React Reconciliation: Avduking av den virtuelle DOM-ens diffing-algoritme

React, et populært JavaScript-bibliotek for å bygge brukergrensesnitt, skylder sin ytelse og effektivitet en prosess kalt avstemming (reconciliation). I hjertet av avstemmingen ligger den virtuelle DOM-ens diffing-algoritme, en sofistikert mekanisme som bestemmer hvordan den faktiske DOM-en (Document Object Model) skal oppdateres på den mest effektive måten. Denne artikkelen gir et dypdykk i Reacts avstemmingsprosess, og forklarer den virtuelle DOM-en, diffing-algoritmen og praktiske strategier for å optimalisere ytelsen.

Hva er den virtuelle DOM-en?

Den virtuelle DOM-en (VDOM) er en lett, minnebasert representasjon av den virkelige DOM-en. Tenk på det som en blåkopi av det faktiske brukergrensesnittet. I stedet for å manipulere nettleserens DOM direkte, jobber React med denne virtuelle representasjonen. Når data endres i en React-komponent, opprettes et nytt virtuelt DOM-tre. Dette nye treet blir deretter sammenlignet med det forrige virtuelle DOM-treet.

Viktige fordeler med å bruke den virtuelle DOM-en:

• Forbedret ytelse: Direkte manipulering av den virkelige DOM-en er kostbart. Ved å minimere direkte DOM-manipulasjoner, øker React ytelsen betydelig.
• Kryssplattform-kompatibilitet: VDOM-en lar React-komponenter bli gjengitt i ulike miljøer, inkludert nettlesere, mobilapper (React Native) og server-side rendering (Next.js).
• Forenklet utvikling: Utviklere kan fokusere på applikasjonslogikken uten å bekymre seg for de intrikate detaljene ved DOM-manipulering.

Avstemmingsprosessen: Hvordan React oppdaterer DOM-en

Avstemming er prosessen der React synkroniserer den virtuelle DOM-en med den virkelige DOM-en. Når en komponents tilstand endres, utfører React følgende trinn:

1. Gjengir komponenten på nytt: React gjengir komponenten på nytt og oppretter et nytt virtuelt DOM-tre.
2. Sammenligner det nye og det gamle treet (Diffing): React sammenligner det nye virtuelle DOM-treet med det forrige. Det er her diffing-algoritmen trer i kraft.
3. Bestemmer det minimale settet med endringer: Diffing-algoritmen identifiserer det minimale settet med endringer som kreves for å oppdatere den virkelige DOM-en.
4. Anvender endringene (Committing): React anvender kun disse spesifikke endringene på den virkelige DOM-en.

Diffing-algoritmen: Forstå reglene

Diffing-algoritmen er kjernen i Reacts avstemmingsprosess. Den bruker heuristikk for å finne den mest effektive måten å oppdatere DOM-en på. Selv om den ikke garanterer det absolutt minimale antallet operasjoner i alle tilfeller, gir den utmerket ytelse i de fleste scenarioer. Algoritmen opererer under følgende antakelser:

• To elementer av forskjellige typer vil produsere forskjellige trær: Når to elementer har forskjellige typer (f.eks. en <div> erstattet av en <span>), vil React erstatte den gamle noden fullstendig med den nye.
• key-propen: Når man håndterer lister med barn, stoler React på key-propen for å identifisere hvilke elementer som har endret seg, blitt lagt til eller fjernet. Uten nøkler måtte React ha gjengitt hele listen på nytt, selv om bare ett element har endret seg.

Detaljert forklaring av diffing-algoritmen

La oss bryte ned hvordan diffing-algoritmen fungerer i mer detalj:

1. Sammenligning av elementtype: Først sammenligner React rotelementene i de to trærne. Hvis de har forskjellige typer, river React ned det gamle treet og bygger det nye treet fra bunnen av. Dette innebærer å fjerne den gamle DOM-noden og opprette en ny DOM-node med den nye elementtypen.
2. Oppdateringer av DOM-egenskaper: Hvis elementtypene er de samme, sammenligner React attributtene (props) til de to elementene. Den identifiserer hvilke attributter som har endret seg og oppdaterer kun disse attributtene på det virkelige DOM-elementet. For eksempel, hvis en <div>-elements className-prop har endret seg, vil React oppdatere className-attributtet på den tilsvarende DOM-noden.
3. Komponentoppdateringer: Når React støter på et komponentelement, oppdaterer den komponenten rekursivt. Dette innebærer å gjengi komponenten på nytt og anvende diffing-algoritmen på komponentens output.
4. Listediffing (Bruk av nøkler): Å sammenligne lister med barn effektivt er avgjørende for ytelsen. Når en liste gjengis, forventer React at hvert barn har en unik key-prop. key-propen lar React identifisere hvilke elementer som er lagt til, fjernet eller omorganisert.

Eksempel: Diffing med og uten nøkler

Uten nøkler:

// Innledende gjengivelse
<ul>
  <li>Element 1</li>
  <li>Element 2</li>
</ul>

// Etter å ha lagt til et element i begynnelsen
<ul>
  <li>Element 0</li>
  <li>Element 1</li>
  <li>Element 2</li>
</ul>

Uten nøkler vil React anta at alle tre elementene har endret seg. Den vil oppdatere DOM-nodene for hvert element, selv om bare et nytt element ble lagt til. Dette er ineffektivt.

Med nøkler:

// Innledende gjengivelse
<ul>
  <li key="item1">Element 1</li>
  <li key="item2">Element 2</li>
</ul>

// Etter å ha lagt til et element i begynnelsen
<ul>
  <li key="item0">Element 0</li>
  <li key="item1">Element 1</li>
  <li key="item2">Element 2</li>
</ul>

Med nøkler kan React enkelt identifisere at "item0" er et nytt element, og "item1" og "item2" bare har blitt flyttet ned. Den vil kun legge til det nye elementet og omorganisere de eksisterende, noe som gir mye bedre ytelse.

Teknikker for ytelsesoptimalisering

Selv om Reacts avstemmingsprosess er effektiv, finnes det flere teknikker du kan bruke for å optimalisere ytelsen ytterligere:

• Bruk nøkler riktig: Som vist ovenfor, er bruk av nøkler avgjørende når man gjengir lister med barn. Bruk alltid unike og stabile nøkler. Å bruke indeksen i en matrise som nøkkel er generelt et anti-mønster, da det kan føre til ytelsesproblemer når listen omorganiseres.
• Unngå unødvendige re-renders: Sørg for at komponenter kun gjengis på nytt når deres props eller tilstand faktisk har endret seg. Du kan bruke teknikker som React.memo, PureComponent og shouldComponentUpdate for å forhindre unødvendige re-renders.
• Bruk uforanderlige datastrukturer: Uforanderlige datastrukturer gjør det enklere å oppdage endringer og forhindre utilsiktede mutasjoner. Biblioteker som Immutable.js kan være nyttige.
• Kodesplitting: Del applikasjonen din i mindre biter og last dem ved behov. Dette reduserer den innledende lastetiden og forbedrer den generelle ytelsen. React.lazy og Suspense er nyttige for å implementere kodesplitting.
• Memoization: Memoizer kostbare beregninger eller funksjonskall for å unngå å beregne dem på nytt unødvendig. Biblioteker som Reselect kan brukes til å lage memoiserte selektorer.
• Virtualiser lange lister: Når du gjengir veldig lange lister, bør du vurdere å bruke virtualiseringsteknikker. Virtualisering gjengir kun elementene som er synlige på skjermen, noe som forbedrer ytelsen betydelig. Biblioteker som react-window og react-virtualized er designet for dette formålet.
• Debouncing og Throttling: Hvis du har hendelseshåndterere som kalles ofte, for eksempel for rulling eller endring av vindusstørrelse, bør du vurdere å bruke debouncing eller throttling for å begrense antall ganger håndtereren utføres. Dette kan forhindre ytelsesflaskehalser.

Praktiske eksempler og scenarioer

La oss se på noen praktiske eksempler for å illustrere hvordan disse optimaliseringsteknikkene kan anvendes.

Eksempel 1: Forhindre unødvendige re-renders med React.memo

Forestill deg at du har en komponent som viser brukerinformasjon. Komponenten mottar brukerens navn og alder som props. Hvis brukerens navn og alder ikke endres, er det ingen grunn til å gjengi komponenten på nytt. Du kan bruke React.memo for å forhindre unødvendige re-renders.

import React from 'react';

const UserInfo = React.memo(function UserInfo(props) {
  console.log('Gjengir UserInfo-komponent');
  return (
    <div>
      <p>Navn: {props.name}</p>
      <p>Alder: {props.age}</p>
    </div>
  );
});

export default UserInfo;

React.memo sammenligner overfladisk propsene til komponenten. Hvis propsene er de samme, hopper den over re-render.

Eksempel 2: Bruk av uforanderlige datastrukturer

Tenk deg en komponent som mottar en liste med elementer som en prop. Hvis listen muteres direkte, kan det hende React ikke oppdager endringen og ikke gjengir komponenten på nytt. Bruk av uforanderlige datastrukturer kan forhindre dette problemet.

import React from 'react';
import { List } from 'immutable';

function ItemList(props) {
  console.log('Gjengir ItemList-komponent');
  return (
    <ul>
      {props.items.map(item => (
        <li key={item.id}>{item.name}</li>
      ))}
    </ul>
  );
}

export default ItemList;

I dette eksempelet bør items-propen være en uforanderlig liste fra Immutable.js-biblioteket. Når listen oppdateres, opprettes en ny uforanderlig liste, som React enkelt kan oppdage.

Vanlige fallgruver og hvordan du unngår dem

Flere vanlige fallgruver kan hindre ytelsen til React-applikasjoner. Å forstå og unngå disse fallgruvene er avgjørende.

• Mutere tilstand direkte: Bruk alltid setState-metoden for å oppdatere komponentens tilstand. Direkte mutering av tilstanden kan føre til uventet oppførsel og ytelsesproblemer.
• Ignorere shouldComponentUpdate (eller tilsvarende): Å unnlate å implementere shouldComponentUpdate (eller bruke React.memo/PureComponent) når det er hensiktsmessig, kan føre til unødvendige re-renders.
• Bruke inline-funksjoner i render: Å opprette nye funksjoner i render-metoden kan forårsake unødvendige re-renders av barnekomponenter. Bruk useCallback for å memoize disse funksjonene.
• Minnelekkasjer: Å unnlate å rydde opp i hendelseslyttere eller tidtakere når en komponent avmonteres, kan føre til minnelekkasjer og redusere ytelsen over tid.
• Ineffektive algoritmer: Bruk av ineffektive algoritmer for oppgaver som søking eller sortering kan påvirke ytelsen negativt. Velg passende algoritmer for oppgaven.

Globale hensyn for React-utvikling

Når du utvikler React-applikasjoner for et globalt publikum, bør du vurdere følgende:

• Internasjonalisering (i18n) og lokalisering (l10n): Bruk biblioteker som react-intl eller i18next for å støtte flere språk og regionale formater.
• Høyre-til-venstre (RTL) layout: Sørg for at applikasjonen din støtter RTL-språk som arabisk og hebraisk.
• Tilgjengelighet (a11y): Gjør applikasjonen din tilgjengelig for brukere med nedsatt funksjonsevne ved å følge retningslinjer for tilgjengelighet. Bruk semantisk HTML, gi alternativ tekst for bilder og sørg for at applikasjonen kan navigeres med tastatur.
• Ytelsesoptimalisering for brukere med lav båndbredde: Optimaliser applikasjonen for brukere med trege internettforbindelser. Bruk kodesplitting, bildeoptimalisering og caching for å redusere lastetider.
• Tidssoner og dato/tid-formatering: Håndter tidssoner og dato/tid-formatering korrekt for å sikre at brukere ser riktig informasjon uavhengig av deres plassering. Biblioteker som Moment.js eller date-fns kan være nyttige.

Konklusjon

Å forstå Reacts avstemmingsprosess og den virtuelle DOM-ens diffing-algoritme er essensielt for å bygge høytytende React-applikasjoner. Ved å bruke nøkler riktig, forhindre unødvendige re-renders og anvende andre optimaliseringsteknikker, kan du betydelig forbedre ytelsen og responsen til applikasjonene dine. Husk å vurdere globale faktorer som internasjonalisering, tilgjengelighet og ytelse for brukere med lav båndbredde når du utvikler applikasjoner for et mangfoldig publikum.

Denne omfattende guiden gir et solid grunnlag for å forstå React-avstemming. Ved å anvende disse prinsippene og teknikkene kan du lage effektive og ytende React-applikasjoner som gir en flott brukeropplevelse for alle.