは、潜在的に大きなレンダーを非同期に処理できる個別の作業単位に分割することで機能します。スケジューラが現在のフレームのバジェットが超過しそうだと検出した場合、現在のレンダリングタスクを一時停止し、ブラウザに制御を譲り、ユーザー入力やペインティングなどの他の重要なイベントを処理させることができます。

Reactにおけるフレームバジェット管理の戦略

コンカレントなReactアプリケーションでフレームバジェットを効果的に管理するには、Reactの能力を理解し、コンポーネント設計とステート管理のベストプラクティスを採用することが組み合わさって必要です。

1. `useDeferredValue` と `useTransition` を活用する

これらのフックは、コンカレント環境でコストの高いUI更新を管理するための基礎となります：

• `useDeferredValue`: このフックを使用すると、緊急性の低いUI部分の更新を遅延させることができます。これは、急速に変化する入力（検索クエリなど）と、その入力の結果を表示するUI要素（検索ドロップダウンなど）がある場合に最適です。結果の更新を遅延させることで、検索結果のレンダリングに少し時間がかかっても、入力自体は応答性を保つことができます。

例： リアルタイム検索バーを想像してください。ユーザーが入力するにつれて、検索結果が更新されます。検索ロジックやレンダリングが複雑な場合、入力フィールドが遅くなる可能性があります。検索語に`useDeferredValue`を使用すると、Reactは入力フィールドの更新を優先し、計算コストの高い検索結果のレンダリングを遅延させることができます。

            
import React, { useState, useDeferredValue } from 'react';

function SearchComponent() {
  const [query, setQuery] = useState('');
  const deferredQuery = useDeferredValue(query);

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

  // Imagine 'searchResults' is a computationally expensive operation
  const searchResults = expensiveSearch(deferredQuery);

  return (
    

      
      

        {searchResults.map(result => (
          
{result.name}
        ))}
      
    
  );
}

            

              
                Copy
              
            
          

• `useTransition`: このフックを使用すると、ステート更新を「トランジション」としてマークできます。トランジションは、Reactが中断できる緊急性の低い更新です。これは、大規模なリストのフィルタリングや複雑なビュー間のナビゲーションなど、レンダリングにかなりの時間がかかる可能性のある更新をマークするのに特に便利です。`useTransition`は`startTransition`関数と`isPending`ブール値を返します。`isPending`フラグは、トランジションが進行中にローディングインジケータを表示するために使用できます。

例： ユーザーの選択に基づいてフィルタリングする必要がある大規模なデータテーブルを考えてみましょう。大きなテーブルのフィルタリングと再レンダリングには時間がかかることがあります。フィルタリングをトリガーするステート更新を`startTransition`でラップすることで、より緊急のイベントが発生した場合にこの更新を中断できることをReactに伝え、UIのフリーズを防ぎます。

            
import React, { useState, useTransition } from 'react';

function DataTable() {
  const [data, setData] = useState([]);
  const [filter, setFilter] = useState('');
  const [isPending, startTransition] = useTransition();

  const handleFilterChange = (event) => {
    const newFilter = event.target.value;
    startTransition(() => {
      setFilter(newFilter);
      // Potentially expensive filtering operation happens here or is triggered
      // by the state update that is now a transition.
    });
  };

  // Assume 'filteredData' is derived from 'data' and 'filter'
  const filteredData = applyFilter(data, filter);

  return (
    

      
      {isPending && 
Loading...
}
      
        {/* Render filteredData */}
      
    
  );
}

            

              
                Copy
              
            
          

2. コンポーネントのレンダリングを最適化する

コンカレンシーがあっても、非効率なコンポーネントレンダリングはすぐにフレームバジェットを使い果たしてしまいます。以下のテクニックを活用してください：

• `React.memo`: 関数コンポーネントの場合、`React.memo`はコンポーネントをメモ化する高階コンポーネントです。propsが変更された場合にのみ再レンダリングされ、親が再レンダリングされてもコンポーネントのpropsが変わらない場合の不要な再レンダリングを防ぎます。
• `useCallback`: コールバック関数をメモ化します。これは、メモ化された子コンポーネント（`React.memo`）にコールバックを渡す際に特に便利で、親のレンダリングごとに新しい関数インスタンスが作成されることによる子の再レンダリングを防ぎます。
• `useMemo`: 計算結果をメモ化します。コンポーネント内で実行される複雑な計算がある場合、`useMemo`はその結果をキャッシュし、依存関係が変更された場合にのみ再計算することで、貴重なCPUサイクルを節約します。
• コンポーネント構造とプロファイリング： 大きなコンポーネントをより小さく、管理しやすいものに分割します。React DevTools Profilerを使用してパフォーマンスのボトルネックを特定します。コンポーネントをプロファイルして、どのコンポーネントが頻繁に再レンダリングされているか、またはレンダリングに時間がかかりすぎているかを確認します。

3. 効率的なステート管理

ステートの管理方法は、レンダリングパフォーマンスに大きな影響を与える可能性があります：

• ローカルステート vs. グローバルステート： ステートはできるだけローカルに保ちます。多くのコンポーネント間でステートを共有する必要がある場合は、グローバルステート管理ソリューションを検討しますが、グローバルステートへの更新がどのように再レンダリングをトリガーするかに注意してください。
• Context APIの最適化： ReactのContext APIを使用している場合、コンテキストを消費するコンポーネントは、コンテキスト値が変更されると、たとえ関心のあるコンテキストの特定の部分が変更されていなくても再レンダリングされることに注意してください。コンテキストを分割するか、コンテキスト値にメモ化技術を使用することを検討してください。
• セレクターパターン： ReduxやZustandのようなステート管理ライブラリでは、セレクターを活用して、コンポーネントがグローバルステートの更新時に再レンダリングされるのではなく、購読している特定のステートが変更された場合にのみ再レンダリングされるようにします。

4. 長いリストのための仮想化

何千ものアイテムをリストにレンダリングすると、コンカレンシーに関係なくパフォーマンスに深刻な影響を与える可能性があります。仮想化（ウィンドウイングとも呼ばれる）は、現在ビューポートに表示されているアイテムのみをレンダリングする技術です。ユーザーがスクロールすると、画面外のアイテムはアンマウントされ、新しいアイテムがレンダリングされてマウントされます。`react-window`や`react-virtualized`のようなライブラリは、このための優れたツールです。

例： ソーシャルメディアのフィードや長い商品リスト。一度に1000個のリストアイテムをレンダリングする代わりに、仮想化は画面に表示される10〜20個のアイテムのみをレンダリングします。これにより、Reactとブラウザが1フレームあたりに行う作業量が大幅に削減されます。

5. コード分割と遅延読み込み

フレームバジェット管理に直接関係するわけではありませんが、初期のJavaScriptペイロードを削減し、必要なものだけを読み込むことで、体感パフォーマンスが向上し、ブラウザ全体の負荷を減らすことで間接的に役立つことがあります。コンポーネントのコード分割を実装するには、`React.lazy`と`Suspense`を使用します。

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

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

function App() {
  return (
    

      
My App
      Loading component...
}>