Architektura React Fiber: Zrozumienie Procesu Reconcyliacji

React zrewolucjonizował rozwój front-end dzięki architekturze opartej na komponentach i deklaratywnym modelu programowania. U podstaw wydajności React leży proces reconcyliacji – mechanizm, za pomocą którego React aktualizuje rzeczywisty DOM, aby odzwierciedlić zmiany w drzewie komponentów. Proces ten przeszedł znaczącą ewolucję, której kulminacją jest architektura Fiber. Ten artykuł zawiera kompleksowe zrozumienie React Fiber i jego wpływu na reconcyliację.

Co to jest Reconcyliacja?

Reconcyliacja to algorytm używany przez React do porównywania poprzedniego wirtualnego DOM z nowym wirtualnym DOM i określania minimalnego zestawu zmian wymaganych do zaktualizowania rzeczywistego DOM. Wirtualny DOM to reprezentacja interfejsu użytkownika w pamięci. Gdy zmienia się stan komponentu, React tworzy nowe drzewo wirtualnego DOM. Zamiast bezpośrednio manipulować rzeczywistym DOM, co jest powolnym procesem, React porównuje nowe drzewo wirtualnego DOM z poprzednim i identyfikuje różnice. Ten proces nazywa się diffingiem.

Proces reconcyliacji opiera się na dwóch głównych założeniach:

• Elementy różnych typów będą tworzyć różne drzewa.
• Programista może zasugerować, które elementy potomne mogą być stabilne między różnymi renderowaniami za pomocą właściwości key.

Tradycyjna Reconcyliacja (Przed Fiber)

W początkowej implementacji React proces reconcyliacji był synchroniczny i niepodzielny. Oznaczało to, że gdy React rozpoczął proces porównywania wirtualnego DOM i aktualizowania rzeczywistego DOM, nie można było go przerwać. Mogło to prowadzić do problemów z wydajnością, zwłaszcza w złożonych aplikacjach z dużymi drzewami komponentów. Jeśli aktualizacja komponentu trwała długo, przeglądarka przestawała odpowiadać, co skutkowało słabym wrażeniem użytkownika. Często określa się to mianem problemu „jank”.

Wyobraź sobie złożoną stronę internetową e-commerce wyświetlającą katalog produktów. Jeśli użytkownik wchodzi w interakcję z filtrem, wyzwalając ponowne renderowanie katalogu, synchroniczny proces reconcyliacji może zablokować główny wątek, uniemożliwiając reagowanie interfejsu użytkownika do czasu ponownego wyrenderowania całego katalogu. Może to potrwać kilka sekund, powodując frustrację użytkownika.

Wprowadzenie do React Fiber

React Fiber to całkowite przepisanie algorytmu reconcyliacji React, wprowadzone w React 16. Jego głównym celem jest poprawa responsywności i postrzeganej wydajności aplikacji React, zwłaszcza w złożonych scenariuszach. Fiber osiąga to, dzieląc proces reconcyliacji na mniejsze, przerywalne jednostki pracy.

Kluczowe koncepcje React Fiber to:

• Fibers: Fiber to obiekt JavaScript, który reprezentuje jednostkę pracy. Zawiera informacje o komponencie, jego wejściu i wyjściu. Każdy komponent React ma odpowiadający mu fiber.
• WorkLoop: Pętla pracy to pętla, która iteruje po drzewie fiber i wykonuje niezbędną pracę dla każdego fiber.
• Scheduling: Harmonogram decyduje, kiedy rozpocząć, wstrzymać, wznowić lub porzucić jednostkę pracy na podstawie priorytetu.

Zalety Architektury Fiber

Architektura Fiber zapewnia kilka znaczących korzyści:

• Przerywalna Reconcyliacja: Fiber pozwala React wstrzymywać i wznawiać proces reconcyliacji, zapobiegając blokowaniu głównego wątku przez długotrwałe zadania. Zapewnia to, że interfejs użytkownika pozostaje responsywny, nawet podczas złożonych aktualizacji.
• Aktualizacje Oparte na Priorytetach: Fiber umożliwia React ustalanie priorytetów dla różnych typów aktualizacji. Na przykład interakcje użytkownika, takie jak pisanie lub klikanie, mogą mieć wyższy priorytet niż zadania w tle, takie jak pobieranie danych. Zapewnia to, że najważniejsze aktualizacje są przetwarzane w pierwszej kolejności.
• Asynchroniczne Renderowanie: Fiber pozwala React wykonywać renderowanie asynchronicznie. Oznacza to, że React może rozpocząć renderowanie komponentu, a następnie wstrzymać je, aby umożliwić przeglądarce obsługę innych zadań, takich jak dane wejściowe użytkownika lub animacje. Poprawia to ogólną wydajność i responsywność aplikacji.
• Ulepszona Obsługa Błędów: Fiber zapewnia lepszą obsługę błędów podczas procesu reconcyliacji. Jeśli podczas renderowania wystąpi błąd, React może odzyskać sprawność i zapobiec awarii całej aplikacji.

Rozważmy aplikację do wspólnej edycji dokumentów. Dzięki Fiber, edycje dokonywane przez różnych użytkowników mogą być przetwarzane z różnymi priorytetami. Pisanie w czasie rzeczywistym przez bieżącego użytkownika ma najwyższy priorytet, zapewniając natychmiastową informację zwrotną. Aktualizacje od innych użytkowników lub automatyczne zapisywanie w tle mogą być przetwarzane z niższym priorytetem, minimalizując zakłócenia w pracy aktywnego użytkownika.

Zrozumienie Struktury Fiber

Każdy komponent React jest reprezentowany przez węzeł Fiber. Węzeł Fiber zawiera informacje o typie, właściwościach, stanie komponentu i jego relacjach z innymi węzłami Fiber w drzewie. Oto kilka ważnych właściwości węzła Fiber:

• type: Typ komponentu (np. komponent funkcyjny, komponent klasowy, element DOM).
• key: Właściwość key przekazana do komponentu.
• props: Właściwości przekazane do komponentu.
• stateNode: Instancja komponentu (dla komponentów klasowych) lub null (dla komponentów funkcyjnych).
• child: Wskaźnik do pierwszego potomnego węzła Fiber.
• sibling: Wskaźnik do następnego węzła Fiber rodzeństwa.
• return: Wskaźnik do węzła Fiber rodzica.
• alternate: Wskaźnik do węzła Fiber reprezentującego poprzedni stan komponentu.
• effectTag: Flaga wskazująca typ aktualizacji, która musi zostać wykonana na DOM.

Właściwość alternate jest szczególnie ważna. Pozwala React śledzić poprzedni i bieżący stan komponentu. Podczas procesu reconcyliacji React porównuje bieżący węzeł Fiber z jego alternate, aby określić zmiany, które należy wprowadzić w DOM.

Algorytm WorkLoop

Pętla pracy jest podstawą architektury Fiber. Jest odpowiedzialna za przechodzenie przez drzewo fiber i wykonywanie niezbędnej pracy dla każdego fiber. Pętla pracy jest zaimplementowana jako funkcja rekurencyjna, która przetwarza fibery jeden po drugim.

Pętla pracy składa się z dwóch głównych faz:

• Faza Renderowania: Podczas fazy renderowania React przechodzi przez drzewo fiber i określa zmiany, które należy wprowadzić w DOM. Ta faza jest przerywalna, co oznacza, że React może ją wstrzymać i wznowić w dowolnym momencie.
• Faza Zatwierdzania: Podczas fazy zatwierdzania React stosuje zmiany w DOM. Ta faza nie jest przerywalna, co oznacza, że React musi ją zakończyć po jej rozpoczęciu.

Faza Renderowania Szczegółowo

Fazę renderowania można dodatkowo podzielić na dwie podfazy:

• beginWork: Funkcja beginWork jest odpowiedzialna za przetwarzanie bieżącego węzła Fiber i tworzenie potomnych węzłów Fiber. Określa, czy komponent wymaga aktualizacji i, jeśli tak, tworzy nowe węzły Fiber dla jego dzieci.
• completeWork: Funkcja completeWork jest odpowiedzialna za przetwarzanie bieżącego węzła Fiber po przetworzeniu jego dzieci. Aktualizuje DOM i oblicza układ komponentu.

Funkcja beginWork wykonuje następujące zadania:

1. Sprawdza, czy komponent wymaga aktualizacji.
2. Jeśli komponent wymaga aktualizacji, porównuje nowe właściwości i stan z poprzednimi właściwościami i stanem, aby określić zmiany, które należy wprowadzić.
3. Tworzy nowe węzły Fiber dla potomstwa komponentu.
4. Ustawia właściwość effectTag na węźle Fiber, aby wskazać typ aktualizacji, która musi zostać wykonana na DOM.

Funkcja completeWork wykonuje następujące zadania:

1. Aktualizuje DOM o zmiany, które zostały określone podczas funkcji beginWork.
2. Oblicza układ komponentu.
3. Zbiera efekty uboczne, które należy wykonać po fazie zatwierdzania.

Faza Zatwierdzania Szczegółowo

Faza zatwierdzania jest odpowiedzialna za zastosowanie zmian w DOM. Ta faza nie jest przerywalna, co oznacza, że React musi ją zakończyć po jej rozpoczęciu. Faza zatwierdzania składa się z trzech podfaz:

• beforeMutation: Ta faza jest wykonywana przed zmutowaniem DOM. Służy do wykonywania zadań, takich jak przygotowanie DOM do aktualizacji.
• mutation: W tej fazie wykonywane są rzeczywiste mutacje DOM. React aktualizuje DOM na podstawie właściwości effectTag węzłów Fiber.
• layout: Ta faza jest wykonywana po zmutowaniu DOM. Służy do wykonywania zadań, takich jak aktualizacja układu komponentu i uruchamianie metod cyklu życia.

Praktyczne Przykłady i Fragmenty Kodu

Zilustrujmy proces reconcyliacji Fiber uproszczonym przykładem. Rozważmy komponent, który wyświetla listę elementów:

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

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

); } ```

Gdy właściwość items ulegnie zmianie, React musi zreconcyliować listę i odpowiednio zaktualizować DOM. Oto jak Fiber obsłużyłby to:

1. Faza Renderowania: Funkcja beginWork porównałaby nową tablicę items z poprzednią tablicą items. Zidentyfikowałaby, które elementy zostały dodane, usunięte lub zaktualizowane.
2. Nowe węzły Fiber zostałyby utworzone dla dodanych elementów, a effectTag zostałby ustawiony, aby wskazać, że te elementy muszą zostać wstawione do DOM.
3. Węzły Fiber dla usuniętych elementów zostałyby oznaczone do usunięcia.
4. Węzły Fiber dla zaktualizowanych elementów zostałyby zaktualizowane o nowe dane.
5. Faza Zatwierdzania: Faza commit następnie zastosowałaby te zmiany do rzeczywistego DOM. Dodane elementy zostałyby wstawione, usunięte elementy zostałyby usunięte, a zaktualizowane elementy zostałyby zmodyfikowane.

Użycie właściwości key jest kluczowe dla wydajnej reconcyliacji. Bez właściwości key React musiałby ponownie wyrenderować całą listę za każdym razem, gdy zmienia się tablica items. Dzięki właściwości key React może szybko zidentyfikować, które elementy zostały dodane, usunięte lub zaktualizowane, i zaktualizować tylko te elementy.

Na przykład wyobraź sobie scenariusz, w którym zmienia się kolejność elementów w koszyku. Jeśli każdy element ma unikalny key (np. identyfikator produktu), React może wydajnie zmienić kolejność elementów w DOM bez konieczności ponownego renderowania ich w całości. Znacznie poprawia to wydajność, zwłaszcza w przypadku dużych list.

Planowanie i Priorytetyzacja

Jedną z kluczowych zalet Fiber jest możliwość planowania i priorytetyzowania aktualizacji. React używa harmonogramu, aby określić, kiedy rozpocząć, wstrzymać, wznowić lub porzucić jednostkę pracy na podstawie jej priorytetu. Pozwala to React priorytetowo traktować interakcje użytkownika i zapewniać, że interfejs użytkownika pozostaje responsywny, nawet podczas złożonych aktualizacji.

React udostępnia kilka interfejsów API do planowania aktualizacji z różnymi priorytetami:

• React.render: Planuje aktualizację z domyślnym priorytetem.
• ReactDOM.unstable_deferredUpdates: Planuje aktualizację z niższym priorytetem.
• ReactDOM.unstable_runWithPriority: Umożliwia jawne określenie priorytetu aktualizacji.

Na przykład możesz użyć ReactDOM.unstable_deferredUpdates do planowania aktualizacji, które nie są krytyczne dla doświadczenia użytkownika, takich jak śledzenie analityki lub pobieranie danych w tle.

```javascript ReactDOM.unstable_deferredUpdates(() => { // Wykonaj tutaj niekrytyczne aktualizacje updateAnalyticsData(); }); ```

Obsługa Błędów za Pomocą Fiber

Fiber zapewnia ulepszoną obsługę błędów podczas procesu reconcyliacji. Gdy podczas renderowania wystąpi błąd, React może przechwycić błąd i zapobiec awarii całej aplikacji. React używa granic błędów do obsługi błędów w kontrolowany sposób.

Granica błędu to komponent, który przechwytuje błędy JavaScript w dowolnym miejscu w drzewie komponentów podrzędnych, rejestruje te błędy i wyświetla awaryjny interfejs użytkownika zamiast drzewa komponentów, które uległo awarii. Granice błędów przechwytują błędy podczas renderowania, w metodach cyklu życia i w konstruktorach całego drzewa poniżej nich.

```javascript class ErrorBoundary extends React.Component { constructor(props) { super(props); this.state = { hasError: false }; } static getDerivedStateFromError(error) { // Zaktualizuj stan, aby następne renderowanie pokazało awaryjny interfejs użytkownika. return { hasError: true }; } componentDidCatch(error, errorInfo) { // Możesz również zarejestrować błąd w usłudze raportowania błędów logErrorToMyService(error, errorInfo); } render() { if (this.state.hasError) { // Możesz renderować dowolny niestandardowy awaryjny interfejs użytkownika return

Coś poszło nie tak.

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

Możesz użyć granic błędów, aby opakować dowolny komponent, który może zgłosić błąd. Zapewnia to, że Twoja aplikacja pozostanie stabilna, nawet jeśli niektóre komponenty zawiodą.

```javascript ```

Debugowanie Fiber

Debugowanie aplikacji React, które używają Fiber, może być trudne, ale istnieje kilka narzędzi i technik, które mogą pomóc. Rozszerzenie przeglądarki React DevTools zapewnia potężny zestaw narzędzi do przeglądania drzewa komponentów, profilowania wydajności i debugowania błędów.

Profiler React umożliwia rejestrowanie wydajności aplikacji i identyfikowanie wąskich gardeł. Możesz użyć Profilera, aby zobaczyć, ile czasu zajmuje renderowanie każdego komponentu i zidentyfikować komponenty, które powodują problemy z wydajnością.

React DevTools udostępnia również widok drzewa komponentów, który umożliwia przeglądanie właściwości, stanu i węzła Fiber każdego komponentu. Może to być pomocne w zrozumieniu struktury drzewa komponentów i działania procesu reconcyliacji.

Wniosek

Architektura React Fiber stanowi znaczące ulepszenie w stosunku do tradycyjnego procesu reconcyliacji. Dzieląc proces reconcyliacji na mniejsze, przerywalne jednostki pracy, Fiber umożliwia React poprawę responsywności i postrzeganej wydajności aplikacji, zwłaszcza w złożonych scenariuszach.

Zrozumienie kluczowych koncepcji Fiber, takich jak fibery, pętle pracy i planowanie, jest niezbędne do tworzenia wysokowydajnych aplikacji React. Wykorzystując funkcje Fiber, możesz tworzyć interfejsy użytkownika, które są bardziej responsywne, bardziej odporne i zapewniają lepsze wrażenia użytkownika.

W miarę jak React będzie się rozwijać, Fiber pozostanie fundamentalną częścią jego architektury. Będąc na bieżąco z najnowszymi osiągnięciami w Fiber, możesz mieć pewność, że Twoje aplikacje React w pełni wykorzystują korzyści wydajnościowe, jakie zapewnia.

Oto kilka kluczowych wniosków:

• React Fiber to całkowite przepisanie algorytmu reconcyliacji React.
• Fiber pozwala React wstrzymywać i wznawiać proces reconcyliacji, zapobiegając blokowaniu głównego wątku przez długotrwałe zadania.
• Fiber umożliwia React ustalanie priorytetów dla różnych typów aktualizacji.
• Fiber zapewnia lepszą obsługę błędów podczas procesu reconcyliacji.
• Właściwość key jest kluczowa dla wydajnej reconcyliacji.
• Rozszerzenie przeglądarki React DevTools zapewnia potężny zestaw narzędzi do debugowania aplikacji Fiber.

Wykorzystując React Fiber i rozumiejąc jego zasady, programiści na całym świecie mogą tworzyć wydajniejsze i bardziej przyjazne dla użytkownika aplikacje internetowe, niezależnie od ich lokalizacji lub złożoności ich projektów.