React Fiberアーキテクチャ：調停プロセスの理解

Reactは、コンポーネントベースのアーキテクチャと宣言的なプログラミングモデルにより、フロントエンド開発に革命をもたらしました。Reactの効率性の中心にあるのが、調停（reconciliation）プロセスです。これは、Reactがコンポーネントツリーの変更を反映させるために実際のDOMを更新するメカニズムです。このプロセスは大きな進化を遂げ、最終的にFiberアーキテクチャへと至りました。この記事では、React Fiberとその調停への影響について包括的に解説します。

調停（Reconciliation）とは何か？

調停とは、Reactが以前の仮想DOMと新しい仮想DOMを比較し、実際のDOMを更新するために必要な最小限の変更セットを決定するために使用するアルゴリズムです。仮想DOMは、UIのメモリ内表現です。コンポーネントのstateが変更されると、Reactは新しい仮想DOMツリーを作成します。低速なプロセスである実際のDOMを直接操作する代わりに、Reactは新しい仮想DOMツリーと以前のものを比較し、差異を特定します。このプロセスは差分検出（diffing）と呼ばれます。

調停プロセスは、主に2つの仮定に基づいています：

• 異なるタイプの要素は、異なるツリーを生成する。
• 開発者はkey propを使って、どの要素が異なるレンダー間で安定している可能性があるかを示唆できる。

従来の調停（Fiber以前）

Reactの初期実装では、調停プロセスは同期的で分割不可能でした。これは、Reactが仮想DOMの比較と実際のDOMの更新プロセスを開始すると、中断できなかったことを意味します。これは、特に大規模なコンポーネントツリーを持つ複雑なアプリケーションでパフォーマンス問題を引き起こす可能性がありました。コンポーネントの更新に時間がかかると、ブラウザが応答しなくなり、ユーザーエクスペリエンスが低下します。これはしばしば「ジャンク（jank）」問題と呼ばれます。

商品カタログを表示する複雑なeコマースウェブサイトを想像してみてください。ユーザーがフィルターを操作してカタログの再レンダーがトリガーされると、同期的な調停プロセスがメインスレッドをブロックし、カタログ全体が再レンダーされるまでUIが応答しなくなる可能性があります。これには数秒かかることがあり、ユーザーにフラストレーションを引き起こします。

React Fiberの導入

React Fiberは、React 16で導入された、Reactの調停アルゴリズムの完全な書き直しです。その主な目標は、特に複雑なシナリオにおいて、Reactアプリケーションの応答性と体感パフォーマンスを向上させることです。Fiberは、調停プロセスをより小さく、中断可能な作業単位に分割することでこれを実現します。

React Fiberの背景にある主要な概念は次のとおりです：

• Fibers: Fiberは、作業単位を表すJavaScriptオブジェクトです。コンポーネント、その入力、および出力に関する情報を保持します。各Reactコンポーネントには対応するFiberがあります。
• WorkLoop: WorkLoopは、Fiberツリーを反復処理し、各Fiberに必要な作業を実行するループです。
• Scheduling: スケジューラは、優先度に基づいて作業単位をいつ開始、一時停止、再開、または破棄するかを決定します。

Fiberアーキテクチャの利点

Fiberアーキテクチャは、いくつかの重要な利点を提供します：

• 中断可能な調停: Fiberにより、Reactは調停プロセスを一時停止および再開できるため、時間のかかるタスクがメインスレッドをブロックするのを防ぎます。これにより、複雑な更新中でもUIの応答性が維持されます。
• 優先度ベースの更新: Fiberにより、Reactはさまざまなタイプの更新に優先順位を付けることができます。たとえば、タイピングやクリックなどのユーザーインタラクションは、データフェッチなどのバックグラウンドタスクよりも高い優先度を与えることができます。これにより、最も重要な更新が最初に処理されることが保証されます。
• 非同期レンダリング: Fiberにより、Reactは非同期でレンダリングを実行できます。つまり、Reactはコンポーネントのレンダリングを開始し、その後一時停止して、ブラウザがユーザー入力やアニメーションなどの他のタスクを処理できるようにします。これにより、アプリケーション全体のパフォーマンスと応答性が向上します。
• 改善されたエラーハンドリング: Fiberは、調停プロセス中のエラーハンドリングを改善します。レンダリング中にエラーが発生した場合、Reactはより適切に回復し、アプリケーション全体がクラッシュするのを防ぐことができます。

共同ドキュメント編集アプリケーションを考えてみましょう。Fiberを使用すると、さまざまなユーザーによる編集を異なる優先度で処理できます。現在のユーザーからのリアルタイムのタイピングは最高の優先度を得て、即時のフィードバックを保証します。他のユーザーからの更新やバックグラウンドでの自動保存は、より低い優先度で処理でき、アクティブなユーザーのエクスペリエンスへの影響を最小限に抑えます。

Fiberの構造を理解する

各Reactコンポーネントは、Fiberノードによって表されます。Fiberノードは、コンポーネントのタイプ、props、state、およびツリー内の他のFiberノードとの関係に関する情報を保持します。以下は、Fiberノードのいくつかの重要なプロパティです：

• type: コンポーネントのタイプ（例：関数コンポーネント、クラスコンポーネント、DOM要素）。
• key: コンポーネントに渡されたkey prop。
• props: コンポーネントに渡されたprops。
• stateNode: コンポーネントのインスタンス（クラスコンポーネントの場合）またはnull（関数コンポーネントの場合）。
• child: 最初の子Fiberノードへのポインタ。
• sibling: 次の兄弟Fiberノードへのポインタ。
• return: 親Fiberノードへのポインタ。
• alternate: コンポーネントの以前の状態を表すFiberノードへのポインタ。
• effectTag: DOMに対して実行する必要がある更新の種類を示すフラグ。

alternateプロパティは特に重要です。これにより、Reactはコンポーネントの以前の状態と現在の状態を追跡できます。調停プロセス中、Reactは現在のFiberノードをそのalternateと比較して、DOMに行う必要がある変更を決定します。

WorkLoopアルゴリズム

WorkLoopはFiberアーキテクチャの中核です。Fiberツリーを走査し、各Fiberに必要な作業を実行する責任があります。WorkLoopは、Fiberを一度に1つずつ処理する再帰関数として実装されています。

WorkLoopは、主に2つのフェーズで構成されます：

• レンダーフェーズ: レンダーフェーズ中、ReactはFiberツリーを走査し、DOMに行う必要がある変更を決定します。このフェーズは中断可能であり、Reactはいつでも一時停止および再開できます。
• コミットフェーズ: コミットフェーズ中、ReactはDOMに変更を適用します。このフェーズは中断不可能であり、Reactは一度開始したら完了させる必要があります。

レンダーフェーズの詳細

レンダーフェーズは、さらに2つのサブフェーズに分けることができます：

• beginWork: beginWork関数は、現在のFiberノードを処理し、子Fiberノードを作成する責任があります。コンポーネントを更新する必要があるかどうかを判断し、必要な場合はその子のために新しいFiberノードを作成します。
• completeWork: completeWork関数は、子が処理された後に現在のFiberノードを処理する責任があります。DOMを更新し、コンポーネントのレイアウトを計算します。

beginWork関数は次のタスクを実行します：

1. コンポーネントを更新する必要があるかどうかを確認します。
2. コンポーネントを更新する必要がある場合、新しいpropsとstateを以前のpropsとstateと比較して、行う必要がある変更を決定します。
3. コンポーネントの子のために新しいFiberノードを作成します。
4. FiberノードにeffectTagプロパティを設定して、DOMに対して実行する必要がある更新の種類を示します。

completeWork関数は次のタスクを実行します：

1. beginWork関数中に決定された変更でDOMを更新します。
2. コンポーネントのレイアウトを計算します。
3. コミットフェーズ後に実行する必要がある副作用を収集します。

コミットフェーズの詳細

コミットフェーズは、DOMに変更を適用する責任があります。このフェーズは中断不可能であり、Reactは一度開始したら完了させる必要があります。コミットフェーズは3つのサブフェーズで構成されます：

• beforeMutation: このフェーズはDOMが変更される前に実行されます。更新のためにDOMを準備するなどのタスクに使用されます。
• mutation: このフェーズで実際のDOM変更が実行されます。ReactはFiberノードのeffectTagプロパティに基づいてDOMを更新します。
• layout: このフェーズはDOMが変更された後に実行されます。コンポーネントのレイアウトの更新やライフサイクルメソッドの実行などのタスクに使用されます。

実践的な例とコードスニペット

簡単な例でFiberの調停プロセスを説明しましょう。アイテムのリストを表示するコンポーネントを考えます：

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

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

); } ```

items propが変更されると、Reactはリストを調停し、それに応じてDOMを更新する必要があります。Fiberがこれをどのように処理するかは次のとおりです：

1. レンダーフェーズ: beginWork関数は、新しいitems配列と以前のitems配列を比較します。どのアイテムが追加、削除、または更新されたかを特定します。
2. 追加されたアイテムのために新しいFiberノードが作成され、これらのアイテムをDOMに挿入する必要があることを示すためにeffectTagが設定されます。
3. 削除されたアイテムのFiberノードは削除対象としてマークされます。
4. 更新されたアイテムのFiberノードは新しいデータで更新されます。
5. コミットフェーズ: 次にcommitフェーズがこれらの変更を実際のDOMに適用します。追加されたアイテムは挿入され、削除されたアイテムは削除され、更新されたアイテムは変更されます。

key propの使用は、効率的な調停のために不可欠です。key propがない場合、Reactはitems配列が変更されるたびにリスト全体を再レンダーする必要があります。key propを使用すると、Reactはどのアイテムが追加、削除、または更新されたかを迅速に特定し、それらのアイテムのみを更新できます。

たとえば、ショッピングカート内のアイテムの順序が変わるシナリオを想像してみてください。各アイテムに一意のkey（例：商品ID）があれば、ReactはDOM内のアイテムを完全に再レンダーすることなく、効率的に並べ替えることができます。これは、特に大きなリストの場合、パフォーマンスを大幅に向上させます。

スケジューリングと優先順位付け

Fiberの主要な利点の1つは、更新をスケジュールし、優先順位を付ける能力です。Reactはスケジューラを使用して、優先度に基づいて作業単位をいつ開始、一時停止、再開、または破棄するかを決定します。これにより、Reactはユーザーインタラクションを優先し、複雑な更新中でもUIの応答性を維持できます。

Reactは、異なる優先度で更新をスケジュールするためのいくつかのAPIを提供しています：

• React.render: デフォルトの優先度で更新をスケジュールします。
• ReactDOM.unstable_deferredUpdates: より低い優先度で更新をスケジュールします。
• ReactDOM.unstable_runWithPriority: 更新の優先度を明示的に指定できます。

たとえば、ReactDOM.unstable_deferredUpdatesを使用して、分析トラッキングやバックグラウンドでのデータフェッチなど、ユーザーエクスペリエンスにとって重要でない更新をスケジュールできます。

```javascript ReactDOM.unstable_deferredUpdates(() => { // ここで重要でない更新を実行します updateAnalyticsData(); }); ```

Fiberによるエラーハンドリング

Fiberは、調停プロセス中のエラーハンドリングを改善します。レンダリング中にエラーが発生した場合、Reactはそのエラーをキャッチし、アプリケーション全体がクラッシュするのを防ぐことができます。Reactはエラー境界（error boundaries）を使用して、制御された方法でエラーを処理します。

エラー境界とは、その子コンポーネントツリー内のどこかで発生したJavaScriptエラーをキャッチし、それらのエラーをログに記録し、クラッシュしたコンポーネントツリーの代わりにフォールバックUIを表示するコンポーネントです。エラー境界は、レンダリング中、ライフサイクルメソッド内、およびそれ以下のツリー全体のコンストラクタ内でエラーをキャッチします。

```javascript class ErrorBoundary extends React.Component { constructor(props) { super(props); this.state = { hasError: false }; } static getDerivedStateFromError(error) { // 次のレンダーでフォールバックUIが表示されるようにstateを更新します。 return { hasError: true }; } componentDidCatch(error, errorInfo) { // エラーレポートサービスにエラーをログ記録することもできます logErrorToMyService(error, errorInfo); } render() { if (this.state.hasError) { // 任意のカスタムフォールバックUIをレンダリングできます return

問題が発生しました。

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

エラーをスローする可能性のある任意のコンポーネントをエラー境界でラップすることができます。これにより、一部のコンポーネントが失敗してもアプリケーションが安定した状態を保つことができます。

```javascript ```

Fiberのデバッグ

Fiberを使用するReactアプリケーションのデバッグは難しい場合がありますが、役立ついくつかのツールやテクニックがあります。React DevToolsブラウザ拡張機能は、コンポーネントツリーの検査、パフォーマンスのプロファイリング、エラーのデバッグのための強力なツールセットを提供します。

React Profilerを使用すると、アプリケーションのパフォーマンスを記録し、ボトルネックを特定できます。Profilerを使用して、各コンポーネントのレンダリングにかかる時間を確認し、パフォーマンス問題を引き起こしているコンポーネントを特定できます。

React DevToolsはまた、各コンポーネントのprops、state、およびFiberノードを検査できるコンポーネントツリービューも提供します。これは、コンポーネントツリーがどのように構成され、調停プロセスがどのように機能しているかを理解するのに役立ちます。

結論

React Fiberアーキテクチャは、従来の調停プロセスに比べて大幅な改善を表しています。調停プロセスをより小さく、中断可能な作業単位に分割することで、Fiberは、特に複雑なシナリオにおいて、アプリケーションの応答性と体感パフォーマンスを向上させることを可能にします。

Fibers、WorkLoops、スケジューリングといったFiberの背景にある主要な概念を理解することは、高性能なReactアプリケーションを構築するために不可欠です。Fiberの機能を活用することで、より応答性が高く、より回復力があり、より良いユーザーエクスペリエンスを提供するUIを作成できます。

Reactが進化し続ける中で、Fiberはそのアーキテクチャの基本的な部分であり続けます。Fiberの最新の動向に常に注意を払うことで、Reactアプリケーションが提供するパフォーマンス上の利点を最大限に活用していることを確認できます。

以下は、重要なポイントです：

• React Fiberは、Reactの調停アルゴリズムの完全な書き直しです。
• Fiberにより、Reactは調停プロセスを一時停止および再開できるため、時間のかかるタスクがメインスレッドをブロックするのを防ぎます。
• Fiberにより、Reactはさまざまなタイプの更新に優先順位を付けることができます。
• Fiberは、調停プロセス中のエラーハンドリングを改善します。
• key propは、効率的な調停のために不可欠です。
• React DevToolsブラウザ拡張機能は、Fiberアプリケーションのデバッグのための強力なツールセットを提供します。

React Fiberを受け入れ、その原則を理解することで、世界中の開発者は、場所やプロジェクトの複雑さに関係なく、より高性能でユーザーフレンドリーなウェブアプリケーションを構築できます。