Lås opp React-ytelse: Fiber-arbeidssyklusen, planleggerintegrasjon og prioritetskøer

I det stadig utviklende landskapet for frontend-utvikling er ytelse ikke bare en funksjon; det er en grunnleggende forventning. For applikasjoner som brukes av millioner over hele verden, på tvers av ulike enheter og nettverksforhold, er det avgjørende å oppnå et jevnt og responsivt brukergrensesnitt (UI). React, et ledende JavaScript-bibliotek for å bygge brukergrensesnitt, har gjennomgått betydelige arkitektoniske endringer for å adressere denne utfordringen. Kjernen i disse forbedringene ligger i React Fiber-arkitekturen, en fullstendig omskriving av forsoningsalgoritmen. Dette innlegget vil dykke ned i detaljene i React Fibers arbeidssyklus, dens sømløse integrasjon med planleggeren, og den kritiske rollen prioritetskøer spiller i å orkestrere en ytelsessterk og flytende brukeropplevelse for et globalt publikum.

Evolusjonen av Reacts gjengivelse: Fra stabel til Fiber

Før Fiber var Reacts gjengivelsesprosess basert på en rekursiv anropsstabel. Når en komponent ble oppdatert, ville React traversere komponenttreet og bygge opp en beskrivelse av UI-endringene. Denne prosessen, selv om den var effektiv for mange applikasjoner, hadde en betydelig begrensning: den var synkron og blokkerende. Hvis en stor oppdatering skjedde eller et komplekst komponenttre trengte å gjengis, kunne hovedtråden bli overbelastet, noe som førte til rykkete animasjoner, ureagerende interaksjoner og en dårlig brukeropplevelse, spesielt på mindre kraftige enheter som er vanlige i mange globale markeder.

Vurder et scenario som er vanlig i e-handelsapplikasjoner som brukes internasjonalt: en bruker som interagerer med et komplekst produktfilter. Med den gamle stabelbaserte forsoningen kunne samtidig bruk av flere filtre fryse brukergrensesnittet til alle oppdateringer var fullført. Dette ville være frustrerende for enhver bruker, men spesielt virkningsfullt i regioner der internettforbindelsen kan være mindre pålitelig, eller enhetsytelse er en større bekymring.

React Fiber ble introdusert for å løse disse begrensningene ved å muliggjøre samtidig gjengivelse. I motsetning til den gamle stabelen, er Fiber en re-entrant, asynkron og avbrytbar forsoningsalgoritme. Dette betyr at React kan pause gjengivelsen, utføre andre oppgaver og deretter gjenoppta gjengivelsen senere, alt uten å blokkere hovedtråden.

Introduserer Fiber-noden: En mer dyktig arbeidsenhet

I sin kjerne redefinerer React Fiber arbeidsenheten fra en komponentinstans til en Fiber-node. Tenk på en Fiber-node som et JavaScript-objekt som representerer en arbeidsenhet som skal utføres. Hver komponent i React-applikasjonen din har en tilsvarende Fiber-node. Disse nodene er koblet sammen for å danne et tre som speiler komponenttreet, men med tilleggsegenskaper som legger til rette for den nye gjengivelsesmodellen.

Viktige egenskaper ved en Fiber-node inkluderer:

• Type: Typen element (f.eks. en funksjonskomponent, en klassekomponent, en streng, et DOM-element).
• Nøkkel: En unik identifikator for listeelementer, avgjørende for effektive oppdateringer.
• Barn: En peker til den første barne-Fiber-noden.
• Søsken: En peker til neste søsken-Fiber-node.
• Retur: En peker til foreldre-Fiber-noden.
• MemoizedProps: Propsene som ble brukt til å memoize forrige gjengivelse.
• MemoizedState: Tilstanden som ble brukt til å memoize forrige gjengivelse.
• Alternativ: En peker til den tilsvarende Fiber-noden i det andre treet (enten gjeldende tre eller treet under arbeid). Dette er grunnleggende for hvordan React bytter mellom gjengivelsestilstander.
• Flagg: Bitmasker som indikerer hvilken type arbeid som må utføres på denne Fiber-noden (f.eks. oppdatering av props, legging til effekter, sletting av noden).
• Effekter: En liste over effekter knyttet til denne Fiber-noden, som livssyklusmetoder eller hooks.

Fiber-noder administreres ikke direkte av JavaScript garbage collection på samme måte som komponentinstanser var. I stedet danner de en lenket liste som React kan traversere effektivt. Denne strukturen gjør det enkelt for React å administrere og avbryte arbeid.

React Fiber-arbeidssyklusen: Orkestrering av gjengivelsesprosessen

Kjernen i React Fibers samtidighet er dens arbeidssyklus. Denne syklusen er ansvarlig for å traversere Fiber-treet, utføre arbeid og forplikte de fullførte endringene til DOM-en. Det som gjør den revolusjonerende, er dens evne til å bli pauset og gjenopptatt.

Arbeidssyklusen kan grovt deles inn i to faser:

1. Gjengivelsesfase (Arbeid-i-progresstre)

I denne fasen traverserer React komponenttreet og utfører arbeid på Fiber-noder. Dette arbeidet kan omfatte:

• Kalle komponentfunksjoner eller render()-metoder.
• Forsone props og tilstand.
• Opprette eller oppdatere Fiber-noder.
• Identifisere sideeffekter (f.eks. useEffect, componentDidMount).

Under gjengivelsesfasen bygger React et arbeid-i-progresstre. Dette er et separat tre av Fiber-noder som representerer den potensielle nye tilstanden til brukergrensesnittet. Viktigst er at arbeidssyklusen er avbrytbar i denne fasen. Hvis en oppgave med høyere prioritet ankommer (f.eks. brukerinput), kan React pause det pågående gjengivelsesarbeidet, behandle den nye oppgaven og deretter gjenoppta det avbrutte arbeidet senere.

Denne avbrytbarheten er nøkkelen til å oppnå en jevn opplevelse. Se for deg at en bruker skriver i et søkefelt på en internasjonal reisenettside. Hvis et nytt tastetrykk kommer mens React er opptatt med å gjengi en liste over forslag, kan den pause gjengivelsen av forslagene, behandle tastetrykket for å oppdatere søkespørringen, og deretter gjenoppta gjengivelsen av forslagene basert på den nye inputen. Brukeren opplever en umiddelbar respons på tastingen, i stedet for en forsinkelse.

Arbeidssyklusen itererer gjennom Fiber-nodene, sjekker deres flags for å bestemme hvilket arbeid som må gjøres. Den beveger seg fra en Fiber-node til dens barn, deretter til dens søsken, og tilbake opp til dens forelder, og utfører de nødvendige operasjonene. Denne traverseringen fortsetter til alt ventende arbeid er fullført, eller arbeidssyklusen blir avbrutt.

2. Commit-fase (Anvende endringer)

Når gjengivelsesfasen er fullført og React har et stabilt arbeid-i-progresstre, går den inn i commit-fasen. I denne fasen utfører React sideeffekter og oppdaterer den faktiske DOM-en. Denne fasen er synkron og ikke-avbrytbar fordi den direkte manipulerer brukergrensesnittet. React ønsker å sikre at når den oppdaterer DOM-en, gjør den det i en enkelt, atomær operasjon for å unngå flimring eller inkonsistente UI-tilstander.

Under commit-fasen:

• Utfører DOM-mutasjoner (legger til, fjerner, oppdaterer elementer).
• Kjører sideeffekter som componentDidMount, componentDidUpdate, og opprydningsfunksjonene returnert av useEffect.
• Oppdaterer referanser til DOM-noder.

Etter commit-fasen blir arbeid-i-progresstreet det gjeldende treet, og prosessen kan begynne på nytt for påfølgende oppdateringer.

Planleggerens rolle: Prioritering og planlegging av arbeid

Den avbrytbare naturen til Fiber-arbeidssyklusen ville ikke vært veldig nyttig uten en mekanisme for å bestemme når arbeidet skal utføres og hvilket arbeid som skal utføres først. Det er her React Scheduler kommer inn.

Planleggeren er et separat bibliotek på lavt nivå som React bruker til å administrere utførelsen av sitt arbeid. Dens primære ansvar er å:

• Planlegge arbeid: Bestemme når gjengivelsesoppgaver skal startes eller gjenopptas.
• Prioritere arbeid: Tildele prioriteter til forskjellige oppgaver, for å sikre at viktige oppdateringer håndteres raskt.
• Samarbeide med nettleseren: Unngå å blokkere hovedtråden og tillate nettleseren å utføre kritiske oppgaver som maling og håndtering av brukerinput.

Planleggeren fungerer ved å gi kontrollen tilbake til nettleseren med jevne mellomrom, slik at den kan utføre andre oppgaver. Den ber deretter om å gjenoppta sitt arbeid når nettleseren er ledig eller når en oppgave med høyere prioritet må behandles.

Denne kooperative multitasking er avgjørende for å bygge responsive applikasjoner, spesielt for et globalt publikum der nettverksforsinkelse og enhetskapasitet kan variere betydelig. En bruker i en region med tregere internett kan oppleve en applikasjon som føles treg hvis Reacts gjengivelse fullstendig monopoliserer nettleserens hovedtråd. Planleggeren, ved å gi fra seg kontroll, sikrer at selv under tung gjengivelse, kan nettleseren fortsatt svare på brukerinteraksjoner eller gjengi kritiske deler av brukergrensesnittet, noe som gir mye jevnere opplevd ytelse.

Prioritetskøer: Ryggraden i samtidig gjengivelse

Hvordan bestemmer planleggeren hvilket arbeid som skal gjøres først? Det er her prioritetskøer blir uunnværlige. React klassifiserer forskjellige typer oppdateringer basert på deres hast, og tildeler et prioritetsnivå til hver.

Planleggeren vedlikeholder en kø av ventende oppgaver, sortert etter prioritet. Når det er på tide å utføre arbeid, velger planleggeren oppgaven med høyest prioritet fra køen.

Her er en typisk oversikt over prioritetsnivåer (selv om de nøyaktige implementasjonsdetaljene kan utvikle seg):

• Umiddelbar prioritet: For presserende oppdateringer som ikke skal utsettes, for eksempel respons på brukerinput (f.eks. skriving i et tekstfelt). Disse håndteres typisk synkront eller med svært høy prioritet.
• Brukerblokkerende prioritet: For oppdateringer som hindrer brukerinteraksjon, som å vise en modal dialog eller en rullegardinmeny. Disse må gjengis raskt for å unngå å blokkere brukeren.
• Normal prioritet: For generelle oppdateringer som ikke har en umiddelbar innvirkning på brukerinteraksjon, som å hente data og gjengi en liste.
• Lav prioritet: For ikke-kritiske oppdateringer som kan utsettes, som analysehendelser eller bakgrunnskompileringer.
• Offscreen-prioritet: For komponenter som ikke er synlige på skjermen for øyeblikket (f.eks. lister utenfor skjermen, skjulte faner). Disse kan gjengis med lavest prioritet eller til og med hoppes over om nødvendig.

Planleggeren bruker disse prioriteringene til å bestemme når den skal avbryte eksisterende arbeid og når den skal gjenoppta det. For eksempel, hvis en bruker skriver i et inputfelt (umiddelbar prioritet) mens React gjengir en stor liste med søkeresultater (normal prioritet), vil planleggeren pause listegjengivelsen, behandle input-hendelsen, og deretter gjenoppta listegjengivelsen, potensielt med oppdaterte data basert på den nye inputen.

Praktisk internasjonalt eksempel:

Vurder et sanntidssamarbeidsverktøy brukt av team over forskjellige kontinenter. En bruker kan redigere et dokument (høy prioritet, umiddelbar oppdatering) mens en annen bruker ser på et stort innebygd diagram som krever betydelig gjengivelse (normal prioritet). Hvis en ny melding ankommer fra en kollega (brukerblokkerende prioritet, da den krever oppmerksomhet), vil planleggeren sikre at meldingsvarselet vises umiddelbart, potensielt pauser diagramgjengivelsen, og deretter gjenopptar diagramgjengivelsen etter at meldingen er håndtert.

Denne sofistikerte prioriteringen sikrer at kritiske brukerrettede oppdateringer alltid prioriteres, noe som fører til en mer responsiv og behagelig opplevelse, uavhengig av brukerens sted eller enhet.

Hvordan Fiber integreres med planleggeren

Integrasjonen mellom Fiber og planleggeren er det som muliggjør samtidig React. Planleggeren gir mekanismen for å gi fra seg og gjenoppta oppgaver, mens Fibers avbrytbare natur lar disse oppgavene brytes ned i mindre arbeidsenheter.

Her er et forenklet flytdiagram over hvordan de samhandler:

1. En oppdatering skjer: En komponents tilstand endres, eller props oppdateres.
2. Planleggeren planlegger arbeidet: Planleggeren mottar oppdateringen og tildeler den en prioritet. Den plasserer Fiber-noden som tilsvarer oppdateringen i den aktuelle prioritetskøen.
3. Planleggeren ber om å gjengi: Når hovedtråden er ledig eller har kapasitet, ber planleggeren om å utføre arbeidet med høyest prioritet.
4. Fiber-arbeidssyklusen starter: Reacts arbeidssyklus begynner å traversere arbeid-i-progresstreet.
5. Arbeid utføres: Fiber-noder behandles, og endringer identifiseres.
6. Avbrudd: Hvis en oppgave med høyere prioritet blir tilgjengelig (f.eks. brukerinput) eller hvis det pågående arbeidet overstiger et visst tidsbudsjett, kan planleggeren avbryte Fiber-arbeidssyklusen. Gjeldende tilstand for arbeid-i-progresstreet lagres.
7. Oppgave med høyere prioritet håndteres: Planleggeren behandler den nye oppgaven med høyere prioritet, noe som kan innebære en ny gjengivelsesrunde.
8. Gjenopptakelse: Når oppgaven med høyere prioritet er håndtert, kan planleggeren gjenoppta den avbrutte Fiber-arbeidssyklusen der den slapp, ved å bruke den lagrede tilstanden.
9. Commit-fase: Når alt prioritert arbeid er fullført i gjengivelsesfasen, utfører React commit-fasen for å oppdatere DOM-en.

Dette samspillet sikrer at React dynamisk kan justere sin gjengivelsesprosess basert på viktigheten av ulike oppdateringer og tilgjengeligheten av hovedtråden.

Fordeler med Fiber, planlegger og prioritetskøer for globale applikasjoner

De arkitektoniske endringene introdusert med Fiber og planleggeren tilbyr betydelige fordeler, spesielt for applikasjoner med en global brukerbase:

• Forbedret responsivitet: Ved å forhindre at hovedtråden blir blokkert, forblir applikasjoner responsive for brukerinteraksjoner, selv under komplekse gjengivelsesoppgaver. Dette er avgjørende for brukere på mobile enheter eller med tregere internettforbindelser som er vanlige i mange deler av verden.
• Jevnere brukeropplevelse: Avbrytbar gjengivelse betyr at animasjoner og overganger kan være mer flytende, og kritiske oppdateringer (som feilmeldinger for skjemavalidering) kan vises umiddelbart uten å vente på at andre mindre viktige oppgaver skal fullføres.
• Bedre ressursutnyttelse: Planleggeren kan ta smartere beslutninger om når og hvordan den skal gjengi, noe som fører til mer effektiv bruk av enhetsressurser, noe som er viktig for batterilevetiden på mobile enheter og ytelsen på eldre maskinvare.
• Forbedret brukerretensjon: En konsekvent jevn og responsiv applikasjon bygger brukerens tillit og tilfredshet, noe som fører til bedre retensjonsrater globalt. En treg eller ureagerende app kan raskt føre til at brukere forlater den.
• Skalerbarhet for komplekse brukergrensesnitt: Etter hvert som applikasjoner vokser og inneholder flere dynamiske funksjoner, gir Fibers arkitektur et solid grunnlag for å håndtere komplekse gjengivelseskrav uten å ofre ytelsen.

For en global fintech-applikasjon, for eksempel, er det avgjørende å sikre at sanntids markedsdataoppdateringer vises umiddelbart, samtidig som brukerne kan navigere i grensesnittet uten forsinkelser. Fiber og dets tilknyttede mekanismer gjør dette mulig.

Viktige begreper å huske

• Fiber-node: Den nye, mer fleksible arbeidsenheten i React, som muliggjør avbrytbar gjengivelse.
• Arbeidssyklus: Kjerneprosessen som traverserer Fiber-treet, utfører gjengivelsesarbeid og forplikter endringer.
• Gjengivelsesfase: Den avbrytbare fasen der React bygger arbeid-i-progresstreet.
• Commit-fase: Den synkrone, ikke-avbrytbare fasen der DOM-endringer og sideeffekter blir brukt.
• React Scheduler: Biblioteket som er ansvarlig for å administrere utførelsen av React-oppgaver, prioritere dem og samarbeide med nettleseren.
• Prioritetskøer: Datastrukturer som brukes av planleggeren til å sortere oppgaver basert på deres viktighet, slik at kritiske oppdateringer håndteres først.
• Samtidig gjengivelse: Evnen til at React kan pause, gjenoppta og prioritere gjengivelsesoppgaver, noe som fører til mer responsive applikasjoner.

Konklusjon

React Fiber representerer et betydelig fremskritt i hvordan React håndterer gjengivelse. Ved å erstatte den gamle stabelbaserte forsoningen med en avbrytbar, re-entrant Fiber-arkitektur, og ved å integrere med en sofistikert planlegger som utnytter prioritetskøer, har React låst opp ekte samtidig gjengivelseskapasitet. Dette fører ikke bare til mer ytelsessterke og responsive applikasjoner, men gir også en mer rettferdig brukeropplevelse for et mangfoldig globalt publikum, uavhengig av deres enhet, nettverksforhold eller tekniske ferdigheter. Å forstå disse underliggende mekanismene er avgjørende for enhver utvikler som ønsker å bygge høykvalitets, ytelsessterke og brukervennlige applikasjoner for moderne web.

Når du fortsetter å bygge med React, husk disse konseptene. De er de stille heltene bak de jevne, sømløse opplevelsene vi har kommet til å forvente fra ledende webapplikasjoner over hele verden. Ved å utnytte kraften til Fiber, planleggeren og intelligent prioritering, kan du sikre at applikasjonene dine gleder brukere på alle kontinenter.