Architektúra React Fiber: Pochopenie procesu zmierenia

React revolučne zmenil front-end vývoj vďaka svojej architektúre založenej na komponentoch a deklaratívnom programovacom modeli. V srdci efektívnosti Reactu leží jeho proces zmierenia – mechanizmus, pomocou ktorého React aktualizuje skutočný DOM, aby odrážal zmeny v strome komponentov. Tento proces prešiel významným vývojom, ktorý vyvrcholil v architektúre Fiber. Tento článok poskytuje komplexné pochopenie React Fiber a jeho vplyvu na zmierenie.

Čo je zmierenie?

Zmierenie je algoritmus, ktorý React používa na porovnanie predchádzajúceho virtuálneho DOM s novým virtuálnym DOM a určenie minimálnej sady zmien potrebných na aktualizáciu skutočného DOM. Virtuálny DOM je reprezentácia používateľského rozhrania v pamäti. Keď sa zmení stav komponentu, React vytvorí nový strom virtuálneho DOM. Namiesto priamej manipulácie so skutočným DOM, čo je pomalý proces, React porovnáva nový strom virtuálneho DOM s predchádzajúcim a identifikuje rozdiely. Tento proces sa nazýva diffing.

Proces zmierenia sa riadi dvoma hlavnými predpokladmi:

• Prvky rôznych typov vytvoria rôzne stromy.
• Vývojár môže naznačiť, ktoré podriadené prvky môžu byť stabilné naprieč rôznymi vykresleniami pomocou vlastnosti key.

Tradičné zmierenie (pred Fiber)

V pôvodnej implementácii Reactu bol proces zmierenia synchrónny a nedeliteľný. To znamenalo, že akonáhle React začal proces porovnávania virtuálneho DOM a aktualizácie skutočného DOM, nemohol byť prerušený. To mohlo viesť k problémom s výkonom, najmä v zložitých aplikáciách s rozsiahlymi stromami komponentov. Ak aktualizácia komponentu trvala dlho, prehliadač by prestal reagovať, čo by malo za následok zlú používateľskú skúsenosť. Toto sa často označuje ako problém „jank“.

Predstavte si komplexnú e-commerce webovú stránku zobrazujúcu katalóg produktov. Ak používateľ interaguje s filtrom, ktorý spúšťa pre-render katalógu, synchrónny proces zmierenia by mohol blokovať hlavné vlákno, čím by sa používateľské rozhranie stalo nereagujúcim, kým sa celý katalóg nevykreslí znova. To by mohlo trvať niekoľko sekúnd, čo by používateľa frustrovalo.

Predstavujeme React Fiber

React Fiber je kompletné prepísanie algoritmu zmierenia Reactu, predstavené v React 16. Jeho primárnym cieľom je zlepšiť odozvu a vnímaný výkon aplikácií React, najmä v zložitých scenároch. Fiber to dosahuje rozdelením procesu zmierenia na menšie, prerušiteľné pracovné jednotky.

Kľúčové koncepty za React Fiber sú:

• Vlákna (Fibers): Vlákno je objekt JavaScriptu, ktorý reprezentuje pracovnú jednotku. Obsahuje informácie o komponente, jeho vstupe a výstupe. Každý komponent Reactu má zodpovedajúce vlákno.
• WorkLoop: Work loop je slučka, ktorá prechádza stromom vlákien a vykonáva potrebnú prácu pre každé vlákno.
• Plánovanie (Scheduling): Plánovač rozhoduje, kedy spustiť, pozastaviť, obnoviť alebo opustiť pracovnú jednotku na základe priority.

Výhody architektúry Fiber

Architektúra Fiber poskytuje niekoľko významných výhod:

• Prerušiteľné zmierenie: Fiber umožňuje Reactu pozastaviť a obnoviť proces zmierenia, čím sa zabráni tomu, aby dlhotrvajúce úlohy blokovali hlavné vlákno. To zaisťuje, že používateľské rozhranie zostane responzívne aj počas zložitých aktualizácií.
• Aktualizácie na základe priority: Fiber umožňuje Reactu uprednostňovať rôzne typy aktualizácií. Napríklad, interakcie používateľov, ako je písanie alebo kliknutie, môžu dostať vyššiu prioritu ako úlohy na pozadí, ako je získavanie údajov. To zaisťuje, že najdôležitejšie aktualizácie sa spracovávajú ako prvé.
• Asynchrónne vykresľovanie: Fiber umožňuje Reactu vykonávať vykresľovanie asynchrónne. To znamená, že React môže začať vykresľovať komponent a potom sa pozastaviť, aby umožnil prehliadaču spracovať iné úlohy, ako je používateľský vstup alebo animácie. To zlepšuje celkový výkon a odozvu aplikácie.
• Vylepšené spracovanie chýb: Fiber poskytuje lepšie spracovanie chýb počas procesu zmierenia. Ak sa vyskytne chyba počas vykresľovania, React sa môže zotaviť elegantnejšie a zabrániť zrúteniu celej aplikácie.

Zvážte kolaboratívnu aplikáciu na úpravu dokumentov. S Fiberom sa úpravy vykonané rôznymi používateľmi môžu spracovávať s rôznymi prioritami. Písanie v reálnom čase od aktuálneho používateľa dostáva najvyššiu prioritu, čo zaisťuje okamžitú spätnú väzbu. Aktualizácie od ostatných používateľov alebo automatické ukladanie na pozadí sa môžu spracovávať s nižšou prioritou, čím sa minimalizuje narušenie zážitku aktívneho používateľa.

Pochopenie štruktúry Fiber

Každý komponent Reactu je reprezentovaný uzlom Fiber. Uzol Fiber obsahuje informácie o type komponentu, props, state a jeho vzťahoch k ostatným uzlom Fiber v strome. Tu sú niektoré dôležité vlastnosti uzla Fiber:

• type: Typ komponentu (napr. funkčný komponent, komponent triedy, element DOM).
• key: Vlastnosť key odovzdaná komponentu.
• props: Vlastnosti props odovzdané komponentu.
• stateNode: Inštancia komponentu (pre komponenty triedy) alebo null (pre funkčné komponenty).
• child: Ukazovateľ na prvý podriadený uzol Fiber.
• sibling: Ukazovateľ na ďalší súrodenecký uzol Fiber.
• return: Ukazovateľ na nadradený uzol Fiber.
• alternate: Ukazovateľ na uzol Fiber reprezentujúci predchádzajúci stav komponentu.
• effectTag: Príznak označujúci typ aktualizácie, ktorá sa má vykonať na DOM.

Vlastnosť alternate je obzvlášť dôležitá. Umožňuje Reactu sledovať predchádzajúci a aktuálny stav komponentu. Počas procesu zmierenia React porovnáva aktuálny uzol Fiber s jeho alternate, aby určil zmeny, ktoré je potrebné vykonať v DOM.

Algoritmus WorkLoop

Work loop je jadro architektúry Fiber. Je zodpovedný za prechádzanie stromom vlákien a vykonávanie potrebnej práce pre každé vlákno. Work loop je implementovaný ako rekurzívna funkcia, ktorá spracováva vlákna jedno po druhom.

Work loop pozostáva z dvoch hlavných fáz:

• Fáza vykresľovania: Počas fázy vykresľovania React prechádza stromom vlákien a určuje zmeny, ktoré je potrebné vykonať v DOM. Táto fáza je prerušiteľná, čo znamená, že React ju môže kedykoľvek pozastaviť a obnoviť.
• Fáza commitu: Počas fázy commitu React aplikuje zmeny v DOM. Táto fáza nie je prerušiteľná, čo znamená, že React ju musí dokončiť, keď sa spustí.

Fáza vykresľovania podrobne

Fáza vykresľovania sa dá ďalej rozdeliť na dve podfázy:

• beginWork: Funkcia beginWork je zodpovedná za spracovanie aktuálneho uzla Fiber a vytváranie podriadených uzlov Fiber. Určuje, či je potrebné komponent aktualizovať, a ak áno, vytvorí nové uzly Fiber pre jeho podriadené prvky.
• completeWork: Funkcia completeWork je zodpovedná za spracovanie aktuálneho uzla Fiber po spracovaní jeho podriadených prvkov. Aktualizuje DOM a vypočíta rozloženie komponentu.

Funkcia beginWork vykonáva nasledujúce úlohy:

1. Kontroluje, či je potrebné komponent aktualizovať.
2. Ak je potrebné komponent aktualizovať, porovnáva nové props a stav s predchádzajúcimi props a stavom, aby určil zmeny, ktoré je potrebné vykonať.
3. Vytvorí nové uzly Fiber pre podriadené prvky komponentu.
4. Nastaví vlastnosť effectTag na uzle Fiber, aby označil typ aktualizácie, ktorá sa má vykonať na DOM.

Funkcia completeWork vykonáva nasledujúce úlohy:

1. Aktualizuje DOM so zmenami, ktoré boli určené počas funkcie beginWork.
2. Vypočíta rozloženie komponentu.
3. Zbiera vedľajšie efekty, ktoré je potrebné vykonať po fáze commitu.

Fáza commitu podrobne

Fáza commitu je zodpovedná za aplikáciu zmien v DOM. Táto fáza nie je prerušiteľná, čo znamená, že React ju musí dokončiť, keď sa spustí. Fáza commitu pozostáva z troch podfáz:

• beforeMutation: Táto fáza sa vykoná predtým, ako sa DOM zmení. Používa sa na vykonávanie úloh, ako je príprava DOM na aktualizácie.
• mutation: V tejto fáze sa vykonávajú skutočné mutácie DOM. React aktualizuje DOM na základe vlastnosti effectTag uzlov Fiber.
• layout: Táto fáza sa vykoná po zmene DOM. Používa sa na vykonávanie úloh, ako je aktualizácia rozloženia komponentu a spustenie metód životného cyklu.

Praktické príklady a úryvky kódu

Poďme ilustrovať proces zmierenia Fiber na zjednodušenom príklade. Zvážte komponent, ktorý zobrazuje zoznam položiek:

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

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

); } ```

Keď sa zmení vlastnosť items, React potrebuje zmieriť zoznam a aktualizovať DOM zodpovedajúcim spôsobom. Takto by to Fiber spracoval:

1. Fáza vykresľovania: Funkcia beginWork by porovnala nové pole items s predchádzajúcim poľom items. Identifikovala by, ktoré položky boli pridané, odstránené alebo aktualizované.
2. Nové uzly Fiber by sa vytvorili pre pridané položky a effectTag by sa nastavil tak, aby naznačoval, že tieto položky je potrebné vložiť do DOM.
3. Uzly Fiber pre odstránené položky by boli označené na odstránenie.
4. Uzly Fiber pre aktualizované položky by boli aktualizované s novými údajmi.
5. Fáza commitu: Fáza commit by potom použila tieto zmeny v skutočnom DOM. Pridané položky by sa vložili, odstránené položky by sa vymazali a aktualizované položky by sa upravili.

Použitie vlastnosti key je rozhodujúce pre efektívne zmierenie. Bez vlastnosti key by React musel znova vykresliť celý zoznam vždy, keď sa zmení pole items. S vlastnosťou key môže React rýchlo identifikovať, ktoré položky boli pridané, odstránené alebo aktualizované, a aktualizovať iba tieto položky.

Predstavte si napríklad scenár, kde sa zmení poradie položiek v nákupnom košíku. Ak má každá položka jedinečný key (napr. ID produktu), React môže efektívne zmeniť poradie položiek v DOM bez toho, aby ich musel znova vykresľovať. To výrazne zlepšuje výkon, najmä pri rozsiahlych zoznamoch.

Plánovanie a prioritizácia

Jednou z kľúčových výhod Fiber je jeho schopnosť plánovať a uprednostňovať aktualizácie. React používa plánovač na určenie, kedy spustiť, pozastaviť, obnoviť alebo opustiť pracovnú jednotku na základe jej priority. To umožňuje Reactu uprednostňovať interakcie používateľov a zabezpečiť, aby používateľské rozhranie zostalo responzívne aj počas zložitých aktualizácií.

React poskytuje niekoľko rozhraní API na plánovanie aktualizácií s rôznymi prioritami:

• React.render: Plánuje aktualizáciu s predvolenou prioritou.
• ReactDOM.unstable_deferredUpdates: Plánuje aktualizáciu s nižšou prioritou.
• ReactDOM.unstable_runWithPriority: Umožňuje explicitne určiť prioritu aktualizácie.

Môžete napríklad použiť ReactDOM.unstable_deferredUpdates na plánovanie aktualizácií, ktoré nie sú kritické pre používateľskú skúsenosť, ako je sledovanie analytiky alebo získavanie údajov na pozadí.

```javascript ReactDOM.unstable_deferredUpdates(() => { // Vykonajte nekritické aktualizácie tu updateAnalyticsData(); }); ```

Spracovanie chýb s Fiber

Fiber poskytuje vylepšené spracovanie chýb počas procesu zmierenia. Keď sa počas vykresľovania vyskytne chyba, React môže chybu zachytiť a zabrániť zrúteniu celej aplikácie. React používa hranice chýb na spracovanie chýb kontrolovaným spôsobom.

Hranica chýb je komponent, ktorý zachytáva chyby JavaScriptu kdekoľvek v strome podriadených komponentov, zaznamenáva tieto chyby a namiesto zrúteného stromu komponentov zobrazuje náhradné používateľské rozhranie. Hranice chýb zachytávajú chyby počas vykresľovania, v metódach životného cyklu a v konštruktoroch celého stromu pod nimi.

```javascript class ErrorBoundary extends React.Component { constructor(props) { super(props); this.state = { hasError: false }; } static getDerivedStateFromError(error) { // Aktualizujte stav, aby sa pri ďalšom vykreslení zobrazilo náhradné používateľské rozhranie. return { hasError: true }; } componentDidCatch(error, errorInfo) { // Môžete tiež protokolovať chybu do služby na hlásenie chýb logErrorToMyService(error, errorInfo); } render() { if (this.state.hasError) { // Môžete vykresliť akékoľvek vlastné náhradné používateľské rozhranie return

Niečo sa pokazilo.

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

Môžete použiť hranice chýb na zabalenie akéhokoľvek komponentu, ktorý by mohol vyvolať chybu. To zaisťuje, že vaša aplikácia zostane stabilná, aj keď niektoré komponenty zlyhajú.

```javascript ```

Ladenie Fiber

Ladenie aplikácií Reactu, ktoré používajú Fiber, môže byť náročné, ale existuje niekoľko nástrojov a techník, ktoré môžu pomôcť. Rozšírenie prehliadača React DevTools poskytuje výkonnú sadu nástrojov na kontrolu stromu komponentov, profilovanie výkonu a ladenie chýb.

React Profiler vám umožňuje zaznamenávať výkon vašej aplikácie a identifikovať úzke miesta. Pomocou Profilera môžete zistiť, ako dlho sa každý komponent vykresľuje, a identifikovať komponenty, ktoré spôsobujú problémy s výkonom.

React DevTools tiež poskytuje zobrazenie stromu komponentov, ktoré vám umožňuje kontrolovať props, stav a uzol Fiber každého komponentu. To môže byť užitočné na pochopenie toho, ako je štruktúrovaný strom komponentov a ako funguje proces zmierenia.

Záver

Architektúra React Fiber predstavuje významné zlepšenie oproti tradičnému procesu zmierenia. Rozdelením procesu zmierenia na menšie, prerušiteľné pracovné jednotky, Fiber umožňuje Reactu zlepšiť odozvu a vnímaný výkon aplikácií, najmä v zložitých scenároch.

Pochopenie kľúčových konceptov za Fiber, ako sú vlákna, work loopy a plánovanie, je nevyhnutné pre vytváranie vysokovýkonných aplikácií React. Využitím funkcií Fiber môžete vytvárať používateľské rozhrania, ktoré sú responzívnejšie, odolnejšie a poskytujú lepšiu používateľskú skúsenosť.

Ako sa React naďalej vyvíja, Fiber zostane základnou súčasťou jeho architektúry. Ak budete mať prehľad o najnovšom vývoji v oblasti Fiber, môžete zaistiť, aby vaše aplikácie React naplno využívali výhody výkonu, ktoré poskytuje.

Tu sú niektoré kľúčové závery:

• React Fiber je kompletné prepísanie algoritmu zmierenia Reactu.
• Fiber umožňuje Reactu pozastaviť a obnoviť proces zmierenia, čím sa zabráni tomu, aby dlhotrvajúce úlohy blokovali hlavné vlákno.
• Fiber umožňuje Reactu uprednostňovať rôzne typy aktualizácií.
• Fiber poskytuje lepšie spracovanie chýb počas procesu zmierenia.
• Vlastnosť key je rozhodujúca pre efektívne zmierenie.
• Rozšírenie prehliadača React DevTools poskytuje výkonnú sadu nástrojov na ladenie aplikácií Fiber.

Prijatím React Fiber a pochopením jeho princípov môžu vývojári na celom svete vytvárať výkonnejšie a užívateľsky príjemnejšie webové aplikácie bez ohľadu na ich polohu alebo zložitosť ich projektov.