React Concurrent Rendering: Раскрытие производительности с помощью архитектуры Fiber и анализа рабочего цикла

React, доминирующая сила во фронтенд разработке, постоянно развивается, чтобы соответствовать требованиям все более сложных и интерактивных пользовательских интерфейсов. Одним из наиболее значительных достижений в этой эволюции является конкурентный рендеринг, представленный в React 16. Этот сдвиг парадигмы коренным образом изменил способ управления обновлениями и рендеринга компонентов в React, что привело к значительному повышению производительности и обеспечению более отзывчивого пользовательского опыта. В этой статье рассматриваются основные концепции конкурентного рендеринга, архитектура Fiber и рабочий цикл, а также предлагаются сведения о том, как эти механизмы способствуют созданию более плавных и эффективных приложений React.

Понимание необходимости конкурентного рендеринга

До появления конкурентного рендеринга React работал синхронно. Когда происходило обновление (например, изменение состояния, обновление props), React начинал рендерить все дерево компонентов за одну, непрерывную операцию. Этот синхронный рендеринг мог приводить к узким местам в производительности, особенно при работе с большими деревьями компонентов или вычислительно интенсивными операциями. Во время этих периодов рендеринга браузер становился неотзывчивым, что приводило к прерывистому и неприятному пользовательскому опыту. Это часто называют «блокировкой основного потока».

Представьте себе сценарий, когда пользователь набирает текст в текстовом поле. Если компонент, отвечающий за отображение введенного текста, является частью большого, сложного дерева компонентов, каждый ввод может вызвать повторный рендеринг, который блокирует основной поток. Это приведет к заметной задержке и плохому пользовательскому опыту.

Конкурентный рендеринг решает эту проблему, позволяя React разбивать задачи рендеринга на более мелкие, управляемые единицы работы. Эти единицы могут быть приоритизированы, приостановлены и возобновлены по мере необходимости, позволяя React чередовать задачи рендеринга с другими операциями браузера, такими как обработка пользовательского ввода или сетевых запросов. Такой подход предотвращает блокировку основного потока на длительное время, что приводит к более отзывчивому и плавному пользовательскому опыту. Думайте об этом как о многозадачности для процесса рендеринга React.

Представляем архитектуру Fiber

В основе конкурентного рендеринга лежит архитектура Fiber. Fiber представляет собой полную переработку внутреннего алгоритма согласования React. В отличие от предыдущего синхронного процесса согласования, Fiber представляет более сложный и детальный подход к управлению обновлениями и рендерингу компонентов.

Что такое Fiber?

Fiber можно концептуально понять как виртуальное представление экземпляра компонента. Каждый компонент в вашем приложении React связан с соответствующим узлом Fiber. Эти узлы Fiber образуют древовидную структуру, отражающую дерево компонентов. Каждый узел Fiber содержит информацию о компоненте, его props, его дочерних элементах и его текущем состоянии. Важно отметить, что он также содержит информацию о работе, которую необходимо выполнить для этого компонента.

Ключевые свойства узла Fiber включают:

• type: Тип компонента (например, div, MyComponent).
• key: Уникальный ключ, назначенный компоненту (используется для эффективного согласования).
• props: Props, переданные компоненту.
• child: Указатель на узел Fiber, представляющий первый дочерний элемент компонента.
• sibling: Указатель на узел Fiber, представляющий следующий дочерний элемент компонента.
• return: Указатель на узел Fiber, представляющий родительский элемент компонента.
• stateNode: Ссылка на фактический экземпляр компонента (например, узел DOM для хост-компонентов, экземпляр классового компонента).
• alternate: Указатель на узел Fiber, представляющий предыдущую версию компонента.
• effectTag: Флаг, указывающий тип обновления, необходимого для компонента (например, размещение, обновление, удаление).

Дерево Fiber

Дерево Fiber — это постоянная структура данных, представляющая текущее состояние пользовательского интерфейса приложения. При возникновении обновления React создает новое дерево Fiber в фоновом режиме, представляющее желаемое состояние пользовательского интерфейса после обновления. Это новое дерево называется деревом «в процессе работы». Как только дерево «в процессе работы» будет завершено, React заменит им текущее дерево, делая изменения видимыми для пользователя.

Такой подход с двойным деревом позволяет React выполнять обновления рендеринга неблокирующим образом. Текущее дерево остается видимым для пользователя, в то время как дерево «в процессе работы» строится в фоновом режиме. Это предотвращает зависание или неотзывчивость пользовательского интерфейса во время обновлений.

Преимущества архитектуры Fiber

• Прерываемый рендеринг: Fiber позволяет React приостанавливать и возобновлять задачи рендеринга, позволяя ему приоритизировать взаимодействие с пользователем и предотвращать блокировку основного потока.
• Инкрементальный рендеринг: Fiber позволяет React разбивать обновления рендеринга на более мелкие единицы работы, которые могут обрабатываться инкрементально с течением времени.
• Приоритизация: Fiber позволяет React приоритизировать различные типы обновлений, гарантируя, что критические обновления (например, ввод пользователя) обрабатываются до менее важных обновлений (например, фоновый поиск данных).
• Улучшенная обработка ошибок: Fiber упрощает обработку ошибок во время рендеринга, поскольку позволяет React откатываться к предыдущему стабильному состоянию в случае возникновения ошибки.

Рабочий цикл: как Fiber обеспечивает конкурентность

Рабочий цикл — это движок, который обеспечивает конкурентный рендеринг. Это рекурсивная функция, которая проходит по дереву Fiber, выполняя работу над каждым узлом Fiber и инкрементально обновляя пользовательский интерфейс. Рабочий цикл отвечает за следующие задачи:

• Выбор следующего узла Fiber для обработки.
• Выполнение работы над Fiber (например, расчет нового состояния, сравнение props, рендеринг компонента).
• Обновление дерева Fiber результатами работы.
• Планирование дальнейшей работы.

Фазы рабочего цикла

Рабочий цикл состоит из двух основных фаз:

1. Фаза рендеринга (также известная как фаза согласования): Эта фаза отвечает за построение дерева Fiber «в процессе работы». В течение этой фазы React проходит по дереву Fiber, сравнивая текущее дерево с желаемым состоянием и определяя, какие изменения необходимо внести. Эта фаза является асинхронной и прерываемой. Она определяет, что *нужно* изменить в DOM.
2. Фаза фиксации: Эта фаза отвечает за применение изменений к фактическому DOM. В течение этой фазы React обновляет узлы DOM, добавляет новые узлы и удаляет старые узлы. Эта фаза является синхронной и не прерываемой. Она *фактически* изменяет DOM.

Как рабочий цикл обеспечивает конкурентность

Ключом к конкурентному рендерингу является тот факт, что фаза рендеринга является асинхронной и прерываемой. Это означает, что React может приостановить фазу рендеринга в любой момент, чтобы браузер мог обрабатывать другие задачи, такие как пользовательский ввод или сетевые запросы. Когда браузер простаивает, React может возобновить фазу рендеринга с того места, где она была приостановлена.

Эта способность приостанавливать и возобновлять фазу рендеринга позволяет React чередовать задачи рендеринга с другими операциями браузера, предотвращая блокировку основного потока и обеспечивая более отзывчивый пользовательский опыт. Фаза фиксации, напротив, должна быть синхронной для обеспечения согласованности пользовательского интерфейса. Однако фаза фиксации обычно намного быстрее фазы рендеринга, поэтому она, как правило, не вызывает узких мест в производительности.

Приоритизация в рабочем цикле

React использует алгоритм планирования на основе приоритетов для определения того, какие узлы Fiber обрабатывать в первую очередь. Этот алгоритм присваивает уровень приоритета каждому обновлению в зависимости от его важности. Например, обновления, вызванные вводом пользователя, обычно имеют более высокий приоритет, чем обновления, вызванные фоновым поиском данных.

Рабочий цикл всегда сначала обрабатывает узлы Fiber с самым высоким приоритетом. Это гарантирует, что критические обновления обрабатываются быстро, обеспечивая отзывчивый пользовательский опыт. Менее важные обновления обрабатываются в фоновом режиме, когда браузер простаивает.

Эта система приоритизации имеет решающее значение для поддержания плавного пользовательского опыта, особенно в сложных приложениях с множеством одновременных обновлений. Рассмотрим сценарий, когда пользователь набирает текст в строке поиска, а одновременно приложение загружает и отображает список предлагаемых поисковых запросов. Обновления, связанные с вводом пользователя, должны быть приоритизированы, чтобы строка ввода оставалась отзывчивой, в то время как обновления, связанные с предлагаемыми поисковыми запросами, могут обрабатываться в фоновом режиме.

Практические примеры конкурентного рендеринга в действии

Давайте рассмотрим несколько практических примеров того, как конкурентный рендеринг может улучшить производительность и пользовательский опыт приложений React.

1. Задержка ввода пользователя

Рассмотрим строку поиска, которая отображает результаты поиска по мере ввода пользователем. Без конкурентного рендеринга каждый ввод может вызывать повторный рендеринг всего списка результатов поиска, что приводит к проблемам с производительностью и прерывистому пользовательскому опыту.

С помощью конкурентного рендеринга мы можем использовать задержку (debouncing), чтобы отложить рендеринг результатов поиска до тех пор, пока пользователь не перестанет печатать в течение короткого периода времени. Это позволяет React приоритизировать ввод пользователя и предотвратить неотзывчивость пользовательского интерфейса.

Вот упрощенный пример:

import React, { useState, useCallback } from 'react';

function SearchBar() {
 const [searchTerm, setSearchTerm] = useState('');

 const debouncedSearch = useCallback(
 debounce((value) => {
 // Здесь выполняется логика поиска
 console.log('Searching for:', value);
 }, 300),
 []
 );

 const handleChange = (event) => {
 const value = event.target.value;
 setSearchTerm(value);
 debouncedSearch(value);
 };

 return (
 
 );
}

// Функция задержки
function debounce(func, delay) {
 let timeout;
 return function(...args) {
 const context = this;
 clearTimeout(timeout);
 timeout = setTimeout(() => func.apply(context, args), delay);
 };
}

export default SearchBar;

В этом примере функция debounce задерживает выполнение логики поиска до тех пор, пока пользователь не перестанет печатать в течение 300 миллисекунд. Это гарантирует, что результаты поиска будут отрисованы только при необходимости, улучшая производительность приложения.

2. Ленивая загрузка изображений

Загрузка больших изображений может существенно повлиять на время начальной загрузки веб-страницы. С помощью конкурентного рендеринга мы можем использовать ленивую загрузку, чтобы отложить загрузку изображений до тех пор, пока они не станут видимы в области просмотра.

Этот метод может значительно улучшить воспринимаемую производительность приложения, поскольку пользователю не нужно ждать загрузки всех изображений, прежде чем он сможет начать взаимодействовать со страницей.

Вот упрощенный пример с использованием библиотеки react-lazyload:

import React from 'react';
import LazyLoad from 'react-lazyload';

function ImageComponent({ src, alt }) {
 return (
 Loading...
}>
 
 
 );
}

export default ImageComponent;

В этом примере компонент LazyLoad откладывает загрузку изображения до тех пор, пока оно не станет видимым в области просмотра. Проп placeholder позволяет нам отображать индикатор загрузки во время загрузки изображения.

3. Suspense для загрузки данных

React Suspense позволяет «приостановить» рендеринг компонента во время ожидания загрузки данных. Это особенно полезно для сценариев загрузки данных, когда вы хотите отобразить индикатор загрузки во время ожидания данных из API.

Suspense безупречно интегрируется с конкурентным рендерингом, позволяя React приоритизировать загрузку данных и предотвращать неотзывчивость пользовательского интерфейса.

Вот упрощенный пример:

import React, { Suspense } from 'react';

// Поддельная функция загрузки данных, которая возвращает Promise
const fetchData = () => {
 return new Promise(resolve => {
 setTimeout(() => {
 resolve({ data: 'Data loaded!' });
 }, 2000);
 });
};

// Компонент React, использующий Suspense
function MyComponent() {
 const resource = fetchData();
 return (
 Loading...