React Fiber Architecture: Понимание процесса согласования

React произвел революцию во фронтенд-разработке благодаря своей компонентной архитектуре и декларативной модели программирования. В основе эффективности React лежит процесс согласования - механизм, посредством которого React обновляет фактический DOM, чтобы отразить изменения в дереве компонентов. Этот процесс претерпел значительную эволюцию, кульминацией которой стала архитектура Fiber. Эта статья содержит полное понимание React Fiber и его влияния на согласование.

Что такое согласование?

Согласование - это алгоритм, который React использует для сравнения предыдущего виртуального DOM с новым виртуальным DOM и определения минимального набора изменений, необходимых для обновления фактического DOM. Виртуальный DOM - это представление пользовательского интерфейса в памяти. Когда состояние компонента изменяется, React создает новое дерево виртуального DOM. Вместо непосредственного манипулирования фактическим DOM, который является медленным процессом, React сравнивает новое дерево виртуального DOM с предыдущим и выявляет различия. Этот процесс называется diffing.

Процесс согласования руководствуется двумя основными предположениями:

• Элементы разных типов будут создавать разные деревья.
• Разработчик может намекнуть, какие дочерние элементы могут быть стабильными при разных рендерах, с помощью свойства key.

Традиционное согласование (до Fiber)

В первоначальной реализации React процесс согласования был синхронным и неделимым. Это означало, что как только React начинал процесс сравнения виртуального DOM и обновления фактического DOM, его нельзя было прервать. Это могло привести к проблемам с производительностью, особенно в сложных приложениях с большими деревьями компонентов. Если обновление компонента занимало много времени, браузер переставал отвечать, что приводило к плохому пользовательскому опыту. Это часто называют проблемой "jank".

Представьте себе сложный веб-сайт электронной коммерции, отображающий каталог товаров. Если пользователь взаимодействует с фильтром, вызывая повторный рендеринг каталога, синхронный процесс согласования может заблокировать основной поток, делая пользовательский интерфейс не отвечающим до тех пор, пока не будет повторно отрендерен весь каталог. Это может занять несколько секунд, вызывая разочарование у пользователя.

Представляем React Fiber

React Fiber - это полная переработка алгоритма согласования React, представленная в React 16. Его основная цель - улучшить отзывчивость и воспринимаемую производительность приложений React, особенно в сложных сценариях. Fiber достигает этого, разбивая процесс согласования на более мелкие, прерываемые единицы работы.

Ключевые концепции React Fiber:

• Fibers: Fiber - это объект JavaScript, который представляет собой единицу работы. Он содержит информацию о компоненте, его вводе и выводе. Каждый компонент React имеет соответствующий fiber.
• WorkLoop: Work loop - это цикл, который перебирает дерево fiber и выполняет необходимую работу для каждого fiber.
• Scheduling: Планировщик решает, когда начинать, приостанавливать, возобновлять или отменять единицу работы в зависимости от приоритета.

Преимущества архитектуры Fiber

Архитектура Fiber предоставляет несколько значительных преимуществ:

• Прерываемое согласование: Fiber позволяет React приостанавливать и возобновлять процесс согласования, предотвращая блокировку основного потока долго выполняющимися задачами. Это гарантирует, что пользовательский интерфейс остается отзывчивым даже во время сложных обновлений.
• Обновления на основе приоритетов: Fiber позволяет React расставлять приоритеты для различных типов обновлений. Например, взаимодействиям с пользователем, таким как ввод текста или щелчки, можно отдавать более высокий приоритет, чем фоновым задачам, таким как выборка данных. Это гарантирует, что наиболее важные обновления будут обработаны первыми.
• Асинхронный рендеринг: Fiber позволяет React выполнять рендеринг асинхронно. Это означает, что React может начать рендеринг компонента, а затем приостановиться, чтобы позволить браузеру обрабатывать другие задачи, такие как ввод данных пользователем или анимация. Это улучшает общую производительность и отзывчивость приложения.
• Улучшенная обработка ошибок: Fiber обеспечивает лучшую обработку ошибок во время процесса согласования. Если во время рендеринга возникает ошибка, React может более корректно восстановиться и предотвратить сбой всего приложения.

Рассмотрим приложение для совместного редактирования документов. С помощью Fiber изменения, внесенные разными пользователями, можно обрабатывать с разными приоритетами. Ввод текста в реальном времени от текущего пользователя получает наивысший приоритет, обеспечивая немедленную обратную связь. Обновления от других пользователей или фоновое автоматическое сохранение можно обрабатывать с более низким приоритетом, сводя к минимуму прерывание работы активного пользователя.

Понимание структуры Fiber

Каждый компонент React представлен узлом Fiber. Узел Fiber содержит информацию о типе компонента, свойствах, состоянии и его отношениях с другими узлами Fiber в дереве. Вот некоторые важные свойства узла Fiber:

• type: Тип компонента (например, функциональный компонент, классовый компонент, элемент DOM).
• key: Свойство key, переданное компоненту.
• props: Свойства, переданные компоненту.
• stateNode: Экземпляр компонента (для классовых компонентов) или null (для функциональных компонентов).
• child: Указатель на первый дочерний узел Fiber.
• sibling: Указатель на следующий узел Fiber того же уровня.
• return: Указатель на родительский узел Fiber.
• alternate: Указатель на узел Fiber, представляющий предыдущее состояние компонента.
• effectTag: Флаг, указывающий тип обновления, которое необходимо выполнить в DOM.

Свойство alternate особенно важно. Оно позволяет React отслеживать предыдущее и текущее состояния компонента. Во время процесса согласования React сравнивает текущий узел Fiber с его alternate, чтобы определить изменения, которые необходимо внести в DOM.

Алгоритм WorkLoop

Work loop - это ядро архитектуры Fiber. Он отвечает за обход дерева fiber и выполнение необходимой работы для каждого fiber. Work loop реализован как рекурсивная функция, которая обрабатывает fibers по одному за раз.

Work loop состоит из двух основных этапов:

• Этап рендеринга: На этапе рендеринга React проходит по дереву fiber и определяет изменения, которые необходимо внести в DOM. Этот этап можно прервать, что означает, что React может приостановить и возобновить его в любое время.
• Этап фиксации: На этапе фиксации React применяет изменения к DOM. Этот этап нельзя прервать, что означает, что React должен завершить его после запуска.

Этап рендеринга в деталях

Этап рендеринга можно далее разделить на два подэтапа:

• beginWork: Функция beginWork отвечает за обработку текущего узла Fiber и создание дочерних узлов Fiber. Она определяет, нужно ли обновлять компонент, и, если да, создает новые узлы Fiber для его дочерних элементов.
• completeWork: Функция completeWork отвечает за обработку текущего узла Fiber после обработки его дочерних элементов. Она обновляет DOM и вычисляет макет компонента.

Функция beginWork выполняет следующие задачи:

1. Проверяет, нужно ли обновлять компонент.
2. Если компонент необходимо обновить, он сравнивает новые свойства и состояние с предыдущими свойствами и состоянием, чтобы определить изменения, которые необходимо внести.
3. Создает новые узлы Fiber для дочерних элементов компонента.
4. Устанавливает свойство effectTag на узле Fiber, чтобы указать тип обновления, которое необходимо выполнить в DOM.

Функция completeWork выполняет следующие задачи:

1. Обновляет DOM изменениями, которые были определены во время функции beginWork.
2. Вычисляет макет компонента.
3. Собирает побочные эффекты, которые необходимо выполнить после этапа фиксации.

Этап фиксации в деталях

Этап фиксации отвечает за применение изменений к DOM. Этот этап нельзя прервать, что означает, что React должен завершить его после запуска. Этап фиксации состоит из трех подэтапов:

• beforeMutation: Этот этап выполняется до изменения DOM. Он используется для выполнения таких задач, как подготовка DOM к обновлениям.
• mutation: На этом этапе выполняются фактические изменения DOM. React обновляет DOM на основе свойства effectTag узлов Fiber.
• layout: Этот этап выполняется после изменения DOM. Он используется для выполнения таких задач, как обновление макета компонента и запуск методов жизненного цикла.

Практические примеры и фрагменты кода

Давайте проиллюстрируем процесс согласования Fiber на упрощенном примере. Рассмотрим компонент, который отображает список элементов:

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

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

); } ```

Когда изменяется свойство items, React необходимо согласовать список и обновить DOM соответствующим образом. Вот как Fiber будет обрабатывать это:

1. Этап рендеринга: Функция beginWork сравнит новый массив items с предыдущим массивом items. Она определит, какие элементы были добавлены, удалены или обновлены.
2. Новые узлы Fiber будут созданы для добавленных элементов, а для effectTag будет установлено значение, указывающее на то, что эти элементы необходимо вставить в DOM.
3. Узлы Fiber для удаленных элементов будут помечены для удаления.
4. Узлы Fiber для обновленных элементов будут обновлены новыми данными.
5. Этап фиксации: Затем этап commit применит эти изменения к фактическому DOM. Добавленные элементы будут вставлены, удаленные элементы будут удалены, а обновленные элементы будут изменены.

Использование свойства key имеет решающее значение для эффективного согласования. Без свойства key React придется повторно отображать весь список всякий раз, когда изменяется массив items. С помощью свойства key React может быстро определить, какие элементы были добавлены, удалены или обновлены, и обновить только эти элементы.

Например, представьте сценарий, в котором изменяется порядок элементов в корзине покупок. Если каждый элемент имеет уникальный key (например, идентификатор продукта), React может эффективно изменить порядок элементов в DOM без необходимости повторного отображения их целиком. Это значительно повышает производительность, особенно для больших списков.

Планирование и приоритизация

Одним из ключевых преимуществ Fiber является его способность планировать и приоритизировать обновления. React использует планировщик, чтобы определить, когда начинать, приостанавливать, возобновлять или отменять единицу работы на основе ее приоритета. Это позволяет React приоритизировать взаимодействие с пользователем и обеспечивать отзывчивость пользовательского интерфейса даже во время сложных обновлений.

React предоставляет несколько API для планирования обновлений с разными приоритетами:

• React.render: Планирует обновление с приоритетом по умолчанию.
• ReactDOM.unstable_deferredUpdates: Планирует обновление с более низким приоритетом.
• ReactDOM.unstable_runWithPriority: Позволяет явно указать приоритет обновления.

Например, вы можете использовать ReactDOM.unstable_deferredUpdates для планирования обновлений, которые не являются критичными для работы пользователя, например, отслеживание аналитики или выборка фоновых данных.

```javascript ReactDOM.unstable_deferredUpdates(() => { // Perform non-critical updates here updateAnalyticsData(); }); ```

Обработка ошибок с помощью Fiber

Fiber обеспечивает улучшенную обработку ошибок во время процесса согласования. Когда во время рендеринга возникает ошибка, React может перехватить ошибку и предотвратить сбой всего приложения. React использует границы ошибок для обработки ошибок контролируемым образом.

Граница ошибок - это компонент, который перехватывает ошибки JavaScript в любом месте дерева дочерних компонентов, регистрирует эти ошибки и отображает резервный пользовательский интерфейс вместо аварийного дерева компонентов. Границы ошибок перехватывают ошибки во время рендеринга, в методах жизненного цикла и в конструкторах всего дерева под ними.

```javascript class ErrorBoundary extends React.Component { constructor(props) { super(props); this.state = { hasError: false }; } static getDerivedStateFromError(error) { // Update state so the next render will show the fallback UI. return { hasError: true }; } componentDidCatch(error, errorInfo) { // You can also log the error to an error reporting service logErrorToMyService(error, errorInfo); } render() { if (this.state.hasError) { // You can render any custom fallback UI return

Something went wrong.

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

Вы можете использовать границы ошибок для заключения любого компонента, который может вызвать ошибку. Это гарантирует, что ваше приложение останется стабильным, даже если некоторые компоненты выходят из строя.

```javascript ```

Отладка Fiber

Отладка приложений React, использующих Fiber, может быть сложной задачей, но есть несколько инструментов и методов, которые могут помочь. Расширение React DevTools для браузера предоставляет мощный набор инструментов для проверки дерева компонентов, профилирования производительности и отладки ошибок.

React Profiler позволяет записывать производительность вашего приложения и выявлять узкие места. Вы можете использовать Profiler, чтобы увидеть, сколько времени занимает рендеринг каждого компонента, и определить компоненты, вызывающие проблемы с производительностью.

React DevTools также предоставляет представление дерева компонентов, которое позволяет вам проверять свойства, состояние и узел Fiber каждого компонента. Это может быть полезно для понимания структуры дерева компонентов и работы процесса согласования.

Заключение

Архитектура React Fiber представляет собой значительное улучшение по сравнению с традиционным процессом согласования. Разбив процесс согласования на более мелкие, прерываемые единицы работы, Fiber позволяет React повысить скорость реагирования и воспринимаемую производительность приложений, особенно в сложных сценариях.

Понимание ключевых концепций Fiber, таких как fibers, work loops и планирование, необходимо для создания высокопроизводительных приложений React. Используя функции Fiber, вы можете создавать более отзывчивые, устойчивые и удобные пользовательские интерфейсы.

Поскольку React продолжает развиваться, Fiber останется фундаментальной частью его архитектуры. Будучи в курсе последних разработок в Fiber, вы можете гарантировать, что ваши приложения React в полной мере используют преимущества производительности, которые он предоставляет.

Вот несколько ключевых выводов:

• React Fiber - это полная переработка алгоритма согласования React.
• Fiber позволяет React приостанавливать и возобновлять процесс согласования, предотвращая блокировку основного потока долго выполняющимися задачами.
• Fiber позволяет React расставлять приоритеты для различных типов обновлений.
• Fiber обеспечивает лучшую обработку ошибок во время процесса согласования.
• Свойство key имеет решающее значение для эффективного согласования.
• Расширение React DevTools для браузера предоставляет мощный набор инструментов для отладки приложений Fiber.

Принимая React Fiber и понимая его принципы, разработчики по всему миру могут создавать более производительные и удобные веб-приложения, независимо от их местоположения или сложности их проектов.