Планирование ресурсов в конкурентном режиме React: управление задачами с учётом памяти

Конкурентный режим React — это набор новых функций в React, которые помогают разработчикам создавать более отзывчивые и производительные пользовательские интерфейсы. В его основе лежит сложный механизм планирования ресурсов, который управляет выполнением различных задач, приоритизируя взаимодействия с пользователем и обеспечивая плавную работу даже при высокой нагрузке. В этой статье мы подробно рассмотрим планирование ресурсов в конкурентном режиме React, сосредоточившись на том, как он управляет памятью и приоритизирует задачи для достижения оптимальной производительности для глобальной аудитории.

Понимание конкурентного режима и его целей

Традиционный рендеринг в React является синхронным и блокирующим. Это означает, что когда React начинает рендеринг дерева компонентов, он продолжается до тех пор, пока всё дерево не будет отрисовано, что потенциально блокирует основной поток и приводит к медленным обновлениям UI. Конкурентный режим решает эту проблему, вводя возможность прерывать, приостанавливать, возобновлять или даже отменять задачи рендеринга. Это позволяет React чередовать рендеринг с другими важными задачами, такими как обработка пользовательского ввода, отрисовка анимаций и ответы на сетевые запросы.

Ключевые цели конкурентного режима:

• Отзывчивость: Поддержание плавного и отзывчивого пользовательского интерфейса путем предотвращения блокировки основного потока длительными задачами.
• Приоритизация: Приоритет взаимодействий с пользователем (например, ввод текста, клики) над менее срочными фоновыми задачами.
• Асинхронный рендеринг: Разбиение рендеринга на более мелкие, прерываемые единицы работы.
• Улучшенный пользовательский опыт: Обеспечение более плавного и бесшовного пользовательского опыта, особенно на устройствах с ограниченными ресурсами или медленным сетевым соединением.

Архитектура Fiber: основа конкурентности

Конкурентный режим построен на архитектуре Fiber, которая является полным переписыванием внутреннего движка рендеринга React. Fiber представляет каждый компонент в UI как единицу работы. В отличие от предыдущего реконсилятора на основе стека, Fiber использует структуру данных связного списка для создания дерева работы. Это позволяет React приостанавливать, возобновлять и приоритизировать задачи рендеринга в зависимости от их срочности.

Ключевые концепции в Fiber:

• Узел Fiber: Представляет единицу работы (например, экземпляр компонента).
• WorkLoop: Цикл, который итерируется по дереву Fiber, выполняя работу на каждом узле Fiber.
• Планировщик (Scheduler): Определяет, какие узлы Fiber обрабатывать следующими, основываясь на их приоритете.
• Согласование (Reconciliation): Процесс сравнения текущего дерева Fiber с предыдущим для определения изменений, которые необходимо применить к DOM.

Планирование ресурсов в конкурентном режиме

Планировщик ресурсов отвечает за управление выполнением различных задач в конкурентном режиме. Он приоритизирует задачи в зависимости от их срочности и соответствующим образом распределяет ресурсы (процессорное время, память). Планировщик использует различные методы, чтобы обеспечить выполнение наиболее важных задач в первую очередь, в то время как менее срочные задачи откладываются на потом.

Приоритизация задач

Конкурентный режим React использует систему планирования на основе приоритетов для определения порядка выполнения задач. Задачам присваиваются разные приоритеты в зависимости от их важности. Распространенные приоритеты включают:

• Немедленный приоритет (Immediate Priority): Для задач, которые должны быть выполнены немедленно, например, обработка пользовательского ввода.
• Блокирующий пользователя приоритет (User-Blocking Priority): Для задач, которые блокируют взаимодействие пользователя с UI, например, обновление UI в ответ на действие пользователя.
• Нормальный приоритет (Normal Priority): Для задач, которые не являются критически важными по времени, например, рендеринг некритичных частей UI.
• Низкий приоритет (Low Priority): Для задач, которые можно отложить на потом, например, предварительный рендеринг контента, который не виден сразу.
• Приоритет простоя (Idle Priority): Для задач, которые выполняются только тогда, когда браузер бездействует, например, фоновая загрузка данных.

Планировщик использует эти приоритеты для определения, какие задачи выполнять следующими. Задачи с более высокими приоритетами выполняются перед задачами с более низкими приоритетами. Это гарантирует, что наиболее важные задачи будут выполнены в первую очередь, даже если система находится под высокой нагрузкой.

Прерываемый рендеринг

Одной из ключевых особенностей конкурентного режима является прерываемый рендеринг. Это означает, что планировщик может прервать задачу рендеринга, если необходимо выполнить задачу с более высоким приоритетом. Например, если пользователь начинает вводить текст в поле ввода, пока React рендерит большое дерево компонентов, планировщик может прервать задачу рендеринга и сначала обработать ввод пользователя. Это обеспечивает отзывчивость UI, даже когда React выполняет сложные операции рендеринга.

Когда задача рендеринга прерывается, React сохраняет текущее состояние дерева Fiber. Когда планировщик возобновляет задачу рендеринга, он может продолжить с того места, где остановился, без необходимости начинать с самого начала. Это значительно повышает производительность приложений React, особенно при работе с большими и сложными UI.

Квантование времени (Time Slicing)

Квантование времени — это еще один метод, используемый планировщиком ресурсов для повышения отзывчивости приложений React. Квантование времени заключается в разбиении задач рендеринга на более мелкие части работы. Затем планировщик выделяет небольшой промежуток времени («квант времени») на каждую часть работы. По истечении кванта времени планировщик проверяет, есть ли какие-либо задачи с более высоким приоритетом, которые необходимо выполнить. Если есть, планировщик прерывает текущую задачу и выполняет задачу с более высоким приоритетом. В противном случае планировщик продолжает выполнять текущую задачу до ее завершения или до поступления другой задачи с более высоким приоритетом.

Квантование времени предотвращает блокировку основного потока длительными задачами рендеринга на продолжительные периоды. Это помогает поддерживать плавный и отзывчивый пользовательский интерфейс, даже когда React выполняет сложные операции рендеринга.

Управление задачами с учётом памяти

Планирование ресурсов в конкурентном режиме React также учитывает использование памяти. React стремится минимизировать выделение памяти и сборку мусора для повышения производительности, особенно на устройствах с ограниченными ресурсами. Это достигается с помощью нескольких стратегий:

Пулинг объектов (Object Pooling)

Пулинг объектов — это техника, которая заключается в повторном использовании существующих объектов вместо создания новых. Это может значительно сократить количество памяти, выделяемой приложениями React. React использует пулинг объектов для часто создаваемых и уничтожаемых объектов, таких как узлы Fiber и очереди обновлений.

Когда объект больше не нужен, он возвращается в пул, а не подвергается сборке мусора. В следующий раз, когда понадобится объект этого типа, он будет извлечен из пула, а не создан с нуля. Это снижает накладные расходы на выделение памяти и сборку мусора, что может повысить производительность приложений React.

Чувствительность к сборке мусора

Конкурентный режим разработан с учетом чувствительности к сборке мусора. Планировщик пытается планировать задачи таким образом, чтобы минимизировать влияние сборки мусора на производительность. Например, планировщик может избегать создания большого количества объектов одновременно, что может спровоцировать цикл сборки мусора. Он также пытается выполнять работу небольшими частями, чтобы уменьшить объем используемой памяти в любой момент времени.

Откладывание некритичных задач

Приоритизируя взаимодействия с пользователем и откладывая некритичные задачи, React может уменьшить объем используемой памяти в любой момент времени. Задачи, которые не являются немедленно необходимыми, такие как предварительный рендеринг контента, невидимого пользователю, могут быть отложены на более позднее время, когда система менее загружена. Это уменьшает объем используемой памяти приложением и улучшает его общую производительность.

Практические примеры и сценарии использования

Давайте рассмотрим несколько практических примеров того, как планирование ресурсов в конкурентном режиме React может улучшить пользовательский опыт:

Пример 1: Обработка ввода

Представьте себе форму с несколькими полями ввода и сложной логикой валидации. В традиционном приложении React ввод текста в поле может вызвать синхронное обновление всей формы, что приведет к заметной задержке. С конкурентным режимом React может приоритизировать обработку пользовательского ввода, обеспечивая отзывчивость UI даже при сложной логике валидации. Когда пользователь печатает, React немедленно обновляет поле ввода. Логика валидации затем выполняется как фоновая задача с более низким приоритетом, что гарантирует, что она не мешает процессу набора текста. Для международных пользователей, вводящих данные с различными наборами символов, эта отзывчивость критична, особенно на устройствах с менее мощными процессорами.

Пример 2: Загрузка данных

Рассмотрим панель управления, которая отображает данные из нескольких API. В традиционном приложении React загрузка всех данных сразу может заблокировать UI до завершения всех запросов. С конкурентным режимом React может асинхронно загружать данные и рендерить UI постепенно. Наиболее важные данные могут быть загружены и отображены в первую очередь, в то время как менее важные данные загружаются и отображаются позже. Это обеспечивает более быструю начальную загрузку и более отзывчивый пользовательский опыт. Представьте себе приложение для торговли акциями, используемое по всему миру. Трейдерам в разных часовых поясах нужны обновления данных в реальном времени. Конкурентный режим позволяет мгновенно отображать критически важную информацию об акциях, в то время как менее важный рыночный анализ загружается в фоновом режиме, обеспечивая отзывчивость даже при переменной скорости сети по всему миру.

Пример 3: Анимация

Анимации могут быть вычислительно затратными, что потенциально приводит к пропуску кадров и дерганому пользовательскому опыту. Конкурентный режим позволяет React приоритизировать анимации, обеспечивая их плавный рендеринг даже при выполнении других задач в фоновом режиме. Присваивая высокий приоритет задачам анимации, React гарантирует, что кадры анимации будут отрисованы вовремя, обеспечивая визуально привлекательный опыт. Например, сайт электронной коммерции, использующий анимацию для перехода между страницами продуктов, может обеспечить плавный и визуально приятный опыт для международных покупателей, независимо от их устройства или местоположения.

Включение конкурентного режима

Чтобы включить конкурентный режим в вашем приложении React, вам нужно использовать API `createRoot` вместо традиционного API `ReactDOM.render`. Вот пример:

import React from 'react';
import { createRoot } from 'react-dom/client';
import App from './App';

const container = document.getElementById('root');
const root = createRoot(container); // createRoot(container!) если вы используете TypeScript
root.render();

Вам также необходимо убедиться, что ваши компоненты совместимы с конкурентным режимом. Это означает, что ваши компоненты должны быть чистыми функциями, которые не полагаются на побочные эффекты или изменяемое состояние. Если вы используете классовые компоненты, вам следует рассмотреть возможность перехода на функциональные компоненты с хуками.

Лучшие практики по оптимизации памяти в конкурентном режиме

Вот несколько лучших практик по оптимизации использования памяти в приложениях с конкурентным режимом React:

• Избегайте ненужных перерисовок: Используйте `React.memo` и `useMemo`, чтобы предотвратить перерисовку компонентов, когда их пропсы не изменились. Это может значительно сократить объем работы, которую должен выполнить React, и повысить производительность.
• Используйте ленивую загрузку: Загружайте компоненты только тогда, когда они необходимы. Это может сократить время начальной загрузки вашего приложения и улучшить его отзывчивость.
• Оптимизируйте изображения: Используйте оптимизированные изображения, чтобы уменьшить размер вашего приложения. Это может улучшить время загрузки и сократить объем используемой памяти вашим приложением.
• Используйте разделение кода: Разделите ваш код на более мелкие части, которые можно загружать по требованию. Это может сократить время начальной загрузки вашего приложения и улучшить его отзывчивость.
• Избегайте утечек памяти: Убедитесь, что вы очищаете все ресурсы, которые используете, когда ваши компоненты размонтируются. Это может предотвратить утечки памяти и повысить стабильность вашего приложения. В частности, отписывайтесь от подписок, отменяйте таймеры и освобождайте любые другие ресурсы, которые вы удерживаете.
• Профилируйте ваше приложение: Используйте React Profiler для выявления узких мест в производительности вашего приложения. Это может помочь вам определить области, где вы можете улучшить производительность и сократить использование памяти.

Вопросы интернационализации и доступности

При создании приложений React для глобальной аудитории важно учитывать интернационализацию (i18n) и доступность (a11y). Эти соображения становятся еще более важными при использовании конкурентного режима, поскольку асинхронный характер рендеринга может повлиять на пользовательский опыт для пользователей с ограниченными возможностями или тех, кто находится в других регионах.

Интернационализация

• Используйте библиотеки i18n: Используйте библиотеки, такие как `react-intl` или `i18next`, для управления переводами и обработки различных локалей. Убедитесь, что ваши переводы загружаются асинхронно, чтобы не блокировать UI.
• Форматируйте даты и числа: Используйте соответствующее форматирование для дат, чисел и валют в зависимости от локали пользователя.
• Поддерживайте языки с письмом справа налево: Если вашему приложению необходимо поддерживать языки с письмом справа налево, убедитесь, что ваша верстка и стили совместимы с этими языками.
• Учитывайте региональные различия: Будьте в курсе культурных различий и адаптируйте свой контент и дизайн соответствующим образом. Например, символика цветов, изображения и даже расположение кнопок могут иметь разное значение в разных культурах. Избегайте использования культурно-специфических идиом или сленга, которые могут быть непонятны всем пользователям. Простой пример — форматирование даты (ММ/ДД/ГГГГ против ДД/ММ/ГГГГ), которое необходимо обрабатывать корректно.

Доступность

• Используйте семантический HTML: Используйте семантические элементы HTML для придания структуры и смысла вашему контенту. Это облегчает понимание вашего приложения программами для чтения с экрана и другими вспомогательными технологиями.
• Предоставляйте альтернативный текст для изображений: Всегда предоставляйте альтернативный текст для изображений, чтобы пользователи с нарушениями зрения могли понять их содержание.
• Используйте атрибуты ARIA: Используйте атрибуты ARIA для предоставления дополнительной информации о вашем приложении вспомогательным технологиям.
• Обеспечьте доступность с клавиатуры: Убедитесь, что все интерактивные элементы в вашем приложении доступны с помощью клавиатуры.
• Тестируйте с помощью вспомогательных технологий: Тестируйте ваше приложение с программами для чтения с экрана и другими вспомогательными технологиями, чтобы убедиться, что оно доступно для всех пользователей. Тестируйте с международными наборами символов для обеспечения правильного рендеринга для всех языков.

Заключение

Планирование ресурсов и управление задачами с учётом памяти в конкурентном режиме React — это мощные инструменты для создания производительных и отзывчивых пользовательских интерфейсов. Приоритизируя взаимодействия с пользователем, откладывая некритичные задачи и оптимизируя использование памяти, вы можете создавать приложения, которые обеспечивают бесшовный опыт для пользователей по всему миру, независимо от их устройства или условий сети. Использование этих функций не только улучшит пользовательский опыт, но и будет способствовать созданию более инклюзивного и доступного веба для всех. По мере того как React продолжает развиваться, понимание и использование конкурентного режима будет иметь решающее значение для создания современных, высокопроизводительных веб-приложений.