React Concurrent Rendering: Lås opp ytelse med Fiber-arkitektur og Work Loop-analyse

React, en dominerende kraft innen front-end utvikling, har kontinuerlig utviklet seg for å møte kravene til stadig mer komplekse og interaktive brukergrensesnitt. En av de viktigste fremskrittene i denne utviklingen er Concurrent Rendering, introdusert med React 16. Dette paradigmeskiftet endret fundamentalt hvordan React håndterer oppdateringer og gjengir komponenter, og låste opp betydelige ytelsesforbedringer og muliggjorde mer responsive brukeropplevelser. Denne artikkelen dykker ned i kjernekonseptene i Concurrent Rendering, utforsker Fiber-arkitekturen og work loop, og gir innsikt i hvordan disse mekanismene bidrar til jevnere og mer effektive React-applikasjoner.

Forstå behovet for Concurrent Rendering

Før Concurrent Rendering opererte React på en synkron måte. Når en oppdatering skjedde (f.eks. tilstandsendring, prop-oppdatering), ville React begynne å gjengi hele komponenttreet i en enkelt, uavbrutt operasjon. Denne synkrone gjengivelsen kan føre til ytelsesflaskehalser, spesielt når man arbeider med store komponenttrær eller beregningsmessig kostbare operasjoner. I løpet av disse gjengivelsesperiodene vil nettleseren bli ikke-responsiv, noe som fører til en hakkete og frustrerende brukeropplevelse. Dette blir ofte referert til som å "blokkere hovedtråden".

Tenk deg et scenario der en bruker skriver inn i et tekstfelt. Hvis komponenten som er ansvarlig for å vise den innskrevne teksten er en del av et stort, komplekst komponenttre, kan hvert tastetrykk utløse en ny gjengivelse som blokkerer hovedtråden. Dette vil resultere i merkbar forsinkelse og en dårlig brukeropplevelse.

Concurrent Rendering adresserer dette problemet ved å tillate React å bryte ned gjengivelsesoppgaver i mindre, håndterbare arbeidsenheter. Disse enhetene kan prioriteres, pauses og gjenopptas etter behov, slik at React kan flette gjengivelsesoppgaver med andre nettleseroperasjoner, som for eksempel å håndtere brukerinndata eller nettverksforespørsler. Denne tilnærmingen forhindrer at hovedtråden blir blokkert i lengre perioder, noe som resulterer i en mer responsiv og flytende brukeropplevelse. Tenk på det som multitasking for Reacts gjengivelsesprosess.

Introduserer Fiber-arkitekturen

I hjertet av Concurrent Rendering ligger Fiber-arkitekturen. Fiber representerer en komplett ny implementering av Reacts interne forsoningsalgoritme. I motsetning til den tidligere synkrone forsoningsprosessen, introduserer Fiber en mer sofistikert og granulær tilnærming til å håndtere oppdateringer og gjengi komponenter.

Hva er en Fiber?

En Fiber kan konseptuelt forstås som en virtuell representasjon av en komponentinstans. Hver komponent i React-applikasjonen din er assosiert med en tilsvarende Fiber-node. Disse Fiber-nodene danner en trestruktur som speiler komponenttreet. Hver Fiber-node inneholder informasjon om komponenten, dens props, dens barn og dens nåværende tilstand. Avgjørende er at den også inneholder informasjon om arbeidet som må gjøres for den komponenten.

Viktige egenskaper for en Fiber-node inkluderer:

• type: Komponenttypen (f.eks. div, MyComponent).
• key: Den unike nøkkelen som er tildelt komponenten (brukes for effektiv forsoning).
• props: Propsene som er sendt til komponenten.
• child: En peker til Fiber-noden som representerer komponentens første barn.
• sibling: En peker til Fiber-noden som representerer komponentens neste søsken.
• return: En peker til Fiber-noden som representerer komponentens forelder.
• stateNode: En referanse til den faktiske komponentinstansen (f.eks. en DOM-node for vertskomponenter, en klassekomponentinstans).
• alternate: En peker til Fiber-noden som representerer den forrige versjonen av komponenten.
• effectTag: Et flagg som indikerer hvilken type oppdatering som kreves for komponenten (f.eks. plassering, oppdatering, sletting).

Fiber-treet

Fiber-treet er en persistent datastruktur som representerer den nåværende tilstanden til applikasjonens UI. Når en oppdatering skjer, oppretter React et nytt Fiber-tre i bakgrunnen, som representerer den ønskede tilstanden til UI etter oppdateringen. Dette nye treet refereres til som "work-in-progress"-treet. Når work-in-progress-treet er fullført, bytter React det ut med det gjeldende treet, og gjør endringene synlige for brukeren.

Denne dobbel-tre-tilnærmingen lar React utføre gjengivelsesoppdateringer på en ikke-blokkerende måte. Det gjeldende treet forblir synlig for brukeren mens work-in-progress-treet konstrueres i bakgrunnen. Dette forhindrer at UI fryser eller blir ikke-responsiv under oppdateringer.

Fordeler med Fiber-arkitekturen

• Avbruttbar gjengivelse: Fiber gjør det mulig for React å pause og gjenoppta gjengivelsesoppgaver, slik at den kan prioritere brukerinteraksjoner og forhindre at hovedtråden blir blokkert.
• Inkrementell gjengivelse: Fiber lar React bryte ned gjengivelsesoppdateringer i mindre arbeidsenheter, som kan behandles inkrementelt over tid.
• Prioritering: Fiber lar React prioritere forskjellige typer oppdateringer, og sikrer at kritiske oppdateringer (f.eks. brukerinndata) behandles før mindre viktige oppdateringer (f.eks. bakgrunnsdatahenting).
• Forbedret feilhåndtering: Fiber gjør det enklere å håndtere feil under gjengivelse, da det tillater React å rulle tilbake til en tidligere stabil tilstand hvis en feil oppstår.

Work Loop: Hvordan Fiber muliggjør Concurrency

Work loop er motoren som driver Concurrent Rendering. Det er en rekursiv funksjon som krysser Fiber-treet, utfører arbeid på hver Fiber-node og oppdaterer UI inkrementelt. Work loop er ansvarlig for følgende oppgaver:

• Velge neste Fiber å behandle.
• Utføre arbeid på Fiber (f.eks. beregne den nye tilstanden, sammenligne props, gjengi komponenten).
• Oppdatere Fiber-treet med resultatene av arbeidet.
• Planlegge mer arbeid som skal gjøres.

Faser av Work Loop

Work loop består av to hovedfaser:

1. Render Phase (også kjent som Reconciliation Phase): Denne fasen er ansvarlig for å bygge work-in-progress Fiber-treet. I løpet av denne fasen krysser React Fiber-treet, sammenligner det gjeldende treet med ønsket tilstand og bestemmer hvilke endringer som må gjøres. Denne fasen er asynkron og avbruttbar. Den bestemmer hva som *må* endres i DOM.
2. Commit Phase: Denne fasen er ansvarlig for å bruke endringene på den faktiske DOM. I løpet av denne fasen oppdaterer React DOM-nodene, legger til nye noder og fjerner gamle noder. Denne fasen er synkron og ikke-avbruttbar. Den *faktisk* endrer DOM.

Hvordan Work Loop muliggjør Concurrency

Nøkkelen til Concurrent Rendering ligger i det faktum at Render Phase er asynkron og avbruttbar. Dette betyr at React kan pause Render Phase når som helst for å la nettleseren håndtere andre oppgaver, for eksempel brukerinndata eller nettverksforespørsler. Når nettleseren er inaktiv, kan React gjenoppta Render Phase der den slapp.

Denne evnen til å pause og gjenoppta Render Phase lar React flette gjengivelsesoppgaver med andre nettleseroperasjoner, og forhindrer at hovedtråden blir blokkert og sikrer en mer responsiv brukeropplevelse. Commit Phase, derimot, må være synkron for å sikre konsistens i UI. Commit Phase er imidlertid vanligvis mye raskere enn Render Phase, så den forårsaker vanligvis ikke ytelsesflaskehalser.

Prioritering i Work Loop

React bruker en prioritetsbasert planleggingsalgoritme for å bestemme hvilke Fiber-noder som skal behandles først. Denne algoritmen tilordner et prioritetsnivå til hver oppdatering basert på dens viktighet. For eksempel blir oppdateringer utløst av brukerinndata vanligvis tildelt en høyere prioritet enn oppdateringer utløst av bakgrunnsdatahenting.

Work loop behandler alltid Fiber-noder med høyest prioritet først. Dette sikrer at kritiske oppdateringer behandles raskt, og gir en responsiv brukeropplevelse. Mindre viktige oppdateringer behandles i bakgrunnen når nettleseren er inaktiv.

Dette prioriteringssystemet er avgjørende for å opprettholde en jevn brukeropplevelse, spesielt i komplekse applikasjoner med mange samtidige oppdateringer. Tenk deg et scenario der en bruker skriver i et søkefelt mens applikasjonen samtidig henter og viser en liste over foreslåtte søkeord. Oppdateringene relatert til brukerens skriving bør prioriteres for å sikre at tekstfeltet forblir responsivt, mens oppdateringene relatert til de foreslåtte søkeordene kan behandles i bakgrunnen.

Praktiske eksempler på Concurrent Rendering i aksjon

La oss undersøke noen praktiske eksempler på hvordan Concurrent Rendering kan forbedre ytelsen og brukeropplevelsen til React-applikasjoner.

1. Debouncing av brukerinndata

Tenk deg et søkefelt som viser søkeresultater mens brukeren skriver. Uten Concurrent Rendering kan hvert tastetrykk utløse en ny gjengivelse av hele søkeresultatlisten, noe som fører til ytelsesproblemer og en hakkete brukeropplevelse.

Med Concurrent Rendering kan vi bruke debouncing for å forsinke gjengivelsen av søkeresultatene til brukeren har sluttet å skrive i en kort periode. Dette lar React prioritere brukerens inndata og forhindre at UI blir ikke-responsiv.

Her er et forenklet eksempel:

import React, { useState, useCallback } from 'react';

function SearchBar() {
 const [searchTerm, setSearchTerm] = useState('');

 const debouncedSearch = useCallback(
 debounce((value) => {
 // Perform search logic here
 console.log('Searching for:', value);
 }, 300),
 []
 );

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

 return (
 
 );
}

// Debounce function
function debounce(func, delay) {
 let timeout;
 return function(...args) {
 const context = this;
 clearTimeout(timeout);
 timeout = setTimeout(() => func.apply(context, args), delay);
 };
}

export default SearchBar;

I dette eksemplet forsinker debounce-funksjonen utførelsen av søkelogikken til brukeren har sluttet å skrive i 300 millisekunder. Dette sikrer at søkeresultatene bare gjengis når det er nødvendig, og forbedrer ytelsen til applikasjonen.

2. Lazy Loading av bilder

Å laste store bilder kan ha en betydelig innvirkning på den første lastetiden til en nettside. Med Concurrent Rendering kan vi bruke lazy loading for å utsette lasting av bilder til de er synlige i visningsporten.

Denne teknikken kan forbedre den opplevde ytelsen til applikasjonen betydelig, da brukeren ikke trenger å vente på at alle bildene skal lastes før de kan begynne å samhandle med siden.

Her er et forenklet eksempel ved hjelp av react-lazyload-biblioteket:

import React from 'react';
import LazyLoad from 'react-lazyload';

function ImageComponent({ src, alt }) {
 return (
 Loading...
}>
 
 
 );
}

export default ImageComponent;

I dette eksemplet forsinker LazyLoad-komponenten lasting av bildet til det er synlig i visningsporten. placeholder-prop lar oss vise en lastindikator mens bildet lastes.

3. Suspense for datahenting

React Suspense lar deg "suspende" gjengivelsen av en komponent mens du venter på at data skal lastes. Dette er spesielt nyttig for datahentingsscenarier, der du vil vise en lastindikator mens du venter på data fra et API.

Suspense integreres sømløst med Concurrent Rendering, slik at React kan prioritere lasting av data og forhindre at UI blir ikke-responsiv.

Her er et forenklet eksempel:

import React, { Suspense } from 'react';

// A fake data fetching function that returns a Promise
const fetchData = () => {
 return new Promise(resolve => {
 setTimeout(() => {
 resolve({ data: 'Data loaded!' });
 }, 2000);
 });
};

// A React component that uses Suspense
function MyComponent() {
 const resource = fetchData();
 return (
 Loading...