React 스케줄러 작업 루프 최적화: 작업 실행 효율성 극대화

React의 스케줄러는 부드럽고 반응성이 뛰어난 사용자 인터페이스를 보장하기 위해 업데이트를 관리하고 우선순위를 지정하는 중요한 구성 요소입니다. 스케줄러의 작업 루프가 어떻게 작동하는지 이해하고 효과적인 최적화 기술을 사용하는 것은 고성능 React 애플리케이션을 구축하는 데 필수적입니다. 이 종합 가이드에서는 React 스케줄러, 작업 루프, 그리고 작업 실행 효율성을 극대화하기 위한 전략에 대해 알아봅니다.

React 스케줄러 이해하기

파이버(Fiber) 아키텍처라고도 알려진 React 스케줄러는 업데이트를 관리하고 우선순위를 지정하는 React의 기본 메커니즘입니다. 파이버 이전에는 React가 동기식 재조정(reconciliation) 프로세스를 사용했는데, 이는 특히 복잡한 애플리케이션에서 메인 스레드를 차단하고 버벅거리는 사용자 경험을 유발할 수 있었습니다. 스케줄러는 동시성(concurrency)을 도입하여 React가 렌더링 작업을 더 작고 중단 가능한 단위로 나눌 수 있도록 합니다.

React 스케줄러의 주요 개념은 다음과 같습니다:

• 파이버(Fiber): 파이버는 작업 단위를 나타냅니다. 각 React 컴포넌트 인스턴스에는 컴포넌트, 상태, 그리고 트리 내 다른 컴포넌트와의 관계에 대한 정보를 담고 있는 해당 파이버 노드가 있습니다.
• 작업 루프(Work Loop): 작업 루프는 파이버 트리를 반복하며 업데이트를 수행하고 변경 사항을 DOM에 렌더링하는 핵심 메커니즘입니다.
• 우선순위 지정(Prioritization): 스케줄러는 긴급성에 따라 다양한 유형의 업데이트에 우선순위를 부여하여 사용자 상호작용과 같은 높은 우선순위의 작업이 신속하게 처리되도록 보장합니다.
• 동시성(Concurrency): React는 렌더링 작업을 중단, 일시 중지 또는 재개할 수 있어 브라우저가 메인 스레드를 차단하지 않고도 사용자 입력이나 애니메이션과 같은 다른 작업을 처리할 수 있도록 합니다.

React 스케줄러 작업 루프: 심층 분석

작업 루프는 React 스케줄러의 심장입니다. 파이버 트리를 순회하고, 업데이트를 처리하며, 변경 사항을 DOM에 렌더링하는 역할을 합니다. 작업 루프가 어떻게 작동하는지 이해하는 것은 잠재적인 성능 병목 현상을 식별하고 최적화 전략을 구현하는 데 필수적입니다.

작업 루프의 단계

작업 루프는 두 가지 주요 단계로 구성됩니다:

1. 렌더 단계(Render Phase): 렌더 단계에서 React는 파이버 트리를 순회하며 DOM에 어떤 변경이 필요한지 결정합니다. 이 단계는 '재조정(reconciliation)' 단계라고도 합니다.
   • 작업 시작(Begin Work): React는 루트 파이버 노드에서 시작하여 트리를 재귀적으로 순회하며 현재 파이버를 이전 파이버(있는 경우)와 비교합니다. 이 과정을 통해 컴포넌트를 업데이트해야 하는지 여부를 결정합니다.
   • 작업 완료(Complete Work): React가 트리를 다시 거슬러 올라가면서 업데이트의 효과를 계산하고 DOM에 적용할 변경 사항을 준비합니다.
2. 커밋 단계(Commit Phase): 커밋 단계에서 React는 변경 사항을 DOM에 적용하고 생명주기 메서드를 호출합니다.
   • 변경 전(Before Mutation): React는 `getSnapshotBeforeUpdate`와 같은 생명주기 메서드를 실행합니다.
   • 변경(Mutation): React는 요소를 추가, 제거 또는 수정하여 DOM 노드를 업데이트합니다.
   • 레이아웃(Layout): React는 `componentDidMount` 및 `componentDidUpdate`와 같은 생명주기 메서드를 실행합니다. 또한 ref를 업데이트하고 레이아웃 효과를 스케줄링합니다.

렌더 단계는 더 높은 우선순위의 작업이 도착하면 스케줄러에 의해 중단될 수 있습니다. 그러나 커밋 단계는 동기식이므로 중단될 수 없습니다.

우선순위 지정 및 스케줄링

React는 우선순위 기반 스케줄링 알고리즘을 사용하여 업데이트가 처리되는 순서를 결정합니다. 업데이트는 긴급성에 따라 다른 우선순위가 할당됩니다.

일반적인 우선순위 수준은 다음과 같습니다:

• 즉시 우선순위(Immediate Priority): 사용자 입력(예: 텍스트 필드에 입력)과 같이 즉시 처리해야 하는 긴급 업데이트에 사용됩니다.
• 사용자 차단 우선순위(User Blocking Priority): 애니메이션이나 전환과 같이 사용자 상호작용을 차단하는 업데이트에 사용됩니다.
• 보통 우선순위(Normal Priority): 새 콘텐츠 렌더링이나 데이터 업데이트와 같은 대부분의 업데이트에 사용됩니다.
• 낮은 우선순위(Low Priority): 백그라운드 작업이나 분석과 같은 중요하지 않은 업데이트에 사용됩니다.
• 유휴 우선순위(Idle Priority): 데이터 미리 가져오기나 복잡한 계산 수행과 같이 브라우저가 유휴 상태가 될 때까지 연기할 수 있는 업데이트에 사용됩니다.

React는 `requestIdleCallback` API(또는 폴리필)를 사용하여 낮은 우선순위 작업을 스케줄링함으로써 브라우저가 성능을 최적화하고 메인 스레드 차단을 피할 수 있도록 합니다.

효율적인 작업 실행을 위한 최적화 기법

React 스케줄러의 작업 루프를 최적화하려면 렌더 단계에서 수행해야 하는 작업의 양을 최소화하고 업데이트의 우선순위가 올바르게 지정되도록 해야 합니다. 다음은 작업 실행 효율성을 개선하기 위한 몇 가지 기법입니다:

1. 메모이제이션(Memoization)

메모이제이션은 비용이 많이 드는 함수 호출 결과를 캐싱하고 동일한 입력이 다시 발생할 때 캐시된 결과를 반환하는 강력한 최적화 기법입니다. React에서는 컴포넌트와 값 모두에 메모이제이션을 적용할 수 있습니다.

`React.memo`

`React.memo`는 함수형 컴포넌트를 메모이제이션하는 고차 컴포넌트(HOC)입니다. props가 변경되지 않았다면 컴포넌트가 다시 렌더링되는 것을 방지합니다. 기본적으로 `React.memo`는 props에 대해 얕은 비교를 수행합니다. `React.memo`의 두 번째 인자로 사용자 정의 비교 함수를 제공할 수도 있습니다.

예시:

import React from 'react';

const MyComponent = React.memo(function MyComponent(props) {
  // Component logic
  return (
    <div>
      {props.value}
    </div>
  );
});

export default MyComponent;

`useMemo`

`useMemo`는 값을 메모이제이션하는 훅입니다. 값을 계산하는 함수와 의존성 배열을 인자로 받습니다. 이 함수는 의존성 중 하나가 변경될 때만 다시 실행됩니다. 이는 비용이 많이 드는 계산을 메모이제이션하거나 안정적인 참조를 만드는 데 유용합니다.

예시:

import React, { useMemo } from 'react';

function MyComponent(props) {
  const expensiveValue = useMemo(() => {
    // Perform an expensive calculation
    return computeExpensiveValue(props.data);
  }, [props.data]);

  return (
    <div>
      {expensiveValue}
    </div>
  );
}

`useCallback`

`useCallback`은 함수를 메모이제이션하는 훅입니다. 함수와 의존성 배열을 인자로 받습니다. 이 함수는 의존성 중 하나가 변경될 때만 다시 생성됩니다. 이는 `React.memo`를 사용하는 자식 컴포넌트에 콜백을 전달할 때 유용합니다.

예시:

import React, { useCallback } from 'react';

function MyComponent(props) {
  const handleClick = useCallback(() => {
    // Handle click event
    console.log('Clicked!');
  }, []);

  return (
    <button onClick={handleClick}>
      클릭하세요
    </button>
  );
}

2. 가상화(Virtualization)

가상화(windowing이라고도 함)는 긴 목록이나 테이블을 효율적으로 렌더링하는 기법입니다. 모든 항목을 한 번에 렌더링하는 대신, 가상화는 현재 뷰포트에 보이는 항목만 렌더링합니다. 사용자가 스크롤하면 새 항목이 렌더링되고 이전 항목은 제거됩니다.

몇몇 라이브러리는 React를 위한 가상화 컴포넌트를 제공합니다:

• `react-window`: 긴 목록과 테이블을 렌더링하기 위한 경량 라이브러리입니다.
• `react-virtualized`: 더 광범위한 가상화 컴포넌트를 갖춘 종합적인 라이브러리입니다.

`react-window` 사용 예시:

import React from 'react';
import { FixedSizeList } from 'react-window';

const Row = ({ index, style }) => (
  <div style={style}>
    행 {index}
  </div>
);

function MyListComponent(props) {
  return (
    <FixedSizeList
      height={400}
      width={300}
      itemSize={30}
      itemCount={props.items.length}
    >
      {Row}
    </FixedSizeList>
  );
}

3. 코드 분할(Code Splitting)

코드 분할은 애플리케이션을 필요에 따라 로드할 수 있는 더 작은 청크로 나누는 기법입니다. 이는 초기 로드 시간을 줄이고 애플리케이션의 전반적인 성능을 향상시킵니다.

React는 코드 분할을 구현하는 몇 가지 방법을 제공합니다:

• `React.lazy`와 `Suspense`: `React.lazy`를 사용하면 컴포넌트를 동적으로 가져올 수 있고, `Suspense`를 사용하면 컴포넌트가 로드되는 동안 대체 UI를 표시할 수 있습니다.
• 동적 가져오기(Dynamic Imports): 동적 가져오기(`import()`)를 사용하여 필요에 따라 모듈을 로드할 수 있습니다.

`React.lazy`와 `Suspense` 사용 예시:

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

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

function App() {
  return (
    <Suspense fallback={<div>로딩 중...</div>}>
      <MyComponent />
    </Suspense>
  );
}

4. 디바운싱(Debouncing)과 스로틀링(Throttling)

디바운싱과 스로틀링은 함수가 실행되는 빈도를 제한하는 기법입니다. 이는 스크롤 이벤트나 리사이즈 이벤트와 같이 자주 트리거되는 이벤트 핸들러의 성능을 향상시키는 데 유용할 수 있습니다.

• 디바운싱(Debouncing): 디바운싱은 함수가 마지막으로 호출된 후 일정 시간이 지날 때까지 함수 실행을 지연시킵니다.
• 스로틀링(Throttling): 스로틀링은 함수가 실행되는 빈도를 제한합니다. 함수는 지정된 시간 간격 내에 한 번만 실행됩니다.

디바운싱을 위한 `lodash` 라이브러리 사용 예시:

import React, { useState, useEffect } from 'react';
import { debounce } from 'lodash';

function MyComponent() {
  const [value, setValue] = useState('');

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

  const debouncedHandleChange = debounce(handleChange, 300);

  useEffect(() => {
    return () => {
      debouncedHandleChange.cancel();
    };
  }, [debouncedHandleChange]);

  return (
    <input type="text" onChange={debouncedHandleChange} />
  );
}

5. 불필요한 리렌더링 피하기

React 애플리케이션에서 성능 문제의 가장 흔한 원인 중 하나는 불필요한 리렌더링입니다. 이러한 불필요한 리렌더링을 최소화하는 데 도움이 되는 몇 가지 전략이 있습니다:

• 불변 데이터 구조(Immutable Data Structures): 불변 데이터 구조를 사용하면 데이터 변경 시 기존 객체를 수정하는 대신 새로운 객체를 생성하게 됩니다. 이는 변경 감지를 더 쉽게 만들어 불필요한 리렌더링을 방지합니다. Immutable.js나 Immer와 같은 라이브러리가 도움이 될 수 있습니다.
• 순수 컴포넌트(Pure Components): 클래스 컴포넌트는 `React.PureComponent`를 확장할 수 있는데, 이는 리렌더링 전에 props와 state를 얕게 비교합니다. 이는 함수형 컴포넌트의 `React.memo`와 유사합니다.
• 올바른 키(key)를 가진 목록: 항목 목록을 렌더링할 때 각 항목에 고유하고 안정적인 키가 있는지 확인하세요. 이는 항목이 추가, 제거 또는 재정렬될 때 React가 목록을 효율적으로 업데이트하는 데 도움이 됩니다.
• 인라인 함수 및 객체를 props로 전달하지 않기: 컴포넌트의 렌더 메서드 내에서 인라인으로 새 함수나 객체를 생성하면 데이터가 변경되지 않았더라도 자식 컴포넌트가 리렌더링됩니다. 이를 피하기 위해 `useCallback`과 `useMemo`를 사용하세요.

6. 효율적인 이벤트 처리

이벤트 핸들러 내에서 수행되는 작업을 최소화하여 이벤트 처리를 최적화하세요. 이벤트 핸들러 내에서 직접 복잡한 계산이나 DOM 조작을 수행하는 것을 피하세요. 대신, 이러한 작업을 비동기 작업으로 연기하거나 계산량이 많은 작업에는 웹 워커(web worker)를 사용하세요.

7. 프로파일링 및 성능 모니터링

React 애플리케이션을 정기적으로 프로파일링하여 성능 병목 현상과 최적화가 필요한 부분을 식별하세요. React 개발자 도구는 컴포넌트 렌더링 시간 검사, 불필요한 리렌더링 식별, 호출 스택 분석 등 강력한 프로파일링 기능을 제공합니다. 성능 모니터링 도구를 사용하여 운영 환경에서 주요 성능 지표를 추적하고 사용자에게 영향을 미치기 전에 잠재적인 문제를 식별하세요.

실제 사례 및 케이스 스터디

이러한 최적화 기법이 어떻게 적용될 수 있는지 몇 가지 실제 사례를 살펴보겠습니다:

• 전자상거래 상품 목록: 많은 상품 목록을 표시하는 전자상거래 웹사이트는 가상화를 통해 스크롤 성능을 개선할 수 있습니다. 상품 컴포넌트를 메모이제이션하면 수량이나 장바구니 상태만 변경될 때 불필요한 리렌더링을 방지할 수 있습니다.
• 인터랙티브 대시보드: 여러 인터랙티브 차트와 위젯이 있는 대시보드는 코드 분할을 사용하여 필요한 컴포넌트만 필요에 따라 로드할 수 있습니다. 사용자 입력 이벤트에 디바운싱을 적용하면 과도한 업데이트를 방지하고 반응성을 향상시킬 수 있습니다.
• 소셜 미디어 피드: 많은 게시물 스트림을 표시하는 소셜 미디어 피드는 가상화를 사용하여 보이는 게시물만 렌더링할 수 있습니다. 게시물 컴포넌트를 메모이제이션하고 이미지 로딩을 최적화하면 성능을 더욱 향상시킬 수 있습니다.

결론

React 스케줄러의 작업 루프를 최적화하는 것은 고성능 React 애플리케이션을 구축하는 데 필수적입니다. 스케줄러의 작동 방식을 이해하고 메모이제이션, 가상화, 코드 분할, 디바운싱, 그리고 신중한 렌더링 전략과 같은 기법을 적용함으로써 작업 실행 효율성을 크게 향상시키고 더 부드럽고 반응성이 뛰어난 사용자 경험을 만들 수 있습니다. 애플리케이션을 정기적으로 프로파일링하여 성능 병목 현상을 식별하고 최적화 전략을 지속적으로 개선하는 것을 잊지 마세요.

이러한 모범 사례를 구현함으로써 개발자는 다양한 장치와 네트워크 조건에서 더 나은 사용자 경험을 제공하는 더 효율적이고 성능이 뛰어난 React 애플리케이션을 구축할 수 있으며, 이는 궁극적으로 사용자 참여도와 만족도 증가로 이어집니다.

추가 자료

• React 성능 최적화 공식 문서
• react-window 라이브러리
• Preact (React 대체 라이브러리)