React Fiber-arkitektur: Forstå forsoningsprosessen

React har revolusjonert frontend-utvikling med sin komponentbaserte arkitektur og deklarative programmeringsmodell. Kjernen i Reacts effektivitet ligger i forsoningsprosessen – mekanismen React bruker for å oppdatere den faktiske DOM-en for å reflektere endringer i komponenttreet. Denne prosessen har gjennomgått en betydelig utvikling, som kulminerte i Fiber-arkitekturen. Denne artikkelen gir en omfattende forståelse av React Fiber og dens innvirkning på forsoning.

Hva er forsoning?

Forsoning er algoritmen React bruker for å sammenligne den forrige virtuelle DOM-en med den nye virtuelle DOM-en og bestemme det minimale settet med endringer som kreves for å oppdatere den faktiske DOM-en. Den virtuelle DOM-en er en representasjon av brukergrensesnittet i minnet. Når en komponents tilstand endres, lager React et nytt virtuelt DOM-tre. I stedet for å direkte manipulere den faktiske DOM-en, som er en treg prosess, sammenligner React det nye virtuelle DOM-treet med det forrige og identifiserer forskjellene. Denne prosessen kalles diffing.

Forsoningsprosessen styres av to hovedantakelser:

• Elementer av forskjellige typer vil produsere forskjellige trær.
• Utvikleren kan hinte om hvilke barneelementer som kan være stabile på tvers av forskjellige rendringer med en key-prop.

Tradisjonell forsoning (før Fiber)

I den opprinnelige implementeringen av React var forsoningsprosessen synkron og udelelig. Dette betydde at når React startet prosessen med å sammenligne den virtuelle DOM-en og oppdatere den faktiske DOM-en, kunne den ikke avbrytes. Dette kunne føre til ytelsesproblemer, spesielt i komplekse applikasjoner med store komponenttrær. Hvis en komponentoppdatering tok lang tid, ville nettleseren slutte å respondere, noe som resulterte i en dårlig brukeropplevelse. Dette blir ofte referert til som "jank"-problemet.

Se for deg et komplekst e-handelsnettsted som viser en produktkatalog. Hvis en bruker samhandler med et filter, som utløser en ny gjengivelse av katalogen, kan den synkrone forsoningsprosessen blokkere hovedtråden, noe som gjør brukergrensesnittet uresponsivt til hele katalogen er gjengitt på nytt. Dette kan ta flere sekunder og skape frustrasjon for brukeren.

Introduksjon til React Fiber

React Fiber er en fullstendig omskrivning av Reacts forsoningsalgoritme, introdusert i React 16. Hovedmålet er å forbedre responsen og den oppfattede ytelsen til React-applikasjoner, spesielt i komplekse scenarioer. Fiber oppnår dette ved å dele opp forsoningsprosessen i mindre, avbrytbare arbeidsenheter.

Nøkkelkonseptene bak React Fiber er:

• Fibre: En fiber er et JavaScript-objekt som representerer en arbeidsenhet. Den inneholder informasjon om en komponent, dens input og dens output. Hver React-komponent har en tilsvarende fiber.
• WorkLoop: En "work loop" er en løkke som itererer gjennom fibertreet og utfører det nødvendige arbeidet for hver fiber.
• Planlegging: Planleggeren bestemmer når en arbeidsenhet skal startes, pauses, gjenopptas eller avbrytes basert på prioritet.

Fordeler med Fiber-arkitektur

Fiber-arkitekturen gir flere betydelige fordeler:

• Avbrytbar forsoning: Fiber lar React pause og gjenoppta forsoningsprosessen, noe som forhindrer at langvarige oppgaver blokkerer hovedtråden. Dette sikrer at brukergrensesnittet forblir responsivt, selv under komplekse oppdateringer.
• Prioritetsbaserte oppdateringer: Fiber gjør det mulig for React å prioritere forskjellige typer oppdateringer. For eksempel kan brukerinteraksjoner, som å skrive eller klikke, gis høyere prioritet enn bakgrunnsoppgaver, som datahenting. Dette sikrer at de viktigste oppdateringene behandles først.
• Asynkron rendering: Fiber lar React utføre rendering asynkront. Dette betyr at React kan begynne å rendere en komponent og deretter pause for å la nettleseren håndtere andre oppgaver, som brukerinput eller animasjoner. Dette forbedrer den generelle ytelsen og responsen til applikasjonen.
• Forbedret feilhåndtering: Fiber gir bedre feilhåndtering under forsoningsprosessen. Hvis det oppstår en feil under rendering, kan React fange opp feilen og forhindre at hele applikasjonen krasjer.

Tenk på en samarbeidsapplikasjon for dokumentredigering. Med Fiber kan endringer gjort av forskjellige brukere behandles med varierende prioritet. Sanntidsskriving fra den nåværende brukeren får høyest prioritet, noe som sikrer umiddelbar tilbakemelding. Oppdateringer fra andre brukere, eller automatisk lagring i bakgrunnen, kan behandles med lavere prioritet, noe som minimerer forstyrrelser for den aktive brukerens opplevelse.

Forstå Fiber-strukturen

Hver React-komponent er representert av en Fiber-node. Fiber-noden inneholder informasjon om komponentens type, props, state og dens relasjoner til andre Fiber-noder i treet. Her er noen viktige egenskaper ved en Fiber-node:

• type: Typen komponent (f.eks. en funksjonskomponent, en klassekomponent, et DOM-element).
• key: key-propen som sendes til komponenten.
• props: Props som sendes til komponenten.
• stateNode: Instansen av komponenten (for klassekomponenter) eller null (for funksjonskomponenter).
• child: En peker til den første barn-Fiber-noden.
• sibling: En peker til neste søsken-Fiber-node.
• return: En peker til forelder-Fiber-noden.
• alternate: En peker til Fiber-noden som representerer den forrige tilstanden til komponenten.
• effectTag: Et flagg som indikerer typen oppdatering som må utføres på DOM-en.

Egenskapen alternate er spesielt viktig. Den lar React holde styr på den forrige og nåværende tilstanden til komponenten. Under forsoningsprosessen sammenligner React den nåværende Fiber-noden med dens alternate for å bestemme endringene som må gjøres i DOM-en.

WorkLoop-algoritmen

Work loop-en er kjernen i Fiber-arkitekturen. Den er ansvarlig for å traversere fibertreet og utføre det nødvendige arbeidet for hver fiber. Work loop-en er implementert som en rekursiv funksjon som behandler én fiber om gangen.

Work loop-en består av to hovedfaser:

• Renderingsfasen: Under renderingsfasen traverserer React fibertreet og bestemmer hvilke endringer som må gjøres i DOM-en. Denne fasen kan avbrytes, noe som betyr at React kan pause og gjenoppta den når som helst.
• Commit-fasen: Under commit-fasen anvender React endringene i DOM-en. Denne fasen kan ikke avbrytes, noe som betyr at React må fullføre den når den først har startet.

Renderingsfasen i detalj

Renderingsfasen kan videre deles inn i to underfaser:

• beginWork: Funksjonen beginWork er ansvarlig for å behandle den nåværende Fiber-noden og lage barn-Fiber-noder. Den avgjør om komponenten trenger å bli oppdatert, og hvis så, lager den nye Fiber-noder for barna.
• completeWork: Funksjonen completeWork er ansvarlig for å behandle den nåværende Fiber-noden etter at barna er behandlet. Den oppdaterer DOM-en og beregner layouten til komponenten.

Funksjonen beginWork utfører følgende oppgaver:

1. Sjekker om komponenten trenger å bli oppdatert.
2. Hvis komponenten trenger å bli oppdatert, sammenligner den de nye props og state med de forrige for å bestemme hvilke endringer som må gjøres.
3. Lager nye Fiber-noder for komponentens barn.
4. Setter effectTag-egenskapen på Fiber-noden for å indikere typen oppdatering som må utføres på DOM-en.

Funksjonen completeWork utfører følgende oppgaver:

1. Oppdaterer DOM-en med endringene som ble bestemt under beginWork-funksjonen.
2. Beregner layouten til komponenten.
3. Samler sideeffektene som må utføres etter commit-fasen.

Commit-fasen i detalj

Commit-fasen er ansvarlig for å anvende endringene i DOM-en. Denne fasen kan ikke avbrytes, noe som betyr at React må fullføre den når den først har startet. Commit-fasen består av tre underfaser:

• beforeMutation: Denne fasen utføres før DOM-en blir mutert. Den brukes til å utføre oppgaver som å forberede DOM-en for oppdateringene.
• mutation: I denne fasen utføres de faktiske DOM-mutasjonene. React oppdaterer DOM-en basert på effectTag-egenskapen til Fiber-nodene.
• layout: Denne fasen utføres etter at DOM-en har blitt mutert. Den brukes til å utføre oppgaver som å oppdatere layouten til komponenten og kjøre livssyklusmetoder.

Praktiske eksempler og kodebiter

La oss illustrere Fiber-forsoningsprosessen med et forenklet eksempel. Se for deg en komponent som viser en liste med elementer:

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

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

); } ```

Når items-propen endres, må React forsone listen og oppdatere DOM-en tilsvarende. Slik ville Fiber håndtert dette:

1. Renderingsfasen: Funksjonen beginWork ville sammenlignet den nye items-arrayen med den forrige. Den ville identifisert hvilke elementer som er lagt til, fjernet eller oppdatert.
2. Nye Fiber-noder ville blitt opprettet for de tillagte elementene, og effectTag ville blitt satt for å indikere at disse elementene må settes inn i DOM-en.
3. Fiber-noder for de fjernede elementene ville blitt merket for sletting.
4. Fiber-noder for de oppdaterte elementene ville blitt oppdatert med de nye dataene.
5. Commit-fasen: commit-fasen ville deretter anvendt disse endringene på den faktiske DOM-en. De tillagte elementene ville blitt satt inn, de fjernede elementene ville blitt slettet, og de oppdaterte elementene ville blitt modifisert.

Bruken av key-propen er avgjørende for effektiv forsoning. Uten key-propen, ville React måtte rendere hele listen på nytt hver gang items-arrayen endres. Med key-propen kan React raskt identifisere hvilke elementer som er lagt til, fjernet eller oppdatert, og kun oppdatere disse elementene.

For eksempel, se for deg et scenario der rekkefølgen på varer i en handlekurv endres. Hvis hver vare har en unik key (f.eks. produkt-ID), kan React effektivt endre rekkefølgen på elementene i DOM-en uten å måtte rendere dem helt på nytt. Dette forbedrer ytelsen betydelig, spesielt for store lister.

Planlegging og prioritering

En av de viktigste fordelene med Fiber er dens evne til å planlegge og prioritere oppdateringer. React bruker en planlegger for å bestemme når en arbeidsenhet skal startes, pauses, gjenopptas eller avbrytes basert på prioriteten. Dette lar React prioritere brukerinteraksjoner og sikre at brukergrensesnittet forblir responsivt, selv under komplekse oppdateringer.

React tilbyr flere API-er for å planlegge oppdateringer med forskjellige prioriteter:

• React.render: Planlegger en oppdatering med standardprioritet.
• ReactDOM.unstable_deferredUpdates: Planlegger en oppdatering med lavere prioritet.
• ReactDOM.unstable_runWithPriority: Lar deg eksplisitt spesifisere prioriteten til en oppdatering.

For eksempel kan du bruke ReactDOM.unstable_deferredUpdates til å planlegge oppdateringer som ikke er kritiske for brukeropplevelsen, som analysesporing eller datahenting i bakgrunnen.

```javascript ReactDOM.unstable_deferredUpdates(() => { // Utfør ikke-kritiske oppdateringer her updateAnalyticsData(); }); ```

Feilhåndtering med Fiber

Fiber gir forbedret feilhåndtering under forsoningsprosessen. Når en feil oppstår under rendering, kan React fange opp feilen og forhindre at hele applikasjonen krasjer. React bruker "error boundaries" for å håndtere feil på en kontrollert måte.

En "error boundary" er en komponent som fanger JavaScript-feil hvor som helst i sitt barn-komponenttre, logger disse feilene og viser et reserve-UI i stedet for det krasjede komponenttreet. "Error boundaries" fanger feil under rendering, i livssyklusmetoder og i konstruktører for hele treet under dem.

```javascript class ErrorBoundary extends React.Component { constructor(props) { super(props); this.state = { hasError: false }; } static getDerivedStateFromError(error) { // Oppdater state slik at neste render vil vise reserve-UI-et. return { hasError: true }; } componentDidCatch(error, errorInfo) { // Du kan også logge feilen til en feilrapporteringstjeneste logErrorToMyService(error, errorInfo); } render() { if (this.state.hasError) { // Du kan rendere hvilket som helst tilpasset reserve-UI return

Noe gikk galt.

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

Du kan bruke "error boundaries" til å pakke inn enhver komponent som kan kaste en feil. Dette sikrer at applikasjonen din forblir stabil selv om noen komponenter feiler.

```javascript ```

Feilsøking av Fiber

Feilsøking av React-applikasjoner som bruker Fiber kan være utfordrende, men det finnes flere verktøy og teknikker som kan hjelpe. Nettleserutvidelsen React DevTools tilbyr et kraftig sett med verktøy for å inspisere komponenttreet, profilere ytelse og feilsøke feil.

React Profiler lar deg registrere ytelsen til applikasjonen din og identifisere flaskehalser. Du kan bruke Profiler for å se hvor lang tid hver komponent bruker på å rendere og identifisere komponenter som forårsaker ytelsesproblemer.

React DevTools gir også en komponenttrevisning som lar deg inspisere props, state og Fiber-noden til hver komponent. Dette kan være nyttig for å forstå hvordan komponenttreet er strukturert og hvordan forsoningsprosessen fungerer.

Konklusjon

React Fiber-arkitekturen representerer en betydelig forbedring over den tradisjonelle forsoningsprosessen. Ved å dele opp forsoningsprosessen i mindre, avbrytbare arbeidsenheter, gjør Fiber det mulig for React å forbedre responsen og den oppfattede ytelsen til applikasjoner, spesielt i komplekse scenarioer.

Å forstå nøkkelkonseptene bak Fiber, som fibre, work loops og planlegging, er avgjørende for å bygge høytytende React-applikasjoner. Ved å utnytte funksjonene i Fiber kan du lage brukergrensesnitt som er mer responsive, mer robuste og gir en bedre brukeropplevelse.

Ettersom React fortsetter å utvikle seg, vil Fiber forbli en fundamental del av arkitekturen. Ved å holde deg oppdatert på den siste utviklingen innen Fiber, kan du sikre at dine React-applikasjoner drar full nytte av ytelsesfordelene den gir.

Her er noen viktige punkter:

• React Fiber er en fullstendig omskrivning av Reacts forsoningsalgoritme.
• Fiber lar React pause og gjenoppta forsoningsprosessen, noe som forhindrer at langvarige oppgaver blokkerer hovedtråden.
• Fiber gjør det mulig for React å prioritere forskjellige typer oppdateringer.
• Fiber gir bedre feilhåndtering under forsoningsprosessen.
• key-propen er avgjørende for effektiv forsoning.
• Nettleserutvidelsen React DevTools tilbyr et kraftig sett med verktøy for feilsøking av Fiber-applikasjoner.

Ved å omfavne React Fiber og forstå prinsippene, kan utviklere over hele verden bygge mer ytelsessterke og brukervennlige webapplikasjoner, uavhengig av deres plassering eller kompleksiteten i prosjektene.