React Fiber：新アーキテクチャの理解

ユーザーインターフェース構築のための人気のJavaScriptライブラリであるReactは、長年にわたり大幅な進化を遂げてきました。最も影響力のある変更の1つは、Reactのコアとなる差分検出アルゴリズムを完全に書き直したReact Fiberの導入でした。この新しいアーキテクチャは強力な機能 unlocks を可能にし、よりスムーズなユーザーエクスペリエンス、パフォーマンスの向上、そして複雑なアプリケーションの管理における柔軟性の向上を実現します。このブログ記事では、React Fiberの包括的な概要、その主要な概念、そして世界中のReact開発者への影響について説明します。

React Fiberとは？

React Fiberは、本質的にReactの差分検出アルゴリズムの実装であり、アプリケーションUIの現在の状態と望ましい状態を比較し、変更を反映するためにDOM（Document Object Model）を更新する責任を負います。しばしば「スタックリコンサイラー」と呼ばれる元の差分検出アルゴリズムは、特に長時間実行される計算や頻繁な状態変更を伴うシナリオでの複雑な更新の処理に限界がありました。これらの限界は、パフォーマンスのボトルネックやぎこちないユーザーインターフェースにつながる可能性がありました。

React Fiberは、非同期レンダリングの概念を導入することでこれらの限界に対処し、Reactがレンダリングプロセスをより小さく中断可能な作業単位に分割できるようにします。これにより、Reactは更新に優先順位を付け、ユーザーインタラクションにより応答良く対応し、よりスムーズで流動的なユーザーエクスペリエンスを提供できます。複雑な食事を用意するシェフに例えてみてください。古い方法では、一度に1つの料理を完成させる必要がありました。Fiberは、多くの料理の小さな部分を同時に準備し、顧客からのリクエストや緊急のタスクにすぐに対処するために1つを一時停止するシェフのようなものです。

React Fiberの主要概念

React Fiberを完全に理解するためには、その主要な概念を把握することが不可欠です。

1. Fiber（ファイバー）

Fiberは、React Fiberにおける作業の基本単位です。Reactコンポーネントインスタンスの仮想表現を表します。アプリケーションの各コンポーネントには対応するFiberノードがあり、Fiberツリーと呼ばれるツリー構造を形成します。このツリーはコンポーネントツリーをミラーリングしますが、Reactが更新を追跡、優先順位付け、管理するために使用する追加情報が含まれています。各Fiberには以下の情報が含まれています。

• 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、またはDOM要素）。
• Key： コンポーネントの一意な識別子で、効率的な差分検出に使用されます。
• Props： コンポーネントに渡されるデータ。
• State： コンポーネントによって管理される内部データ。
• Child： コンポーネントの最初の子へのポインタ。
• Sibling： コンポーネントの次の兄弟へのポインタ。
• Return： コンポーネントの親へのポインタ。
• Effect Tag： コンポーネントに対して実行する必要がある更新のタイプを示すフラグ（例：更新、配置、削除）。

2. Reconciliation（差分検出）

差分検出は、現在のFiberツリーと新しいFiberツリーを比較して、DOMに対して行う必要がある変更を決定するプロセスです。React Fiberは、深さ優先トラバーサルアルゴリズムを使用してFiberツリーをウォークし、2つのツリー間の違いを特定します。このアルゴリズムは、UIを更新するために必要なDOM操作の数を最小限に抑えるように最適化されています。

3. Scheduling（スケジューリング）

スケジューリングは、差分検出中に特定された更新の優先順位付けと実行のプロセスです。React Fiberは洗練されたスケジューラを使用しており、レンダリングプロセスをより小さく中断可能な作業単位に分割できます。これにより、Reactは重要度に基づいて更新に優先順位を付け、ユーザーインタラクションにより応答良く対応し、長時間実行される計算がメインスレッドをブロックするのを防ぐことができます。

スケジューラは優先度ベースのシステムを使用して動作します。更新には、次のような異なる優先度が割り当てられる場合があります。

• Immediate（即時）： 即座に適用する必要がある重要な更新（例：ユーザー入力）。
• User-Blocking（ユーザーブロック）： ユーザーインタラクションによってトリガーされ、可能な限り迅速に処理する必要がある更新。
• Normal（通常）： 厳密なタイミング要件がない一般的な更新。
• Low（低）： 重要度が低く、必要に応じて延期できる更新。
• Idle（アイドル）： ブラウザがアイドル状態のときに実行できる更新。

4. Asynchronous Rendering（非同期レンダリング）

非同期レンダリングは、React Fiberのコアとなるイノベーションです。これにより、Reactはレンダリングプロセスを一時停止および再開できるようになり、より高い優先度の更新やユーザーインタラクションをより効果的に処理できます。これは、レンダリングプロセスをより小さく中断可能な作業単位に分割し、優先度に基づいてそれらをスケジュールすることによって達成されます。Reactが低優先度のタスクに取り組んでいる間に高優先度の更新が到着した場合、Reactはその低優先度のタスクを一時停止し、高優先度の更新を処理し、その後、中断した場所から低優先度のタスクを再開できます。これにより、複雑な更新を処理している場合でも、ユーザーインターフェースが応答性を維持することが保証されます。

5. WorkLoop（ワークループ）

WorkLoopはFiberアーキテクチャの中心です。Fiberツリーを反復処理し、個々のFiberを処理し、必要な更新を実行する関数です。このループは、保留中のすべての作業が完了するか、Reactが高優先度のタスクを処理するために一時停止する必要があるまで継続します。WorkLoopは以下の責任を負います。

• 処理する次のFiberの選択。
• コンポーネントのライフサイクルメソッドの実行。
• 現在のFiberツリーと新しいFiberツリー間の違いの計算。
• DOMの更新。

React Fiberのメリット

React Fiberは、React開発者とユーザーの両方にいくつかの重要なメリットを提供します。

1. パフォーマンスの向上

レンダリング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により、React FiberはReactアプリケーションのパフォーマンスを大幅に向上させます。これは、頻繁な状態変更や長時間実行される計算を伴う複雑なアプリケーションで特に顕著です。更新に優先順位を付け、ユーザーインタラクションにより応答良く対応する機能により、よりスムーズで流動的なユーザーエクスペリエンスが得られます。

たとえば、複雑な製品リストページを持つeコマースウェブサイトを考えてみましょう。React Fiberがない場合、製品リストのフィルタリングとソートはUIが応答しなくなる原因となり、ユーザーエクスペリエンスを損なう可能性があります。React Fiberを使用すると、これらの操作を非同期に実行でき、UIは応答性を維持し、ユーザーによりシームレスなエクスペリエンスを提供できます。

2. 応答性の向上

React Fiberの非同期レンダリング機能により、Reactはユーザーインタラクションをより応答良く処理できます。ユーザーアクションによってトリガーされた更新に優先順位を付けることで、Reactは複雑な更新を処理している場合でもUIがインタラクティブなままであることを保証できます。これにより、より魅力的で満足のいくユーザーエクスペリエンスが得られます。

複数のユーザーが同時に変更を加えている共同編集ドキュメントエディタを想像してみてください。React Fiberを使用すると、UIは大量の同時更新を処理している場合でも、各ユーザーのアクションに対して応答性を維持できます。これにより、ユーザーは遅延や遅延を経験することなくリアルタイムで共同作業できます。

3. より大きな柔軟性

React Fiberは、複雑なアプリケーションの管理においてより大きな柔軟性を提供します。更新に優先順位を付け、非同期操作を処理する機能により、開発者は特定のユースケースに対してレンダリングプロセスを最適化できます。これにより、より洗練されたパフォーマンスの高いアプリケーションを作成できます。

たとえば、大量のリアルタイムデータを表示するデータ視覚化アプリケーションを考えてみましょう。React Fiberを使用すると、開発者は最も重要なデータポイントのレンダリングに優先順位を付け、重要度の低いデータポイントのレンダリングを延期することで、ユーザーが最も関連性の高い情報を最初に表示するようにできます。また、ブラウザがアイドル状態になるまで重要度の低いデータポイントのレンダリングを遅延させることで、パフォーマンスをさらに向上させることもできます。

4. UIデザインの新たな可能性

React Fiberは、UIデザインの新たな可能性を開きます。非同期レンダリングを実行し、更新に優先順位を付ける機能により、開発者はパフォーマンスを犠牲にすることなく、より複雑で動的なUIを作成できます。これにより、より魅力的で没入感のあるユーザーエクスペリエンスを作成できます。

たとえば、ゲームの状態の更新が頻繁に必要とされるゲームアプリケーションを考えてみましょう。React Fiberを使用すると、開発者はプレイヤーキャラクターや敵キャラクターなどの最も重要なゲーム要素のレンダリングに優先順位を付け、大量の更新を処理している場合でもゲームが応答性を維持するようにできます。また、ブラウザがアイドル状態になるまで背景の風景などの重要度の低いゲーム要素のレンダリングを遅延させることで、パフォーマンスをさらに向上させることもできます。

React開発者への影響

React Fiberは主に実装の詳細ですが、React開発者にはいくつかの影響があります。以下にいくつかの重要な考慮事項を示します。

1. Concurrent Mode（同時実行モード）の理解

React FiberはConcurrent Modeを可能にします。これは、Reactが非同期レンダリングをより効果的に処理できるようにする一連の新機能です。Concurrent Modeは、開発者が精通しておく必要がある新しいAPIと概念を導入します。たとえば次のとおりです。

• Suspense： コンポーネントのデータが利用可能になるまでレンダリングを一時停止するためのメカニズム。
• Transitions： 重要度が低く、必要に応じて延期できる更新をマークする方法。
• useDeferredValue： UIの一部を更新するのを延期できるようにするフック。
• useTransition： 更新をトランジションとしてマークできるようにするフック。

これらのAPIと概念を理解することは、React Fiberの機能を最大限に活用するために不可欠です。

2. Error Boundaries（エラー境界）

非同期レンダリングでは、レンダリングプロセスのさまざまな段階でエラーが発生する可能性があります。Error Boundariesは、レンダリング中に発生した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ためのメカニズムです。開発者は、Error Boundariesを使用してエラーを適切に処理し、ユーザーにフォールバックUIを提供する必要があります。

たとえば、外部APIからデータを取得するコンポーネントを想像してみてください。API呼び出しが失敗した場合、コンポーネントはエラーをスローする可能性があります。コンポーネントをError Boundaryでラップすることで、エラーをキャッチし、ユーザーにデータがロードできなかったことを示すメッセージを表示できます。

3. Effects and Side Effects（エフェクトと副作用）

非同期レンダリングを使用する場合、エフェクトと副作用に注意することが重要です。エフェクトはuseEffectフックで実行する必要があります。これにより、コンポーネントがレンダリングされた後に実行されることが保証されます。また、コンポーネントのレンダリング関数内で直接DOMを操作するなど、レンダリングプロセスに干渉する可能性のある副作用を実行することは避けることも重要です。

コンポーネントがレンダリング後にドキュメントタイトルを更新する必要があるとします。コンポーネントのレンダリング関数内で直接ドキュメントタイトルを設定する代わりに、useEffectフックを使用して、コンポーネントがレンダリングされた後にタイトルを更新する必要があります。これにより、非同期レンダリングを使用している場合でも、タイトルが正しく更新されることが保証されます。

4. Blocking Operations（ブロッキング操作）の回避

React Fiberの非同期レンダリング機能を最大限に活用するには、メインスレッドをブロックする可能性のあるブロッキング操作を実行しないことが重要です。これには、長時間実行される計算、同期API呼び出し、過剰なDOM操作が含まれます。代わりに、開発者はWeb Workerや非同期API呼び出しなどの非同期テクニックを使用して、これらの操作をバックグラウンドで実行する必要があります。

たとえば、メインスレッドで複雑な計算を実行する代わりに、Web Workerを使用して別のスレッドで計算を実行できます。これにより、計算がメインスレッドをブロックするのを防ぎ、UIが応答性を維持することが保証されます。

実践的な例とユースケース

React Fiberがユーザーエクスペリエンスを大幅に向上させることができる実践的な例とユースケースをいくつか見てみましょう。

1. データ集約型アプリケーション

ダッシュボード、データ視覚化ツール、eコマースウェブサイトなど、大量のデータを表示するアプリケーションは、React Fiberのパフォーマンスと応答性の向上から大きな恩恵を受けることができます。最も重要なデータポイントのレンダリングに優先順位を付け、重要度の低いデータポイントのレンダリングを延期することで、開発者はユーザーが最も関連性の高い情報を最初に表示し、大量のデータを処理している場合でもUIが応答性を維持することを保証できます。

たとえば、リアルタイムの株価を表示する金融ダッシュボードは、React Fiberを使用して現在の株価のレンダリングに優先順位を付け、過去の株価のレンダリングを延期できます。これにより、ユーザーは最新の情報を表示し、ダッシュボードは大量のデータを処理している場合でも応答性を維持することが保証されます。

2. インタラクティブUI

ゲーム、シミュレーション、共同編集エディタなど、複雑なインタラクティブUIを持つアプリケーションは、React Fiberの応答性の向上から恩恵を受けることができます。ユーザーアクションによってトリガーされた更新に優先順位を付けることで、開発者は大量の更新を処理している場合でもUIがインタラクティブなままであることを保証できます。

プレイヤーが常にユニットにコマンドを発行しているリアルタイム戦略ゲームを想像してみてください。React Fiberを使用すると、UIは大量の同時更新を処理している場合でも、各プレイヤーのアクションに対して応答性を維持できます。これにより、プレイヤーは遅延や遅延を経験することなくリアルタイムでユニットを制御できます。

3. アニメーションを使用するアプリケーション

アニメーションを使用するアプリケーションは、React Fiberの非同期レンダリング機能から恩恵を受けることができます。アニメーション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、開発者はアニメーションがスムーズに実行され、アニメーションが複雑な場合でもUIが応答性を維持することを保証できます。

たとえば、複雑なページ遷移アニメーションを持つウェブサイトは、React Fiberを使用してアニメーションがスムーズに実行され、遷移中にユーザーが遅延や遅延を経験しないことを保証できます。

4. コード分割と遅延読み込み

React Fiberは、コード分割と遅延読み込みテクニックとシームレスに統合されます。React.lazyとSuspenseを使用することで、コンポーネントをオンデマンドでロードでき、アプリケーションの初期ロード時間を改善できます。Fiberは、ローディングインジケータとフォールバックUIがスムーズに表示され、ロードされたコンポーネントが効率的にレンダリングされることを保証します。

React Fiberの使用に関するベストプラクティス

React Fiberを最大限に活用するには、これらのベストプラクティスを検討してください。

• Concurrent Modeを使用する： Concurrent Modeを有効にして、React Fiberの非同期レンダリング機能を最大限に活用します。
• Error Boundariesを実装する： Error Boundariesを使用してエラーを適切に処理し、アプリケーション全体がクラッシュするのを防ぎます。
• エフェクトを最適化する： useEffectフックを使用してエフェクトと副作用を管理し、レンダリングプロセスに干渉する可能性のある副作用を実行しないようにします。
• ブロッキング操作を回避する： 非同期テクニックを使用して、メインスレッドをブロックする可能性のあるブロッキング操作を実行しないようにします。
• アプリケーションをプロファイルする： Reactのプロファイリングツールを使用して、パフォーマンスのボトルネックを特定し、コードをそれに応じて最適化します。

React Fiberのグローバルコンテキスト

React Fiberのメリットは、地理的な場所や文化的背景に関係なく、普遍的に適用可能です。パフォーマンス、応答性、柔軟性の向上は、グローバルなオーディエンスにシームレスなユーザーエクスペリエンスを提供するために不可欠です。世界中の多様なユーザー向けにアプリケーションを構築する場合、ネットワーク遅延、デバイス機能、地域設定などの要因を考慮することが不可欠です。React Fiberは、レンダリングプロセスを最適化し、理想的とは言えない状況でもUIが応答性を維持することを保証することで、これらの課題の一部を軽減するのに役立ちます。

たとえば、インターネット接続が遅い地域では、React Fiberの非同期レンダリング機能により、UIが迅速にロードされ応答性が維持され、それらの地域のユーザーにより良いエクスペリエンスが提供されます。同様に、さまざまなデバイス機能を持つ地域では、React Fiberが更新に優先順位を付け、非同期操作を処理する機能により、ハイエンドスマートフォンからローエンドのフィーチャーフォンまで、さまざまなデバイスでアプリケーションがスムーズに実行されることが保証されます。

結論

React Fiberは、Reactアプリケーションの構築とレンダリング方法を変革した革新的なアーキテクチャです。非同期レンダリングと洗練されたスケジューリングアルゴリズムを導入することにより、React Fiberは、よりスムーズなユーザーエクスペリエンス、パフォーマンスの向上、そしてより大きな柔軟性を可能にする強力な機能 unlocks を実現します。新しい概念とAPIを導入しますが、モダンでパフォーマンスが高くスケーラブルなアプリケーションを構築しようとしているReact開発者にとって、React Fiberを理解することは不可欠です。React Fiberとその関連機能を活用することにより、開発者はグローバルなオーディエンスに優れたユーザーエクスペリエンスを提供し、Reactで可能なことの境界を押し広げることができます。