React Fiber Architectuur: Het Reconciliatieproces Begrijpen

React heeft de front-end ontwikkeling gerevolutioneerd met zijn componentgebaseerde architectuur en declaratieve programmeermodel. De kern van React's efficiëntie is het reconciliatieproces – het mechanisme waarmee React de daadwerkelijke DOM bijwerkt om veranderingen in de componentenboom weer te geven. Dit proces heeft een aanzienlijke evolutie doorgemaakt, met als hoogtepunt de Fiber-architectuur. Dit artikel biedt een uitgebreid inzicht in React Fiber en de impact ervan op reconciliatie.

Wat is Reconciliatie?

Reconciliatie is het algoritme dat React gebruikt om de vorige virtuele DOM te vergelijken met de nieuwe virtuele DOM en de minimale set wijzigingen te bepalen die nodig zijn om de daadwerkelijke DOM bij te werken. De virtuele DOM is een in-memory weergave van de UI. Wanneer de state van een component verandert, creëert React een nieuwe virtuele DOM-boom. In plaats van de daadwerkelijke DOM direct te manipuleren, wat een traag proces is, vergelijkt React de nieuwe virtuele DOM-boom met de vorige en identificeert de verschillen. Dit proces wordt diffing genoemd.

Het reconciliatieproces wordt geleid door twee belangrijke aannames:

• Elementen van verschillende types zullen verschillende bomen produceren.
• De ontwikkelaar kan aangeven welke kindelementen stabiel kunnen blijven over verschillende renders heen met een key-prop.

Traditionele Reconciliatie (vóór Fiber)

In de oorspronkelijke implementatie van React was het reconciliatieproces synchroon en ondeelbaar. Dit betekende dat zodra React begon met het vergelijken van de virtuele DOM en het bijwerken van de daadwerkelijke DOM, dit niet onderbroken kon worden. Dit kon leiden tot prestatieproblemen, vooral in complexe applicaties met grote componentenbomen. Als een componentupdate lang duurde, werd de browser niet-responsief, wat resulteerde in een slechte gebruikerservaring. Dit wordt vaak het "jank"-probleem genoemd.

Stel je een complexe e-commerce website voor die een productcatalogus toont. Als een gebruiker interactie heeft met een filter, wat een re-render van de catalogus activeert, zou het synchrone reconciliatieproces de hoofdthread kunnen blokkeren, waardoor de UI niet-responsief wordt totdat de hele catalogus opnieuw is gerenderd. Dit kan enkele seconden duren, wat frustratie veroorzaakt bij de gebruiker.

Introductie van React Fiber

React Fiber is een volledige herschrijving van React's reconciliatie-algoritme, geïntroduceerd in React 16. Het hoofddoel is om de responsiviteit en de waargenomen prestaties van React-applicaties te verbeteren, vooral in complexe scenario's. Fiber bereikt dit door het reconciliatieproces op te splitsen in kleinere, onderbreekbare werkeenheden.

De belangrijkste concepten achter React Fiber zijn:

• Fibers: Een fiber is een JavaScript-object dat een werkeenheid vertegenwoordigt. Het bevat informatie over een component, zijn input en zijn output. Elk React-component heeft een corresponderende fiber.
• Werk-lus: Een werk-lus is een lus die door de fiber-boom itereert en het benodigde werk voor elke fiber uitvoert.
• Planning: De scheduler beslist wanneer een werkeenheid moet worden gestart, gepauzeerd, hervat of afgebroken op basis van prioriteit.

Voordelen van de Fiber-architectuur

De Fiber-architectuur biedt verschillende significante voordelen:

• Onderbreekbare Reconciliatie: Fiber stelt React in staat om het reconciliatieproces te pauzeren en te hervatten, waardoor langdurige taken de hoofdthread niet blokkeren. Dit zorgt ervoor dat de UI responsief blijft, zelfs tijdens complexe updates.
• Op Prioriteit Gebaseerde Updates: Fiber stelt React in staat om verschillende soorten updates te prioriteren. Gebruikersinteracties, zoals typen of klikken, kunnen bijvoorbeeld een hogere prioriteit krijgen dan achtergrondtaken, zoals het ophalen van gegevens. Dit zorgt ervoor dat de belangrijkste updates eerst worden verwerkt.
• Asynchroon Renderen: Fiber stelt React in staat om rendering asynchroon uit te voeren. Dit betekent dat React kan beginnen met het renderen van een component en vervolgens kan pauzeren om de browser andere taken te laten afhandelen, zoals gebruikersinvoer of animaties. Dit verbetert de algehele prestaties en responsiviteit van de applicatie.
• Verbeterde Foutafhandeling: Fiber biedt een betere foutafhandeling tijdens het reconciliatieproces. Als er een fout optreedt tijdens het renderen, kan React de fout opvangen en voorkomen dat de hele applicatie crasht.

Denk aan een collaboratieve applicatie voor het bewerken van documenten. Met Fiber kunnen bewerkingen van verschillende gebruikers met verschillende prioriteiten worden verwerkt. Real-time typen van de huidige gebruiker krijgt de hoogste prioriteit, wat zorgt voor onmiddellijke feedback. Updates van andere gebruikers, of automatisch opslaan op de achtergrond, kunnen met een lagere prioriteit worden verwerkt, waardoor de verstoring van de ervaring van de actieve gebruiker wordt geminimaliseerd.

De Fiber-structuur Begrijpen

Elk React-component wordt vertegenwoordigd door een Fiber-node. De Fiber-node bevat informatie over het type, de props en de state van het component, en zijn relaties met andere Fiber-nodes in de boom. Hier zijn enkele belangrijke eigenschappen van een Fiber-node:

• type: Het type van het component (bijv. een functiecomponent, een klassecomponent, een DOM-element).
• key: De key-prop die aan het component is doorgegeven.
• props: De props die aan het component zijn doorgegeven.
• stateNode: De instantie van het component (voor klassecomponenten) of null (voor functiecomponenten).
• child: Een pointer naar de eerste kind-Fiber-node.
• sibling: Een pointer naar de volgende sibling-Fiber-node.
• return: Een pointer naar de ouder-Fiber-node.
• alternate: Een pointer naar de Fiber-node die de vorige staat van het component vertegenwoordigt.
• effectTag: Een vlag die het type update aangeeft dat op de DOM moet worden uitgevoerd.

De alternate-eigenschap is bijzonder belangrijk. Het stelt React in staat om de vorige en huidige staat van het component bij te houden. Tijdens het reconciliatieproces vergelijkt React de huidige Fiber-node met zijn alternate om de wijzigingen te bepalen die aan de DOM moeten worden aangebracht.

Het Werk-lus Algoritme

De werk-lus is de kern van de Fiber-architectuur. Het is verantwoordelijk voor het doorlopen van de fiber-boom en het uitvoeren van het benodigde werk voor elke fiber. De werk-lus is geïmplementeerd als een recursieve functie die fibers één voor één verwerkt.

De werk-lus bestaat uit twee hoofdfasen:

• De Render-fase: Tijdens de render-fase doorloopt React de fiber-boom en bepaalt de wijzigingen die aan de DOM moeten worden aangebracht. Deze fase is onderbreekbaar, wat betekent dat React deze op elk moment kan pauzeren en hervatten.
• De Commit-fase: Tijdens de commit-fase past React de wijzigingen toe op de DOM. Deze fase is niet onderbreekbaar, wat betekent dat React deze moet voltooien zodra deze is gestart.

De Render-fase in Detail

De render-fase kan verder worden onderverdeeld in twee subfasen:

• beginWork: De beginWork-functie is verantwoordelijk voor het verwerken van de huidige Fiber-node en het creëren van kind-Fiber-nodes. Het bepaalt of het component moet worden bijgewerkt en, zo ja, creëert nieuwe Fiber-nodes voor zijn kinderen.
• completeWork: De completeWork-functie is verantwoordelijk voor het verwerken van de huidige Fiber-node nadat zijn kinderen zijn verwerkt. Het werkt de DOM bij en berekent de lay-out van het component.

De beginWork-functie voert de volgende taken uit:

1. Controleert of het component moet worden bijgewerkt.
2. Als het component moet worden bijgewerkt, vergelijkt het de nieuwe props en state met de vorige props en state om de wijzigingen te bepalen die moeten worden aangebracht.
3. Creëert nieuwe Fiber-nodes voor de kinderen van het component.
4. Stelt de effectTag-eigenschap in op de Fiber-node om het type update aan te geven dat op de DOM moet worden uitgevoerd.

De completeWork-functie voert de volgende taken uit:

1. Werkt de DOM bij met de wijzigingen die tijdens de beginWork-functie zijn bepaald.
2. Berekent de lay-out van het component.
3. Verzamelt de neveneffecten die na de commit-fase moeten worden uitgevoerd.

De Commit-fase in Detail

De commit-fase is verantwoordelijk voor het toepassen van de wijzigingen op de DOM. Deze fase is niet onderbreekbaar, wat betekent dat React deze moet voltooien zodra deze is gestart. De commit-fase bestaat uit drie subfasen:

• beforeMutation: Deze fase wordt uitgevoerd voordat de DOM wordt gewijzigd. Het wordt gebruikt om taken uit te voeren zoals het voorbereiden van de DOM op de updates.
• mutation: In deze fase worden de daadwerkelijke DOM-mutaties uitgevoerd. React werkt de DOM bij op basis van de effectTag-eigenschap van de Fiber-nodes.
• layout: Deze fase wordt uitgevoerd nadat de DOM is gewijzigd. Het wordt gebruikt om taken uit te voeren zoals het bijwerken van de lay-out van het component en het uitvoeren van lifecycle-methoden.

Praktische Voorbeelden en Codefragmenten

Laten we het Fiber-reconciliatieproces illustreren met een vereenvoudigd voorbeeld. Beschouw een component dat een lijst met items weergeeft:

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

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

); } ```

Wanneer de items-prop verandert, moet React de lijst reconciliëren en de DOM dienovereenkomstig bijwerken. Zo zou Fiber dit aanpakken:

1. Render-fase: De beginWork-functie zou de nieuwe items-array vergelijken met de vorige items-array. Het zou identificeren welke items zijn toegevoegd, verwijderd of bijgewerkt.
2. Nieuwe Fiber-nodes zouden worden gemaakt voor de toegevoegde items, en de effectTag zou worden ingesteld om aan te geven dat deze items in de DOM moeten worden ingevoegd.
3. Fiber-nodes voor de verwijderde items zouden worden gemarkeerd voor verwijdering.
4. Fiber-nodes voor de bijgewerkte items zouden worden bijgewerkt met de nieuwe gegevens.
5. Commit-fase: De commit-fase zou deze wijzigingen vervolgens toepassen op de daadwerkelijke DOM. De toegevoegde items zouden worden ingevoegd, de verwijderde items zouden worden verwijderd en de bijgewerkte items zouden worden aangepast.

Het gebruik van de key-prop is cruciaal voor een efficiënte reconciliatie. Zonder de key-prop zou React de hele lijst opnieuw moeten renderen telkens wanneer de items-array verandert. Met de key-prop kan React snel identificeren welke items zijn toegevoegd, verwijderd of bijgewerkt, en alleen die items bijwerken.

Stel je bijvoorbeeld een scenario voor waarin de volgorde van items in een winkelwagentje verandert. Als elk item een unieke key heeft (bijv. de product-ID), kan React de items in de DOM efficiënt opnieuw ordenen zonder ze volledig opnieuw te hoeven renderen. Dit verbetert de prestaties aanzienlijk, vooral voor grote lijsten.

Planning en Prioritering

Een van de belangrijkste voordelen van Fiber is de mogelijkheid om updates te plannen en te prioriteren. React gebruikt een scheduler om te bepalen wanneer een werkeenheid moet worden gestart, gepauzeerd, hervat of afgebroken op basis van de prioriteit ervan. Hierdoor kan React gebruikersinteracties prioriteren en ervoor zorgen dat de UI responsief blijft, zelfs tijdens complexe updates.

React biedt verschillende API's voor het plannen van updates met verschillende prioriteiten:

• React.render: Plant een update met de standaardprioriteit.
• ReactDOM.unstable_deferredUpdates: Plant een update met een lagere prioriteit.
• ReactDOM.unstable_runWithPriority: Hiermee kunt u expliciet de prioriteit van een update specificeren.

U kunt bijvoorbeeld ReactDOM.unstable_deferredUpdates gebruiken om updates te plannen die niet cruciaal zijn voor de gebruikerservaring, zoals het bijhouden van analyses of het ophalen van gegevens op de achtergrond.

```javascript ReactDOM.unstable_deferredUpdates(() => { // Voer hier niet-kritieke updates uit updateAnalyticsData(); }); ```

Foutafhandeling met Fiber

Fiber biedt verbeterde foutafhandeling tijdens het reconciliatieproces. Wanneer er een fout optreedt tijdens het renderen, kan React de fout opvangen en voorkomen dat de hele applicatie crasht. React gebruikt error boundaries om fouten op een gecontroleerde manier af te handelen.

Een error boundary is een component dat JavaScript-fouten overal in zijn onderliggende componentenboom opvangt, die fouten logt en een fallback-UI weergeeft in plaats van de gecrashte componentenboom. Error boundaries vangen fouten op tijdens het renderen, in lifecycle-methoden en in constructors van de hele boom eronder.

```javascript class ErrorBoundary extends React.Component { constructor(props) { super(props); this.state = { hasError: false }; } static getDerivedStateFromError(error) { // Update state zodat de volgende render de fallback-UI toont. return { hasError: true }; } componentDidCatch(error, errorInfo) { // U kunt de fout ook loggen naar een foutrapportageservice logErrorToMyService(error, errorInfo); } render() { if (this.state.hasError) { // U kunt elke aangepaste fallback-UI renderen return

Er is iets misgegaan.

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

U kunt error boundaries gebruiken om elk component in te pakken dat mogelijk een fout kan veroorzaken. Dit zorgt ervoor dat uw applicatie stabiel blijft, zelfs als sommige componenten falen.

```javascript ```

Fiber Debuggen

Het debuggen van React-applicaties die Fiber gebruiken kan uitdagend zijn, maar er zijn verschillende tools en technieken die kunnen helpen. De React DevTools browserextensie biedt een krachtige set tools voor het inspecteren van de componentenboom, het profileren van prestaties en het debuggen van fouten.

De React Profiler stelt u in staat om de prestaties van uw applicatie op te nemen en knelpunten te identificeren. U kunt de Profiler gebruiken om te zien hoe lang elke component erover doet om te renderen en componenten te identificeren die prestatieproblemen veroorzaken.

De React DevTools biedt ook een componentenboomweergave waarmee u de props, state en Fiber-node van elk component kunt inspecteren. Dit kan nuttig zijn om te begrijpen hoe de componentenboom is gestructureerd en hoe het reconciliatieproces werkt.

Conclusie

De React Fiber-architectuur vertegenwoordigt een aanzienlijke verbetering ten opzichte van het traditionele reconciliatieproces. Door het reconciliatieproces op te splitsen in kleinere, onderbreekbare werkeenheden, stelt Fiber React in staat om de responsiviteit en de waargenomen prestaties van applicaties te verbeteren, vooral in complexe scenario's.

Het begrijpen van de belangrijkste concepten achter Fiber, zoals fibers, werk-lussen en planning, is essentieel voor het bouwen van hoogpresterende React-applicaties. Door gebruik te maken van de functies van Fiber, kunt u UI's creëren die responsiever, veerkrachtiger en een betere gebruikerservaring bieden.

Naarmate React blijft evolueren, zal Fiber een fundamenteel onderdeel van zijn architectuur blijven. Door op de hoogte te blijven van de nieuwste ontwikkelingen in Fiber, kunt u ervoor zorgen dat uw React-applicaties volledig profiteren van de prestatievoordelen die het biedt.

Hier zijn enkele belangrijke punten om te onthouden:

• React Fiber is een volledige herschrijving van React's reconciliatie-algoritme.
• Fiber stelt React in staat om het reconciliatieproces te pauzeren en te hervatten, waardoor langdurige taken de hoofdthread niet blokkeren.
• Fiber stelt React in staat om verschillende soorten updates te prioriteren.
• Fiber biedt een betere foutafhandeling tijdens het reconciliatieproces.
• De key-prop is cruciaal voor een efficiënte reconciliatie.
• De React DevTools browserextensie biedt een krachtige set tools voor het debuggen van Fiber-applicaties.

Door React Fiber te omarmen en de principes ervan te begrijpen, kunnen ontwikkelaars over de hele wereld performantere en gebruiksvriendelijkere webapplicaties bouwen, ongeacht hun locatie of de complexiteit van hun projecten.