React vienlaicīgās renderēšanas plānotāja apguve: kadra laika budžeta pārvaldība

Nepārtraukti mainīgajā tīmekļa izstrādes ainavā nevainojamas un atsaucīgas lietotāja pieredzes (UX) nodrošināšana ir vissvarīgākā. Lietotāji visā pasaulē sagaida, ka lietojumprogrammas būs ātras, plūstošas un interaktīvas neatkarīgi no viņu ierīces, tīkla apstākļiem vai lietotāja saskarnes sarežģītības. Mūsdienu JavaScript ietvari, īpaši React, ir guvuši ievērojamus panākumus, risinot šīs prasības. React spējas to sasniegt pamatā ir tā sarežģītais vienlaicīgās renderēšanas plānotājs (Concurrent Rendering Scheduler), spēcīgs mehānisms, kas ļauj gudrāk pārvaldīt renderēšanas darbu un, kas ir būtiski, tā kadra laika budžetu (Frame Time Budget).

Šis visaptverošais ceļvedis padziļināti ielūkosies React vienlaicīgās renderēšanas plānotāja sarežģītībā, īpaši koncentrējoties uz to, kā tas pārvalda kadra laika budžetus. Mēs izpētīsim pamatprincipus, izaicinājumus, ko tas risina, un praktiskās stratēģijas izstrādātājiem, lai izmantotu šo funkciju, veidojot augstas veiktspējas un globāli pieejamas lietojumprogrammas.

Kadra laika budžeta pārvaldības nepieciešamība

Pirms iedziļināmies React konkrētajā implementācijā, ir svarīgi saprast, kāpēc kadra laika budžeta pārvaldība ir tik kritiska mūsdienu tīmekļa lietojumprogrammām. Jēdziens "kadrs" attiecas uz vienu ekrāna atsvaidzināšanu. Lielākajā daļā displeju tas notiek 60 reizes sekundē, kas nozīmē, ka katram kadram ir aptuveni 16,67 milisekundes (ms), lai to renderētu. To parasti dēvē par 16ms budžetu.

Ja tīmekļa lietojumprogrammai nepieciešams ilgāks laiks, lai renderētu kadru, pārlūkprogramma "izlaidīs" šo kadru, kas novedīs pie raustīšanās, lēnas vai nereaģējošas lietotāja saskarnes. Tas ir nekavējoties pamanāms un nomācošs lietotājiem, īpaši interaktīvās komponentēs, piemēram, animācijās, ritināšanā vai formas ievadēs.

Izaicinājumi tradicionālajā renderēšanā:

• Ilgstoši uzdevumi: Pirms vienlaicīgās renderēšanas ēras React (un daudzi citi ietvari) darbojās vienā, sinhronā pavedienā. Ja komponentes renderēšana aizņēma pārāk ilgu laiku, tas bloķēja galveno pavedienu, neļaujot apstrādāt lietotāja mijiedarbības (piemēram, klikšķus vai rakstīšanu), līdz renderēšana bija pabeigta.
• Neprognozējama veiktspēja: Renderēšanas veiktspēja varēja būt ļoti neprognozējama. Nelielas izmaiņas datos vai UI sarežģītībā varēja izraisīt ļoti atšķirīgus renderēšanas laikus, apgrūtinot gludas pieredzes garantēšanu.
• Prioritāšu trūkums: Visi renderēšanas uzdevumi tika uzskatīti par vienlīdz svarīgiem. Nebija iebūvēta mehānisma, lai prioritizētu steidzamus atjauninājumus (piemēram, lietotāja ievadi) pār mazāk kritiskiem (piemēram, datu ienese fonā).

Šie izaicinājumi tiek pastiprināti globālā kontekstā. Lietotāji, kas piekļūst lietojumprogrammām no reģioniem ar vājāku interneta infrastruktūru vai vecākām ierīcēm, saskaras ar vēl lielākiem šķēršļiem. Slikti pārvaldīts kadra laika budžets var padarīt lietojumprogrammu praktiski nelietojamu lielai daļai globālo lietotāju.

Iepazīstinām ar React vienlaicīgo renderēšanu

React vienlaicīgais režīms (tagad noklusējums React 18) ieviesa fundamentālu pārmaiņu veidā, kā React renderē lietojumprogrammas. Galvenā ideja ir ļaut React pārtraukt, apturēt un atsākt renderēšanu. To panāk ar jaunu plānotāju, kas ir informēts par pārlūkprogrammas renderēšanas konveijeru un var attiecīgi prioritizēt uzdevumus.

Galvenie jēdzieni:

• Laika sadalīšana (Time Slicing): Plānotājs sadala lielus, sinhronus renderēšanas uzdevumus mazākos gabalos. Šos gabalus var izpildīt vairākos kadros, ļaujot React atdot kontroli atpakaļ pārlūkprogrammai starp gabaliem. Tas nodrošina, ka galvenais pavediens paliek pieejams kritiskiem uzdevumiem, piemēram, lietotāja mijiedarbībai un notikumu apstrādei.
• Atkārtota ieiešana (Re-entrancy): React tagad var apturēt renderēšanu komponentes dzīves cikla vidū un atsākt to vēlāk, iespējams, citā secībā vai pēc citu uzdevumu pabeigšanas. Tas ir būtiski, lai savstarpēji apvienotu dažāda veida atjauninājumus.
• Prioritātes: Plānotājs piešķir prioritātes dažādiem renderēšanas uzdevumiem. Piemēram, steidzami atjauninājumi (piemēram, rakstīšana ievades laukā) saņem augstāku prioritāti nekā mazāk steidzami (piemēram, saraksta atjaunināšana, kas ienests no API).

Savā būtībā vienlaicīgā renderēšana ir par kadra laika budžeta pārvaldību, gudri plānojot un sadalot darbu.

React plānotājs: Vienlaicīgās renderēšanas dzinējs

React plānotājs ir vienlaicīgās renderēšanas orķestrētājs. Tas ir atbildīgs par lēmumu pieņemšanu, kad renderēt, ko renderēt un kā sadalīt darbu, lai iekļautos kadra laika budžetā. Tas mijiedarbojas ar pārlūkprogrammas requestIdleCallback un requestAnimationFrame API, lai efektīvi plānotu uzdevumus.

Kā tas darbojas:

1. Uzdevumu rinda: Plānotājs uztur uzdevumu rindu (piemēram, komponenšu atjauninājumi, notikumu apstrādātāji).
2. Prioritāšu līmeņi: Katram uzdevumam tiek piešķirts prioritātes līmenis. React ir diskrētu prioritāšu līmeņu sistēma, sākot no augstākā (piemēram, lietotāja ievade) līdz zemākajam (piemēram, fona datu ienese).
3. Plānošanas lēmumi: Kad pārlūkprogramma ir dīkstāvē (t.i., tai ir laiks kadra budžetā), plānotājs izvēlas augstākās prioritātes uzdevumu no rindas un ieplāno to izpildei.
4. Laika sadalīšana darbībā: Ja uzdevums ir pārāk liels, lai to pabeigtu atlikušajā pašreizējā kadra laikā, plānotājs to "sadalīs". Tas veic daļu darba, pēc tam atdod kontroli pārlūkprogrammai, ieplānojot atlikušo darbu nākamajam kadram.
5. Pārtraukšana un atsākšana: Ja kļūst pieejams augstākas prioritātes uzdevums, kamēr tiek apstrādāts zemākas prioritātes uzdevums, plānotājs var pārtraukt zemākas prioritātes uzdevumu, apstrādāt augstākas prioritātes uzdevumu un pēc tam atsākt pārtraukto uzdevumu vēlāk.

Šī dinamiskā plānošana ļauj React nodrošināt, ka svarīgākie atjauninājumi tiek apstrādāti vispirms, novēršot galvenā pavediena bloķēšanu un saglabājot lietotāja saskarnes atsaucību.

Kadra laika budžeta pārvaldības izpratne praksē

Plānotāja galvenais mērķis ir nodrošināt, ka renderēšanas darbs nepārsniedz pieejamo kadra laiku. Tas ietver vairākas galvenās stratēģijas:

1. Darba laika sadalīšana

Kad React ir jāveic nozīmīga renderēšanas operācija, piemēram, liela komponenšu koka renderēšana vai sarežģīta stāvokļa atjauninājuma apstrāde, plānotājs iejaucas. Tā vietā, lai pabeigtu visu operāciju vienā piegājienā (kas varētu aizņemt daudzas milisekundes un pārsniegt 16ms budžetu), tas sadala darbu mazākās vienībās.

Piemērs: Iedomājieties lielu sarakstu ar elementiem, kas ir jārenderē. Sinhronā modelī React mēģinātu renderēt visus elementus vienlaikus. Ja tas aizņem 50ms, lietotāja saskarne šajā laikā sastingst. Ar laika sadalīšanu React varētu renderēt pirmos 10 elementus, tad atdot kontroli. Nākamajā kadrā tas renderē nākamos 10 utt. Tas nozīmē, ka lietotājs redz saraksta parādīšanos pakāpeniski, bet lietotāja saskarne paliek atsaucīga visa procesa laikā.

Plānotājs pastāvīgi uzrauga pagājušo laiku. Ja tas konstatē, ka tuvojas kadra budžeta beigām, tas apturēs pašreizējo darbu un ieplānos atlikumu nākamajai pieejamajai iespējai.

2. Atjauninājumu prioritizēšana

React plānotājs piešķir dažādus prioritāšu līmeņus dažādiem atjauninājumu veidiem. Tas ļauj atlikt mazāk svarīgu darbu, dodot priekšroku kritiskākiem atjauninājumiem.

Prioritāšu līmeņi (konceptuāli):

• `Immediate` (Augstākā): Lietām, piemēram, lietotāja ievadei, kas prasa tūlītēju atgriezenisko saiti.
• `UserBlocking` (Augsta): Kritiskiem UI atjauninājumiem, ko lietotājs gaida, piemēram, modālā loga parādīšanās vai formas iesniegšanas apstiprinājums.
• `Normal` (Vidēja): Mazāk kritiskiem atjauninājumiem, piemēram, saraksta renderēšanai, kas nav tieši redzams.
• `Low` (Zema): Fona uzdevumiem, piemēram, datu ienesei, kas tieši neietekmē tūlītēju lietotāja mijiedarbību.
• `Offscreen` (Zemākā): Komponentēm, kas pašlaik nav redzamas lietotājam.

Kad notiek augstas prioritātes atjauninājums (piemēram, lietotājs noklikšķina uz pogas), plānotājs nekavējoties pārtrauc jebkuru zemākas prioritātes darbu, kas varētu būt procesā. Tas nodrošina, ka lietotāja saskarne nekavējoties reaģē uz lietotāja darbībām, kas ir būtiski lietojumprogrammām, ko izmanto dažādas iedzīvotāju grupas ar mainīgu tīkla ātrumu un ierīču iespējām.

3. Vienlaicīgās funkcijas un to ietekme

React 18 ieviesa vairākas funkcijas, kas izmanto vienlaicīgo renderēšanu un tās kadra laika budžeta pārvaldības iespējas:

• startTransition: Šis API ļauj atzīmēt noteiktus stāvokļa atjauninājumus kā "pārejas". Pārejas ir nesteidzami atjauninājumi, kuriem nav jābloķē lietotāja saskarne. Tas ir ideāli piemērots operācijām, piemēram, liela saraksta filtrēšanai vai navigācijai starp lapām, kur īss kavējums UI atjaunināšanā ir pieņemams. Plānotājs prioritizēs UI atsaucības saglabāšanu un renderēs pārejas atjauninājumu fonā.
• useDeferredValue: Līdzīgi kā startTransition, useDeferredValue ļauj atlikt daļas UI atjaunināšanu. Tas ir noderīgi dārgiem aprēķiniem vai renderēšanai, ko var aizkavēt, negatīvi neietekmējot lietotāja pieredzi. Piemēram, ja lietotājs raksta meklēšanas lodziņā, jūs varētu atlikt meklēšanas rezultātu renderēšanu, līdz lietotājs ir pabeidzis rakstīt vai ir iestājusies īsa pauze.
• Automātiskā pakešapstrāde (Automatic Batching): Iepriekšējās React versijās vairāki stāvokļa atjauninājumi notikumu apstrādātājā tika apvienoti paketē. Tomēr atjauninājumi no solījumiem (promises), taimautiem vai vietējiem notikumu apstrādātājiem netika apvienoti. React 18 automātiski apvieno visus stāvokļa atjauninājumus neatkarīgi no to izcelsmes, ievērojami samazinot atkārtotu renderēšanu skaitu un uzlabojot veiktspēju. Tas netieši palīdz ar kadra laika budžetu, samazinot kopējo renderēšanas darbu.

Šīs funkcijas ir revolucionāras globālu lietojumprogrammu veidošanā. Lietotājs reģionā ar zemu joslas platumu var piedzīvot gludāku navigāciju un mijiedarbību, jo plānotājs gudri pārvalda, kad un kā tiek piemēroti atjauninājumi.

Stratēģijas lietojumprogrammas optimizēšanai ar vienlaicīgo renderēšanu

Lai gan React plānotājs veic lielu daļu smagā darba, izstrādātāji var un viņiem vajadzētu izmantot stratēģijas, lai vēl vairāk optimizētu savas lietojumprogrammas un nodrošinātu to labu veiktspēju globāli.

1. Identificējiet un izolējiet dārgus aprēķinus

Pirmais solis ir identificēt komponentes vai operācijas, kas ir skaitļošanas ziņā dārgas. Rīki, piemēram, React DevTools Profiler, ir nenovērtējami veiktspējas vājo vietu noteikšanai.

Praktisks padoms: Kad tie ir identificēti, apsveriet iespēju memoizēt dārgus aprēķinus, izmantojot React.memo komponentēm vai useMemo vērtībām. Tomēr esiet apdomīgi; pārmērīga memoizācija var arī radīt papildu slodzi.

2. Atbilstoši izmantojiet startTransition un useDeferredValue

Šīs vienlaicīgās funkcijas ir jūsu labākie draugi, lai pārvaldītu nekritiskus atjauninājumus.

Piemērs: Apsveriet informācijas paneli ar daudziem logrīkiem. Ja lietotājs filtrē tabulu vienā logrīkā, šī filtrēšanas operācija var būt skaitļošanas ziņā intensīva. Tā vietā, lai bloķētu visu informācijas paneli, ietiniet stāvokļa atjauninājumu, kas izraisa filtrēšanu, startTransition. Tas nodrošina, ka lietotājs joprojām var mijiedarboties ar citiem logrīkiem, kamēr tabula tiek filtrēta.

Piemērs (globālā kontekstā): Daudznacionālai e-komercijas vietnei var būt produktu saraksta lapa, kur filtru piemērošana var aizņemt laiku. Izmantojot startTransition filtra atjaunināšanai, tiek nodrošināts, ka citi UI elementi, piemēram, navigācija vai pogas "pievienot grozam", paliek atsaucīgi, nodrošinot labāku pieredzi lietotājiem ar lēnākiem savienojumiem vai mazāk jaudīgām ierīcēm.

3. Saglabājiet komponentes mazas un fokusētas

Mazākas, fokusētākas komponentes plānotājam ir vieglāk pārvaldīt. Kad komponente ir maza, tās renderēšanas laiks parasti ir īsāks, kas atvieglo iekļaušanos kadra budžetā.

Praktisks padoms: Sadaliet lielas, sarežģītas komponentes mazākās, atkārtoti lietojamās. Tas ne tikai uzlabo veiktspēju, bet arī uzlabo koda uzturējamību un atkārtotu izmantošanu jūsu globālajā izstrādes komandā.

4. Optimizējiet datu ienesi un stāvokļa pārvaldību

Veids, kā jūs ienesat un pārvaldāt datus, var būtiski ietekmēt renderēšanas veiktspēju. Neefektīva datu ienese var novest pie nevajadzīgas atkārtotas renderēšanas vai lielu datu apjomu vienlaicīgas apstrādes.

Praktisks padoms: Ieviesiet efektīvas datu ieneses stratēģijas, piemēram, lapošanu, slinko ielādi (lazy loading) un datu normalizāciju. Bibliotēkas, piemēram, React Query vai Apollo Client, var palīdzēt efektīvi pārvaldīt servera stāvokli, samazinot slodzi uz jūsu komponentēm un plānotāju.

5. Koda sadalīšana un slinkā ielāde (Lazy Loading)

Lielām lietojumprogrammām, īpaši tām, kas paredzētas globālai auditorijai, kur joslas platums var būt ierobežojums, koda sadalīšana un slinkā ielāde ir būtiska. Tas nodrošina, ka lietotāji lejupielādē tikai to JavaScript kodu, kas nepieciešams pašreizējam skatam.

Piemērs: Sarežģītam pārskatu rīkam varētu būt daudz dažādu moduļu. Izmantojot React.lazy un Suspense, jūs varat ielādēt šos moduļus pēc pieprasījuma. Tas samazina sākotnējo ielādes laiku un ļauj plānotājam koncentrēties uz redzamo lietojumprogrammas daļu renderēšanu vispirms.

6. Profilēšana un iteratīva optimizācija

Veiktspējas optimizācija ir nepārtraukts process. Regulāri profilējiet savu lietojumprogrammu, īpaši pēc jaunu funkciju ieviešanas vai būtisku izmaiņu veikšanas.

Praktisks padoms: Izmantojiet React DevTools Profiler produkcijas versijās (vai testa vidē, kas imitē produkciju), lai identificētu veiktspējas regresijas. Koncentrējieties uz izpratni, kur tiek tērēts laiks renderēšanas laikā un kā plānotājs pārvalda šos uzdevumus.

Globāli apsvērumi un labākās prakses

Veidojot lietojumprogrammas globālai auditorijai, kadra laika budžeta pārvaldība kļūst vēl kritiskāka. Lietotāju vides daudzveidība prasa proaktīvu pieeju veiktspējai.

1. Tīkla latentums un joslas platums

Lietotāji dažādās pasaules daļās piedzīvos ļoti atšķirīgus tīkla apstākļus. Lietojumprogrammas, kas ir ļoti atkarīgas no biežas, lielas datu pārsūtīšanas, darbosies slikti reģionos ar zemu joslas platumu.

Labākā prakse: Optimizējiet datu kravas, izmantojiet kešošanas mehānismus un apsveriet bezsaistes stratēģijas, ja tas ir lietderīgi. Nodrošiniet, ka plānotājs efektīvi apstrādā dārgus klienta puses aprēķinus, nevis paļaujas uz pastāvīgu komunikāciju ar serveri.

2. Ierīču iespējas

Visā pasaulē izmantoto ierīču klāsts ir ļoti atšķirīgs, sākot no augstas klases viedtālruņiem un galddatoriem līdz vecākiem, mazāk jaudīgiem datoriem un planšetdatoriem.

Labākā prakse: Projektējiet, paturot prātā graciozu degradāciju. Izmantojiet vienlaicīgās funkcijas, lai nodrošinātu, ka pat uz mazāk jaudīgām ierīcēm lietojumprogramma paliek lietojama un atsaucīga. Izvairieties no skaitļošanas ziņā smagām animācijām vai efektiem, ja vien tie nav būtiski un nav rūpīgi pārbaudīti attiecībā uz veiktspēju dažādās ierīcēs.

3. Internacionalizācija (i18n) un lokalizācija (l10n)

Lai gan tas nav tieši saistīts ar plānotāju, lietojumprogrammas internacionalizēšanas un lokalizēšanas process var radīt veiktspējas apsvērumus. Lieli tulkojumu faili vai sarežģīta formatēšanas loģika var palielināt renderēšanas slodzi.

Labākā prakse: Optimizējiet savas i18n/l10n bibliotēkas un nodrošiniet, ka visi dinamiski ielādētie tulkojumi tiek apstrādāti efektīvi. Plānotājs var palīdzēt, atliekot lokalizētā satura renderēšanu, ja tas nav uzreiz redzams.

4. Testēšana dažādās vidēs

Ir svarīgi testēt savu lietojumprogrammu vidēs, kas imitē reālos globālos apstākļus.

Labākā prakse: Izmantojiet pārlūkprogrammas izstrādātāju rīkus, lai simulētu dažādus tīkla apstākļus un ierīču tipus. Ja iespējams, veiciet lietotāju testēšanu ar personām no dažādām ģeogrāfiskām vietām un ar dažādām aparatūras konfigurācijām.

React renderēšanas nākotne

React ceļojums ar vienlaicīgo renderēšanu joprojām attīstās. Ekosistēmai kļūstot nobriedušākai un arvien vairāk izstrādātāju pieņemot šīs jaunās paradigmas, mēs varam sagaidīt vēl sarežģītākus rīkus un tehnikas renderēšanas veiktspējas pārvaldībai.

Uzsvaram uz kadra laika budžeta pārvaldību ir apliecinājums React apņēmībai nodrošināt augstas kvalitātes lietotāja pieredzi visiem lietotājiem visur. Izprotot un pielietojot vienlaicīgās renderēšanas principus un tās plānošanas mehānismus, izstrādātāji var veidot lietojumprogrammas, kas ir ne tikai bagātas ar funkcijām, bet arī īpaši veiktspējīgas un atsaucīgas neatkarīgi no lietotāja atrašanās vietas vai ierīces.

Noslēgums

React vienlaicīgās renderēšanas plānotājs ar tā sarežģīto kadra laika budžeta pārvaldību ir ievērojams solis uz priekšu veiktspējīgu tīmekļa lietojumprogrammu veidošanā. Sadalot darbu, prioritizējot atjauninājumus un nodrošinot tādas funkcijas kā pārejas un atliktās vērtības, React nodrošina, ka lietotāja saskarne paliek atsaucīga pat sarežģītu renderēšanas operāciju laikā.

Globālai auditorijai šī tehnoloģija nav tikai optimizācija; tā ir nepieciešamība. Tā mazina plaisu, ko rada atšķirīgi tīkla apstākļi, ierīču iespējas un lietotāju gaidas. Aktīvi izmantojot vienlaicīgās funkcijas, optimizējot datu apstrādi un uzturot fokusu uz veiktspēju, izmantojot profilēšanu un testēšanu, izstrādātāji var radīt patiesi izcilu lietotāja pieredzi, kas priecē lietotājus visā pasaulē.

React plānotāja apguve ir atslēga, lai atraisītu pilnu mūsdienu tīmekļa izstrādes potenciālu. Pieņemiet vienlaicīgumu un veidojiet lietojumprogrammas, kas ir ātras, plūstošas un pieejamas ikvienam.