Arhitektura React Fiber: Razumevanje procesa usklajevanja

React je s svojo komponentno arhitekturo in deklarativnim programskim modelom povzročil revolucijo v front-end razvoju. V središču Reactove učinkovitosti je njegov proces usklajevanja – mehanizem, s katerim React posodablja dejanski DOM, da odraža spremembe v drevesu komponent. Ta proces je doživel pomemben razvoj, ki je dosegel vrhunec v arhitekturi Fiber. Ta članek ponuja celovito razumevanje React Fiberja in njegovega vpliva na usklajevanje.

Kaj je usklajevanje?

Usklajevanje je algoritem, ki ga React uporablja za primerjavo prejšnjega virtualnega DOM-a z novim in določitev minimalnega nabora sprememb, potrebnih za posodobitev dejanskega DOM-a. Virtualni DOM je predstavitev uporabniškega vmesnika v pomnilniku. Ko se stanje komponente spremeni, React ustvari novo drevo virtualnega DOM-a. Namesto neposrednega manipuliranja z dejanskim DOM-om, kar je počasen proces, React primerja novo drevo virtualnega DOM-a s prejšnjim in ugotovi razlike. Ta proces se imenuje diffing.

Proces usklajevanja temelji na dveh glavnih predpostavkah:

• Elementi različnih tipov bodo ustvarili različna drevesa.
• Razvijalec lahko z atributom key namigne, kateri podrejeni elementi so lahko stabilni med različnimi upodabljanji.

Tradicionalno usklajevanje (pred Fiberjem)

V začetni implementaciji Reacta je bil proces usklajevanja sinhron in nedeljiv. To je pomenilo, da ko je React začel postopek primerjave virtualnega DOM-a in posodabljanja dejanskega DOM-a, ga ni bilo mogoče prekiniti. To je lahko vodilo do težav z zmogljivostjo, zlasti v zapletenih aplikacijah z velikimi drevesi komponent. Če je posodobitev komponente trajala dolgo, je brskalnik postal neodziven, kar je povzročilo slabo uporabniško izkušnjo. To se pogosto imenuje problem "zatikanja" (jank).

Predstavljajte si kompleksno spletno stran za e-trgovino, ki prikazuje katalog izdelkov. Če uporabnik uporabi filter, kar sproži ponovno upodabljanje kataloga, lahko sinhroni proces usklajevanja blokira glavno nit, zaradi česar je uporabniški vmesnik neodziven, dokler se celoten katalog ponovno ne upodobi. To lahko traja več sekund in povzroči frustracije pri uporabniku.

Predstavitev React Fiberja

React Fiber je popolnoma prenovljen algoritem za usklajevanje v Reactu, predstavljen v Reactu 16. Njegov glavni cilj je izboljšati odzivnost in zaznano zmogljivost React aplikacij, zlasti v zapletenih scenarijih. Fiber to doseže tako, da proces usklajevanja razdeli na manjše, prekinljive enote dela.

Ključni koncepti za arhitekturo React Fiber so:

• Fiber: Fiber je JavaScript objekt, ki predstavlja enoto dela. Vsebuje informacije o komponenti, njenih vhodnih podatkih in izhodu. Vsaka React komponenta ima ustrezen fiber.
• Delovna zanka (WorkLoop): Delovna zanka je zanka, ki iterira skozi drevo fiberjev in izvaja potrebno delo za vsak fiber.
• Razporejanje (Scheduling): Razporejevalnik odloča, kdaj začeti, zaustaviti, nadaljevati ali opustiti enoto dela glede na prioriteto.

Prednosti arhitekture Fiber

Arhitektura Fiber prinaša več pomembnih prednosti:

• Prekinljivo usklajevanje: Fiber omogoča Reactu, da zaustavi in nadaljuje proces usklajevanja, s čimer preprečuje, da bi dolgotrajna opravila blokirala glavno nit. To zagotavlja, da uporabniški vmesnik ostane odziven tudi med zapletenimi posodobitvami.
• Prioritetne posodobitve: Fiber omogoča Reactu, da daje prednost različnim vrstam posodobitev. Na primer, uporabniške interakcije, kot sta tipkanje ali klikanje, imajo lahko višjo prioriteto kot opravila v ozadju, kot je pridobivanje podatkov. To zagotavlja, da se najpomembnejše posodobitve obdelajo najprej.
• Asinhrono upodabljanje: Fiber omogoča Reactu, da izvaja upodabljanje asinhrono. To pomeni, da lahko React začne upodabljati komponento in se nato zaustavi, da brskalniku omogoči obravnavo drugih nalog, kot so uporabniški vnosi ali animacije. To izboljša splošno zmogljivost in odzivnost aplikacije.
• Izboljšano obravnavanje napak: Fiber zagotavlja boljše obravnavanje napak med procesom usklajevanja. Če pride do napake med upodabljanjem, se lahko React elegantneje opomore in prepreči zrušitev celotne aplikacije.

Predstavljajte si aplikacijo za sodelovalno urejanje dokumentov. S Fiberjem se lahko urejanja različnih uporabnikov obdelujejo z različnimi prioritetami. Tipkanje trenutnega uporabnika v realnem času dobi najvišjo prioriteto, kar zagotavlja takojšen odziv. Posodobitve drugih uporabnikov ali samodejno shranjevanje v ozadju se lahko obdelujejo z nižjo prioriteto, kar zmanjšuje motnje pri izkušnji aktivnega uporabnika.

Razumevanje strukture Fiberja

Vsaka React komponenta je predstavljena z vozliščem Fiber. Vozlišče Fiber hrani informacije o tipu komponente, njenih atributih (props), stanju in njenih odnosih z drugimi vozlišči Fiber v drevesu. Tukaj je nekaj pomembnih lastnosti vozlišča Fiber:

• type: Tip komponente (npr. funkcijska komponenta, razredna komponenta, element DOM).
• key: Atribut key, posredovan komponenti.
• props: Atributi (props), posredovani komponenti.
• stateNode: Instanca komponente (za razredne komponente) ali null (za funkcijske komponente).
• child: Kazalec na prvo podrejeno vozlišče Fiber.
• sibling: Kazalec na naslednje sosednje vozlišče Fiber.
• return: Kazalec na nadrejeno vozlišče Fiber.
• alternate: Kazalec na vozlišče Fiber, ki predstavlja prejšnje stanje komponente.
• effectTag: Zastavica, ki označuje vrsto posodobitve, ki jo je treba izvesti na DOM-u.

Lastnost alternate je še posebej pomembna. Omogoča Reactu, da spremlja prejšnje in trenutno stanje komponente. Med procesom usklajevanja React primerja trenutno vozlišče Fiber z njegovim alternate, da ugotovi, katere spremembe je treba izvesti v DOM-u.

Algoritem delovne zanke (WorkLoop)

Delovna zanka je jedro arhitekture Fiber. Odgovorna je za prehajanje skozi drevo fiberjev in izvajanje potrebnega dela za vsak fiber. Delovna zanka je implementirana kot rekurzivna funkcija, ki obdeluje fiberje enega za drugim.

Delovna zanka je sestavljena iz dveh glavnih faz:

• Faza upodabljanja (Render Phase): Med fazo upodabljanja React prehaja skozi drevo fiberjev in določa spremembe, ki jih je treba izvesti v DOM-u. Ta faza je prekinljiva, kar pomeni, da jo lahko React kadarkoli zaustavi in nadaljuje.
• Faza potrditve (Commit Phase): Med fazo potrditve React uporabi spremembe na DOM-u. Ta faza ni prekinljiva, kar pomeni, da jo mora React, ko se enkrat začne, dokončati.

Podrobneje o fazi upodabljanja

Fazo upodabljanja lahko nadalje razdelimo na dve podfazi:

• beginWork: Funkcija beginWork je odgovorna za obdelavo trenutnega vozlišča Fiber in ustvarjanje podrejenih vozlišč Fiber. Ugotovi, ali je treba komponento posodobiti, in če je tako, ustvari nova vozlišča Fiber za njene otroke.
• completeWork: Funkcija completeWork je odgovorna za obdelavo trenutnega vozlišča Fiber po tem, ko so bili njegovi otroci obdelani. Posodobi DOM in izračuna postavitev komponente.

Funkcija beginWork opravlja naslednje naloge:

1. Preveri, ali je treba komponento posodobiti.
2. Če je komponento treba posodobiti, primerja nove atribute (props) in stanje s prejšnjimi, da ugotovi, katere spremembe je treba izvesti.
3. Ustvari nova vozlišča Fiber za otroke komponente.
4. Nastavi lastnost effectTag na vozlišču Fiber, da označi vrsto posodobitve, ki jo je treba izvesti na DOM-u.

Funkcija completeWork opravlja naslednje naloge:

1. Posodobi DOM s spremembami, ki so bile ugotovljene med izvajanjem funkcije beginWork.
2. Izračuna postavitev komponente.
3. Zbere stranske učinke, ki jih je treba izvesti po fazi potrditve.

Podrobneje o fazi potrditve

Faza potrditve je odgovorna za uporabo sprememb na DOM-u. Ta faza ni prekinljiva, kar pomeni, da jo mora React, ko se enkrat začne, dokončati. Faza potrditve je sestavljena iz treh podfaz:

• beforeMutation: Ta faza se izvede, preden se DOM spremeni. Uporablja se za izvajanje nalog, kot je priprava DOM-a na posodobitve.
• mutation: V tej fazi se izvajajo dejanske spremembe DOM-a. React posodobi DOM na podlagi lastnosti effectTag vozlišč Fiber.
• layout: Ta faza se izvede po tem, ko je bil DOM spremenjen. Uporablja se za izvajanje nalog, kot je posodabljanje postavitve komponente in izvajanje metod življenjskega cikla.

Praktični primeri in odlomki kode

Poglejmo si proces usklajevanja s Fiberjem na poenostavljenem primeru. Predstavljajte si komponento, ki prikazuje seznam elementov:

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

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

); } ```

Ko se atribut items spremeni, mora React uskladiti seznam in ustrezno posodobiti DOM. Tako bi to obravnaval Fiber:

1. Faza upodabljanja: Funkcija beginWork bi primerjala novo tabelo items s prejšnjo. Ugotovila bi, kateri elementi so bili dodani, odstranjeni ali posodobljeni.
2. Za dodane elemente bi bila ustvarjena nova vozlišča Fiber, effectTag pa bi bil nastavljen tako, da bi označeval, da je treba te elemente vstaviti v DOM.
3. Vozlišča Fiber za odstranjene elemente bi bila označena za brisanje.
4. Vozlišča Fiber za posodobljene elemente bi bila posodobljena z novimi podatki.
5. Faza potrditve: Faza commit bi nato uporabila te spremembe na dejanskem DOM-u. Dodani elementi bi bili vstavljeni, odstranjeni izbrisani in posodobljeni spremenjeni.

Uporaba atributa key je ključna za učinkovito usklajevanje. Brez atributa key bi moral React ponovno upodobiti celoten seznam vsakič, ko se tabela items spremeni. Z atributom key lahko React hitro ugotovi, kateri elementi so bili dodani, odstranjeni ali posodobljeni, in posodobi samo te elemente.

Predstavljajte si na primer scenarij, v katerem se spremeni vrstni red izdelkov v nakupovalni košarici. Če ima vsak izdelek edinstven key (npr. ID izdelka), lahko React učinkovito preuredi elemente v DOM-u, ne da bi jih moral v celoti ponovno upodobiti. To znatno izboljša zmogljivost, zlasti pri velikih seznamih.

Razporejanje in prioritizacija

Ena ključnih prednosti Fiberja je njegova zmožnost razporejanja in prioritizacije posodobitev. React uporablja razporejevalnik, da določi, kdaj začeti, zaustaviti, nadaljevati ali opustiti enoto dela glede na njeno prioriteto. To omogoča Reactu, da daje prednost uporabniškim interakcijam in zagotavlja, da uporabniški vmesnik ostane odziven tudi med zapletenimi posodobitvami.

React ponuja več API-jev za razporejanje posodobitev z različnimi prioritetami:

• React.render: Razporedi posodobitev s privzeto prioriteto.
• ReactDOM.unstable_deferredUpdates: Razporedi posodobitev z nižjo prioriteto.
• ReactDOM.unstable_runWithPriority: Omogoča eksplicitno določanje prioritete posodobitve.

Na primer, lahko uporabite ReactDOM.unstable_deferredUpdates za razporejanje posodobitev, ki niso ključne za uporabniško izkušnjo, kot so sledenje analitiki ali pridobivanje podatkov v ozadju.

```javascript ReactDOM.unstable_deferredUpdates(() => { // Tukaj izvedite nekritične posodobitve updateAnalyticsData(); }); ```

Obravnavanje napak s Fiberjem

Fiber zagotavlja izboljšano obravnavanje napak med procesom usklajevanja. Ko pride do napake med upodabljanjem, lahko React napako ujame in prepreči zrušitev celotne aplikacije. React uporablja meje napak (error boundaries) za nadzorovano obravnavanje napak.

Meja napak je komponenta, ki ujame JavaScript napake kjerkoli v svojem drevesu podrejenih komponent, te napake zabeleži in prikaže nadomestni uporabniški vmesnik namesto zrušenega drevesa komponent. Meje napak ujamejo napake med upodabljanjem, v metodah življenjskega cikla in v konstruktorjih celotnega drevesa pod njimi.

```javascript class ErrorBoundary extends React.Component { constructor(props) { super(props); this.state = { hasError: false }; } static getDerivedStateFromError(error) { // Posodobite stanje, da bo naslednje upodabljanje prikazalo nadomestni UI. return { hasError: true }; } componentDidCatch(error, errorInfo) { // Napako lahko tudi pošljete storitvi za poročanje o napakah logErrorToMyService(error, errorInfo); } render() { if (this.state.hasError) { // Upodobite lahko katerikoli nadomestni UI po meri return

Nekaj je šlo narobe.

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

Meje napak lahko uporabite za ovijanje katerekoli komponente, ki bi lahko sprožila napako. To zagotavlja, da vaša aplikacija ostane stabilna, tudi če nekatere komponente odpovejo.

```javascript ```

Odpravljanje napak v Fiberju

Odpravljanje napak v React aplikacijah, ki uporabljajo Fiber, je lahko izziv, vendar obstaja več orodij in tehnik, ki lahko pomagajo. Razširitev za brskalnik React DevTools ponuja zmogljiv nabor orodij za pregledovanje drevesa komponent, profiliranje zmogljivosti in odpravljanje napak.

React Profiler vam omogoča snemanje zmogljivosti vaše aplikacije in prepoznavanje ozkih grl. Profiler lahko uporabite za ogled, koliko časa potrebuje vsaka komponenta za upodabljanje, in za prepoznavanje komponent, ki povzročajo težave z zmogljivostjo.

React DevTools ponuja tudi pogled na drevo komponent, ki vam omogoča pregledovanje atributov (props), stanja in vozlišča Fiber vsake komponente. To je lahko koristno za razumevanje, kako je strukturirano drevo komponent in kako deluje proces usklajevanja.

Zaključek

Arhitektura React Fiber predstavlja pomembno izboljšavo v primerjavi s tradicionalnim procesom usklajevanja. Z razdelitvijo procesa usklajevanja na manjše, prekinljive enote dela Fiber omogoča Reactu izboljšanje odzivnosti in zaznane zmogljivosti aplikacij, zlasti v zapletenih scenarijih.

Razumevanje ključnih konceptov za Fiberjem, kot so fiberji, delovne zanke in razporejanje, je bistveno za gradnjo visoko zmogljivih React aplikacij. Z izkoriščanjem funkcij Fiberja lahko ustvarite uporabniške vmesnike, ki so bolj odzivni, bolj odporni in zagotavljajo boljšo uporabniško izkušnjo.

Ker se React še naprej razvija, bo Fiber ostal temeljni del njegove arhitekture. S spremljanjem najnovejših dosežkov v razvoju Fiberja lahko zagotovite, da vaše React aplikacije v celoti izkoriščajo prednosti zmogljivosti, ki jih ponuja.

Tukaj je nekaj ključnih poudarkov:

• React Fiber je popolnoma prenovljen algoritem za usklajevanje v Reactu.
• Fiber omogoča Reactu, da zaustavi in nadaljuje proces usklajevanja, s čimer preprečuje, da bi dolgotrajna opravila blokirala glavno nit.
• Fiber omogoča Reactu, da daje prednost različnim vrstam posodobitev.
• Fiber zagotavlja boljše obravnavanje napak med procesom usklajevanja.
• Atribut key je ključnega pomena za učinkovito usklajevanje.
• Razširitev za brskalnik React DevTools ponuja zmogljiv nabor orodij za odpravljanje napak v aplikacijah s Fiberjem.

S sprejetjem React Fiberja in razumevanjem njegovih načel lahko razvijalci po vsem svetu gradijo bolj zmogljive in uporabniku prijazne spletne aplikacije, ne glede na njihovo lokacijo ali kompleksnost projektov.