Раскрытие производительности React: Цикл работ Fiber, интеграция планировщика и очереди приоритетов

В постоянно развивающемся ландшафте фронтенд-разработки производительность — это не просто функция, а фундаментальное ожидание. Для приложений, используемых миллионами по всему миру, на разнообразных устройствах и в различных сетевых условиях, обеспечение гладкого и отзывчивого пользовательского интерфейса (UI) имеет первостепенное значение. React, ведущая библиотека JavaScript для создания UI, претерпела значительные архитектурные изменения для решения этой задачи. В основе этих улучшений лежит архитектура React Fiber, полная переработка алгоритма согласования. Этот пост подробно рассмотрит тонкости цикла работ React Fiber, его бесшовную интеграцию с планировщиком и критическую роль очередей приоритетов в организации производительного и плавного пользовательского опыта для глобальной аудитории.

Эволюция рендеринга React: от стека к Fiber

До Fiber процесс рендеринга React основывался на рекурсивном стеке вызовов. Когда компонент обновлялся, React обходил дерево компонентов, создавая описание изменений UI. Этот процесс, хотя и эффективный для многих приложений, имел существенный недостаток: он был синхронным и блокирующим. Если происходило большое обновление или требовалось отрендерить сложное дерево компонентов, основной поток мог перегрузиться, что приводило к прерывистым анимациям, неотзывчивым взаимодействиям и плохому пользовательскому опыту, особенно на менее мощных устройствах, распространенных во многих глобальных рынках.

Рассмотрим распространенный сценарий в международных приложениях электронной коммерции: пользователь взаимодействует со сложным фильтром товаров. При старой системе согласования на основе стека одновременное применение нескольких фильтров могло заморозить UI до завершения всех обновлений. Это было бы неприятно для любого пользователя, но особенно критично в регионах, где интернет-соединение может быть менее надежным или где производительность устройств вызывает больше беспокойства.

React Fiber был представлен для устранения этих недостатков путем обеспечения одновременного рендеринга. В отличие от старого стека, Fiber — это повторно входимый, асинхронный и прерываемый алгоритм согласования. Это означает, что React может приостановить рендеринг, выполнить другие задачи, а затем возобновить рендеринг позже, не блокируя основной поток.

Представляем узел Fiber: более ловкая единица работы

По своей сути React Fiber переопределяет единицу работы от экземпляра компонента к узлу Fiber. Думайте об узле Fiber как о JavaScript-объекте, представляющем собой единицу работы, которую необходимо выполнить. Каждый компонент в вашем приложении React имеет соответствующий узел Fiber. Эти узлы связаны между собой, образуя дерево, которое отражает дерево компонентов, но с дополнительными свойствами, облегчающими новую модель рендеринга.

Ключевые свойства узла Fiber включают:

• Type: Тип элемента (например, функциональный компонент, классовый компонент, строка, DOM-элемент).
• Key: Уникальный идентификатор для элементов списка, критически важный для эффективных обновлений.
• Child: Указатель на первый дочерний узел Fiber.
• Sibling: Указатель на следующий дочерний узел Fiber.
• Return: Указатель на родительский узел Fiber.
• MemoizedProps: Пропсы, которые использовались для мемоизации предыдущего рендеринга.
• MemoizedState: Состояние, которое использовалось для мемоизации предыдущего рендеринга.
• Alternate: Указатель на соответствующий узел Fiber в другом дереве (либо текущем дереве, либо дереве в процессе работы). Это основа того, как React переключается между состояниями рендеринга.
• Flags: Битовые маски, указывающие, какой тип работы должен быть выполнен на этом узле Fiber (например, обновление пропсов, добавление эффектов, удаление узла).
• Effects: Список эффектов, связанных с этим узлом Fiber, таких как методы жизненного цикла или хуки.

Узлы Fiber не управляются напрямую сборщиком мусора JavaScript так же, как экземпляры компонентов. Вместо этого они образуют связанный список, по которому React может эффективно перемещаться. Эта структура позволяет React легко управлять работой и прерывать ее.

Цикл работ React Fiber: Оркестровка процесса рендеринга

Сердцем параллелизма React Fiber является его цикл работ. Этот цикл отвечает за обход дерева Fiber, выполнение работы и применение завершенных изменений к DOM. Революционным является его способность приостанавливаться и возобновляться.

Цикл работ можно условно разделить на две фазы:

1. Фаза рендеринга (Дерево в процессе работы)

На этой фазе React обходит дерево компонентов и выполняет работу над узлами Fiber. Эта работа может включать:

• Вызов функций компонентов или методов `render()`.
• Согласование пропсов и состояния.
• Создание или обновление узлов Fiber.
• Идентификация побочных эффектов (например, `useEffect`, `componentDidMount`).

Во время фазы рендеринга React создает дерево в процессе работы. Это отдельное дерево узлов Fiber, представляющее потенциальное новое состояние UI. Важно отметить, что цикл работ прерываем во время этой фазы. Если поступает задача с более высоким приоритетом (например, ввод пользователя), React может приостановить текущую работу рендеринга, обработать новую задачу, а затем возобновить прерванную работу позже.

Эта прерываемость является ключом к достижению плавного опыта. Представьте, что пользователь набирает текст в строке поиска на международном туристическом сайте. Если новый ввод нажатия клавиши поступает во время занятости React рендерингом списка предложений, он может приостановить рендеринг предложений, обработать нажатие клавиши для обновления запроса поиска, а затем возобновить рендеринг предложений на основе нового ввода. Пользователь воспринимает немедленный ответ на свое нажатие, а не задержку.

Цикл работ проходит по узлам Fiber, проверяя их `flags`, чтобы определить, какая работа должна быть выполнена. Он переходит от узла Fiber к его дочерним элементам, затем к его братьям и сестрам, и обратно к его родительскому элементу, выполняя необходимые операции. Этот обход продолжается до тех пор, пока не будет завершена вся ожидающая работа или цикл работ не будет прерван.

2. Фаза фиксации (Применение изменений)

После завершения фазы рендеринга и получения React стабильного дерева в процессе работы, он переходит в фазу фиксации. На этой фазе React выполняет побочные эффекты и обновляет фактический DOM. Эта фаза является синхронной и не прерываемой, поскольку она напрямую манипулирует UI. React хочет убедиться, что при обновлении DOM он делает это за одну атомарную операцию, чтобы избежать мерцания или несогласованных состояний UI.

Во время фазы фиксации React:

• Выполняет мутации DOM (добавление, удаление, обновление элементов).
• Запускает побочные эффекты, такие как `componentDidMount`, `componentDidUpdate`, и функции очистки, возвращаемые `useEffect`.
• Обновляет ссылки на DOM-узлы.

После фазы фиксации дерево в процессе работы становится текущим деревом, и процесс может начаться снова для последующих обновлений.

Роль планировщика: Приоритизация и планирование работы

Прерываемая природа цикла работ Fiber была бы малополезна без механизма, решающего, когда выполнять работу и какую работу выполнять первой. Здесь вступает в игру React Scheduler.

Планировщик — это отдельная низкоуровневая библиотека, которую React использует для управления выполнением своей работы. Его основная ответственность:

• Планирование работы: Определение, когда начать или возобновить задачи рендеринга.
• Приоритизация работы: Назначение приоритетов различным задачам, гарантируя, что важные обновления обрабатываются оперативно.
• Сотрудничество с браузером: Предотвращение блокировки основного потока и предоставление браузеру возможности выполнять критические задачи, такие как отрисовка и обработка пользовательского ввода.

Планировщик работает, периодически возвращая управление браузеру, позволяя ему выполнять другие задачи. Затем он запрашивает возобновление своей работы, когда браузер простаивает или когда необходимо обработать задачу с более высоким приоритетом.

Эта кооперативная многозадачность имеет решающее значение для создания отзывчивых приложений, особенно для глобальной аудитории, где задержка сети и возможности устройства могут значительно различаться. Пользователь в регионе с более медленным интернетом может испытывать медленную работу приложения, если рендеринг React полностью монополизирует основной поток браузера. Планировщик, возвращая управление, гарантирует, что даже во время интенсивного рендеринга браузер может отвечать на действия пользователя или отрисовывать критические части UI, обеспечивая гораздо более плавное воспринимаемое производительность.

Очереди приоритетов: Основа одновременного рендеринга

Как планировщик решает, какую работу выполнять первой? Именно здесь очереди приоритетов становятся незаменимыми. React классифицирует различные типы обновлений в зависимости от их срочности, назначая каждому уровень приоритета.

Планировщик поддерживает очередь ожидающих задач, упорядоченных по их приоритету. Когда приходит время выполнять работу, планировщик выбирает задачу с наивысшим приоритетом из очереди.

Вот типичная разбивка уровней приоритета (хотя точные детали реализации могут меняться):

• Немедленный приоритет: Для срочных обновлений, которые не должны откладываться, например, для реагирования на ввод пользователя (например, ввод текста в поле). Обычно они обрабатываются синхронно или с очень высокой срочностью.
• Блокирующий пользователя приоритет: Для обновлений, которые препятствуют взаимодействию пользователя, таких как отображение модального окна или раскрывающегося списка. Они должны быстро рендериться, чтобы не блокировать пользователя.
• Нормальный приоритет: Для общих обновлений, которые не оказывают немедленного влияния на взаимодействие пользователя, таких как получение данных и рендеринг списка.
• Низкий приоритет: Для некритических обновлений, которые могут быть отложены, таких как аналитические события или фоновые вычисления.
• Приоритет вне экрана: Для компонентов, которые в настоящее время не видны на экране (например, списки за пределами экрана, скрытые вкладки). Они могут рендериться с наименьшим приоритетом или даже пропускаться, если это необходимо.

Планировщик использует эти приоритеты для определения, когда прервать существующую работу и когда ее возобновить. Например, если пользователь вводит данные в поле ввода (немедленный приоритет) во время рендеринга React большого списка результатов поиска (нормальный приоритет), планировщик приостановит рендеринг списка, обработает событие ввода и затем возобновит рендеринг списка, возможно, с обновленными данными на основе нового ввода.

Практический международный пример:

Рассмотрим инструмент для совместной работы в реальном времени, используемый командами на разных континентах. Один пользователь может редактировать документ (высокий приоритет, немедленное обновление), в то время как другой пользователь просматривает большую встроенную диаграмму, требующую значительного рендеринга (нормальный приоритет). Если приходит новое сообщение от коллеги (приоритет, блокирующий пользователя, так как требует внимания), планировщик обеспечит оперативное отображение уведомления о сообщении, возможно, приостановив рендеринг диаграммы, а затем возобновит рендеринг диаграммы после обработки сообщения.

Эта сложная приоритизация гарантирует, что критические обновления, ориентированные на пользователя, всегда имеют приоритет, что приводит к более отзывчивому и приятному опыту, независимо от местоположения пользователя или устройства.

Как Fiber интегрируется с планировщиком

Интеграция между Fiber и планировщиком — это то, что делает возможным одновременный React. Планировщик предоставляет механизм для возврата управления и возобновления задач, в то время как прерываемая природа Fiber позволяет разбивать эти задачи на более мелкие единицы работы.

Вот упрощенный поток их взаимодействия:

1. Происходит обновление: Изменяется состояние компонента или обновляются пропсы.
2. Планировщик планирует работу: Планировщик получает обновление и назначает ему приоритет. Он помещает узел Fiber, соответствующий обновлению, в соответствующую очередь приоритетов.
3. Планировщик запрашивает рендеринг: Когда основной поток простаивает или имеет свободные ресурсы, планировщик запрашивает выполнение работы с наивысшим приоритетом.
4. Начинается цикл работ Fiber: Цикл работ React начинает обход дерева в процессе работы.
5. Выполняется работа: Обрабатываются узлы Fiber и идентифицируются изменения.
6. Прерывание: Если становится доступна задача с более высоким приоритетом (например, ввод пользователя) или если текущая работа превышает определенный временной бюджет, планировщик может прервать цикл работ Fiber. Текущее состояние дерева в процессе работы сохраняется.
7. Обработка задачи с более высоким приоритетом: Планировщик обрабатывает новую задачу с высоким приоритетом, которая может включать новый проход рендеринга.
8. Возобновление: После обработки задачи с более высоким приоритетом планировщик может возобновить прерванный цикл работ Fiber с того места, где он остановился, используя сохраненное состояние.
9. Фаза фиксации: После завершения всей приоритетной работы в фазе рендеринга React выполняет фазу фиксации для обновления DOM.

Это взаимодействие гарантирует, что React может динамически корректировать свой процесс рендеринга на основе срочности различных обновлений и доступности основного потока.

Преимущества Fiber, планировщика и очередей приоритетов для глобальных приложений

Архитектурные изменения, внесенные Fiber и планировщиком, предлагают значительные преимущества, особенно для приложений с глобальной базой пользователей:

• Улучшенная отзывчивость: Предотвращая блокировку основного потока, приложения остаются отзывчивыми на действия пользователя, даже во время сложных задач рендеринга. Это имеет решающее значение для пользователей мобильных устройств или с более медленным интернет-соединением, распространенным во многих частях мира.
• Более плавный пользовательский опыт: Прерываемый рендеринг означает, что анимации и переходы могут быть более плавными, а критические обновления (например, ошибки проверки форм) могут отображаться немедленно, не дожидаясь завершения других менее важных задач.
• Лучшее использование ресурсов: Планировщик может принимать более разумные решения о том, когда и как рендерить, что приводит к более эффективному использованию ресурсов устройства, что важно для времени автономной работы на мобильных устройствах и производительности на старом оборудовании.
• Улучшенное удержание пользователей: Стабильно плавное и отзывчивое приложение создает доверие и удовлетворенность пользователей, что приводит к лучшим показателям удержания во всем мире. Медленное или неотзывчивое приложение может быстро привести к тому, что пользователи откажутся от него.
• Масштабируемость для сложных UI: По мере роста приложений и включения в них более динамичных функций, архитектура Fiber предоставляет прочную основу для управления сложными требованиями к рендерингу без ущерба для производительности.

Например, для глобального финтех-приложения крайне важно обеспечить мгновенное отображение обновлений рыночных данных в реальном времени, позволяя при этом пользователям беспрепятственно перемещаться по интерфейсу. Fiber и связанные с ним механизмы делают это возможным.

Ключевые концепции, которые следует запомнить

• Узел Fiber: Новая, более гибкая единица работы в React, обеспечивающая прерываемый рендеринг.
• Цикл работ: Основной процесс, который обходит дерево Fiber, выполняет работу по рендерингу и фиксирует изменения.
• Фаза рендеринга: Прерываемая фаза, в которой React создает дерево в процессе работы.
• Фаза фиксации: Синхронная, не прерываемая фаза, в которой применяются изменения DOM и побочные эффекты.
• React Scheduler: Библиотека, отвечающая за управление выполнением задач React, их приоритизацию и сотрудничество с браузером.
• Очереди приоритетов: Структуры данных, используемые планировщиком для упорядочивания задач по их срочности, обеспечивая первоочередную обработку критических обновлений.
• Одновременный рендеринг: Возможность React приостанавливать, возобновлять и приоритизировать задачи рендеринга, что приводит к более отзывчивым приложениям.

Заключение

React Fiber представляет собой значительный шаг вперед в том, как React обрабатывает рендеринг. Заменив старое согласование на основе стека прерываемой, повторно входимой архитектурой Fiber и интегрировавшись со сложным планировщиком, использующим очереди приоритетов, React разблокировал возможности истинного одновременного рендеринга. Это не только приводит к более производительным и отзывчивым приложениям, но и обеспечивает более справедливый пользовательский опыт для разнообразной глобальной аудитории, независимо от их устройства, сетевых условий или технических знаний. Понимание этих основных механизмов имеет решающее значение для любого разработчика, стремящегося создавать высококачественные, производительные и удобные для пользователя приложения для современного веба.

Продолжая создавать с помощью React, помните об этих концепциях. Они — тихие герои, стоящие за плавным, бесшовным опытом, который мы привыкли ожидать от ведущих веб-приложений по всему миру. Используя мощь Fiber, планировщика и интеллектуальной приоритизации, вы можете гарантировать, что ваши приложения будут радовать пользователей на каждом континенте.