Upravljanje prednostnih pasov v React Fiber: poglobljen vpogled v nadzor upodabljanja

V svetu spletnega razvoja je uporabniška izkušnja najpomembnejša. Trenutna zamrznitev, zatikajoča se animacija ali polje za vnos, ki zaostaja, je lahko razlika med navdušenim in frustriranim uporabnikom. Razvijalci so se leta borili z enonitno naravo brskalnika, da bi ustvarili tekoče, odzivne aplikacije. Z uvedbo arhitekture Fiber v React 16 in njeno polno uresničitvijo s sočasnimi (Concurrent) zmožnostmi v React 18 se je igra bistveno spremenila. React se je iz knjižnice, ki preprosto upodablja uporabniške vmesnike, razvil v knjižnico, ki inteligentno načrtuje posodobitve uporabniškega vmesnika.

Ta poglobljen vpogled raziskuje srce te evolucije: upravljanje prednostnih pasov v React Fiber. Demistificirali bomo, kako se React odloči, kaj upodobiti zdaj, kaj lahko počaka in kako žonglira z več posodobitvami stanja, ne da bi zamrznil uporabniški vmesnik. To ni le akademska vaja; razumevanje teh temeljnih principov vam omogoča, da gradite hitrejše, pametnejše in bolj odporne aplikacije za globalno občinstvo.

Od usklajevalnika na podlagi sklada do Fiberja: Razlogi za prenovo

Da bi cenili inovacijo Fiberja, moramo najprej razumeti omejitve njegovega predhodnika, usklajevalnika na podlagi sklada (Stack Reconciler). Pred React 16 je bil proces usklajevanja – algoritem, ki ga React uporablja za primerjavo enega drevesa z drugim, da ugotovi, kaj spremeniti v DOM-u – sinhron in rekurziven. Ko se je stanje komponente posodobilo, je React prehodil celotno drevo komponent, izračunal spremembe in jih uporabil v DOM-u v eni sami, neprekinjeni sekvenci.

Za majhne aplikacije je bilo to v redu. Toda za kompleksne uporabniške vmesnike z globokimi drevesi komponent je ta proces lahko trajal precej časa – recimo več kot 16 milisekund. Ker je JavaScript enoniten, je dolgotrajno opravilo usklajevanja blokiralo glavno nit. To je pomenilo, da brskalnik ni mogel opravljati drugih ključnih nalog, kot so:

• Odzivanje na uporabniški vnos (kot je tipkanje ali klikanje).
• Izvajanje animacij (na osnovi CSS ali JavaScripta).
• Izvajanje druge časovno občutljive logike.

Rezultat je bil pojav, znan kot "jank" – zatikajoča se, neodzivna uporabniška izkušnja. Usklajevalnik na podlagi sklada je deloval kot enotirna železnica: ko je vlak (posodobitev upodabljanja) začel svojo pot, je moral priti do konca, in noben drug vlak ni mogel uporabiti proge. Ta blokirajoča narava je bila glavna motivacija za popolno prenovo Reactovega osrednjega algoritma.

Osrednja ideja za React Fiber je bila preoblikovati usklajevanje v nekaj, kar je mogoče razdeliti na manjše kose dela. Namesto enega samega, monolitnega opravila, je bilo mogoče upodabljanje zaustaviti, nadaljevati in celo prekiniti. Ta prehod s sinhronega na asinhroni, načrtovani proces omogoča Reactu, da vrne nadzor glavni niti brskalnika, s čimer zagotovi, da visoko prioritetna opravila, kot je uporabniški vnos, nikoli niso blokirana. Fiber je enotirno železnico preoblikoval v večpasovno avtocesto s hitrimi pasovi za visoko prioritetni promet.

Kaj je 'Fiber'? Gradnik sočasnosti

V svojem bistvu je "fiber" (vlakno) JavaScript objekt, ki predstavlja enoto dela. Vsebuje informacije o komponenti, njenih vhodnih podatkih (props) in izhodnih podatkih (children). Fiber si lahko predstavljate kot virtualni okvir sklada (stack frame). V starem usklajevalniku na podlagi sklada se je za upravljanje rekurzivnega prehajanja drevesa uporabljal klicni sklad brskalnika. S Fiberjem React implementira svoj lasten virtualni sklad, predstavljen s povezanim seznamom vozlišč fiber. To daje Reactu popoln nadzor nad procesom upodabljanja.

Vsak element v vašem drevesu komponent ima ustrezno vozlišče fiber. Ta vozlišča so med seboj povezana in tvorijo drevo fiber, ki odraža strukturo drevesa komponent. Vozlišče fiber hrani ključne informacije, vključno z:

• type in key: Identifikatorja za komponento, podobno kot bi videli v React elementu.
• child: Kazalec na prvo otroško vozlišče fiber.
• sibling: Kazalec na naslednje sestrsko vozlišče fiber.
• return: Kazalec na starševsko vozlišče fiber (pot 'nazaj' po končanem delu).
• pendingProps in memoizedProps: Lastnosti (props) iz prejšnjega in naslednjega upodabljanja, uporabljene za primerjavo.
• stateNode: Referenca na dejansko vozlišče DOM, instanco razreda ali osnovni element platforme.
• effectTag: Bitna maska, ki opisuje delo, ki ga je treba opraviti (npr. Placement, Update, Deletion).

Ta struktura omogoča Reactu prehajanje drevesa brez zanašanja na izvorno rekurzijo. Lahko začne delo na enem vlaknu, ga zaustavi in kasneje nadaljuje, ne da bi izgubil sled. Ta zmožnost zaustavljanja in nadaljevanja dela je temeljni mehanizem, ki omogoča vse Reactove sočasne zmožnosti.

Srce sistema: Planer (Scheduler) in ravni prioritete

Če so vlakna enote dela, je planer (Scheduler) možgani, ki odločajo, katero delo opraviti in kdaj. React ne začne takoj upodabljati ob spremembi stanja. Namesto tega posodobitvi dodeli raven prioritete in prosi planer, da jo obravnava. Planer nato sodeluje z brskalnikom, da najde najboljši čas za izvedbo dela, s čimer zagotovi, da ne blokira pomembnejših nalog.

Sprva je ta sistem uporabljal nabor diskretnih ravni prioritete. Čeprav je sodobna implementacija (model pasov) bolj niansirana, je razumevanje teh konceptualnih ravni odlično izhodišče:

• ImmediatePriority: To je najvišja prioriteta, rezervirana za sinhrone posodobitve, ki se morajo zgoditi takoj. Klasičen primer je nadzorovan vnos. Ko uporabnik tipka v vnosno polje, mora uporabniški vmesnik to spremembo odražati takoj. Če bi bila odložena celo za nekaj milisekund, bi se vnos zdel počasen.
• UserBlockingPriority: To je za posodobitve, ki so posledica diskretnih uporabniških interakcij, kot je klik na gumb ali dotik zaslona. Te naj bi uporabnik občutil kot takojšnje, vendar jih je mogoče po potrebi za zelo kratek čas odložiti. Večina upravljalnikov dogodkov sproži posodobitve s to prioriteto.
• NormalPriority: To je privzeta prioriteta za večino posodobitev, kot so tiste, ki izvirajo iz pridobivanja podatkov (`useEffect`) ali navigacije. Te posodobitve ne potrebujejo takojšnje izvedbe in React jih lahko načrtuje tako, da ne motijo uporabniških interakcij.
• LowPriority: To je za posodobitve, ki niso časovno občutljive, kot je upodabljanje vsebine zunaj zaslona ali analitični dogodki.
• IdlePriority: Najnižja prioriteta, za delo, ki se lahko opravi le, ko je brskalnik popolnoma nedejaven. Aplikacijska koda jo redko uporablja neposredno, interno pa se uporablja za stvari, kot sta beleženje ali predhodno izračunavanje prihodnjega dela.

React samodejno dodeli pravilno prioriteto glede na kontekst posodobitve. Na primer, posodobitev znotraj upravljalnika dogodkov `click` je načrtovana kot `UserBlockingPriority`, medtem ko je posodobitev znotraj `useEffect` običajno `NormalPriority`. Ta inteligentna, kontekstno zavedna prioritizacija je tisto, zaradi česar se React že v osnovi zdi hiter.

Teorija pasov: sodoben model prioritete

Ko so Reactove sočasne zmožnosti postale bolj sofisticirane, se je preprost numerični sistem prioritet izkazal za nezadostnega. Ni se mogel elegantno spopasti s kompleksnimi scenariji, kot so večkratne posodobitve različnih prioritet, prekinitve in paketiranje. To je vodilo v razvoj modela pasov (Lane model).

Namesto ene same številke prioritete si zamislite nabor 31 "pasov". Vsak pas predstavlja drugačno prioriteto. To je implementirano kot bitna maska – 31-bitno celo število, kjer vsak bit ustreza enemu pasu. Ta pristop z bitno masko je zelo učinkovit in omogoča zmogljive operacije:

• Predstavljanje več prioritet: Ena sama bitna maska lahko predstavlja nabor čakajočih prioritet. Na primer, če na komponenti čakata posodobitev `UserBlocking` in `Normal`, bo njena lastnost `lanes` imela bite za obe prioriteti nastavljene na 1.
• Preverjanje prekrivanja: Bitne operacije omogočajo trivialno preverjanje, ali se dva nabora pasov prekrivata ali če je en nabor podmnožica drugega. To se uporablja za določanje, ali je mogoče prihajajočo posodobitev združiti v paket z obstoječim delom.
• Prioritizacija dela: React lahko hitro identificira pas z najvišjo prioriteto v naboru čakajočih pasov in se odloči delati samo na njem, pri tem pa zaenkrat ignorira delo z nižjo prioriteto.

Analogija bi lahko bil bazen z 31 plavalnimi stezami. Nujna posodobitev, kot tekmovalni plavalec, dobi visoko prioritetno stezo in lahko nadaljuje brez prekinitev. Več nenujnih posodobitev, kot rekreativni plavalci, bi lahko bilo združenih v stezi z nižjo prioriteto. Če nenadoma prispe tekmovalni plavalec, lahko reševalci (planer) zaustavijo rekreativne plavalce, da spustijo mimo plavalca s prioriteto. Model pasov daje Reactu zelo natančen in prilagodljiv sistem za upravljanje te zapletene koordinacije.

Dvofazni proces usklajevanja

Čarovnija React Fiberja se uresniči skozi njegovo dvofazno arhitekturo potrditve (commit). Ta ločitev je tisto, kar omogoča prekinitev upodabljanja brez povzročanja vizualnih nedoslednosti.

Faza 1: Faza upodabljanja/usklajevanja (asinhrona in prekinljiva)

Tu React opravi večino težkega dela. Začenši od korena drevesa komponent, React prehaja vozlišča fiber v zanki `workLoop`. Za vsako vlakno ugotovi, ali ga je treba posodobiti. Kliče vaše komponente, primerja nove elemente s starimi vlakni in gradi seznam stranskih učinkov (npr. "dodaj to vozlišče DOM", "posodobi ta atribut", "odstrani to komponento").

Ključna značilnost te faze je, da je asinhrona in jo je mogoče prekiniti. Po obdelavi nekaj vlaken React preveri, ali mu je zmanjkalo dodeljenega časovnega reza (običajno nekaj milisekund) preko interne funkcije `shouldYield`. Če se je zgodil dogodek z višjo prioriteto (kot je uporabniški vnos) ali če se je njegov čas iztekel, bo React zaustavil svoje delo, shranil napredek v drevesu fiber in vrnil nadzor glavni niti brskalnika. Ko bo brskalnik spet prost, lahko React nadaljuje točno tam, kjer je končal.

Med celotno to fazo se nobena od sprememb ne zapiše v DOM. Uporabnik vidi stari, dosleden uporabniški vmesnik. To je ključno – če bi React spremembe uporabljal postopoma, bi uporabnik videl pokvarjen, na pol upodobljen vmesnik. Vse mutacije se izračunajo in zberejo v pomnilniku, čakajoč na fazo potrditve.

Faza 2: Faza potrditve (sinhrona in neprekinljiva)

Ko je faza upodabljanja zaključena za celotno posodobljeno drevo brez prekinitev, React preide v fazo potrditve. V tej fazi vzame seznam stranskih učinkov, ki jih je zbral, in jih uporabi v DOM-u.

Ta faza je sinhrona in je ni mogoče prekiniti. Izvesti jo je treba v enem samem, hitrem sunku, da se zagotovi, da je DOM posodobljen atomsko. To preprečuje, da bi uporabnik kdaj videl nedosleden ali delno posodobljen uporabniški vmesnik. To je tudi čas, ko React zažene življenjske metode, kot sta `componentDidMount` in `componentDidUpdate`, pa tudi kavelj `useLayoutEffect`. Ker je sinhrona, se morate izogibati dolgotrajni kodi v `useLayoutEffect`, saj lahko blokira izrisovanje.

Po končani fazi potrditve in posodobitvi DOM-a, React načrtuje asinhrono izvajanje kljukic `useEffect`. To zagotavlja, da koda znotraj `useEffect` (kot je pridobivanje podatkov) ne blokira brskalnika pri izrisovanju posodobljenega uporabniškega vmesnika na zaslon.

Praktične posledice in nadzor z API-ji

Razumevanje teorije je odlično, toda kako lahko razvijalci v globalnih ekipah izkoristijo ta zmogljiv sistem? React 18 je predstavil več API-jev, ki razvijalcem dajejo neposreden nadzor nad prioriteto upodabljanja.

Samodejno paketiranje (batching)

V React 18 so vse posodobitve stanja samodejno paketirane, ne glede na to, od kod izvirajo. Prej so bile paketirane samo posodobitve znotraj Reactovih upravljalnikov dogodkov. Posodobitve znotraj obljub (promises), `setTimeout` ali izvornih upravljalnikov dogodkov bi vsaka sprožila ločeno ponovno upodabljanje. Zdaj, zahvaljujoč planerju, React počaka en "tiktak" in vse posodobitve stanja, ki se zgodijo znotraj tega tiktaka, združi v eno samo, optimizirano ponovno upodabljanje. To privzeto zmanjša nepotrebna upodabljanja in izboljša zmogljivost.

API `startTransition`

To je morda najpomembnejši API za nadzor prioritete upodabljanja. `startTransition` vam omogoča, da določeno posodobitev stanja označite kot nenujno ali "prehod" (transition).

Predstavljajte si iskalno polje. Ko uporabnik tipka, se morata zgoditi dve stvari: 1. Samo iskalno polje se mora posodobiti, da prikaže nov znak (visoka prioriteta). 2. Seznam rezultatov iskanja mora biti filtriran in ponovno upodobljen, kar je lahko počasna operacija (nizka prioriteta).

Brez `startTransition` bi imeli obe posodobitvi enako prioriteto, in počasno upodabljanje seznama bi lahko povzročilo zaostajanje vnosnega polja, kar ustvarja slabo uporabniško izkušnjo. Z ovijanjem posodobitve seznama v `startTransition` sporočite Reactu: "Ta posodobitev ni kritična. V redu je, če za trenutek še naprej prikazuješ stari seznam, medtem ko pripravljaš novega. Daj prednost odzivnosti vnosnega polja."

Tu je praktičen primer:

import { useState, useTransition } from 'react'; function SearchPage() { const [isPending, startTransition] = useTransition(); const [inputValue, setInputValue] = useState(''); const [searchQuery, setSearchQuery] = useState(''); const handleInputChange = (e) => { // Visoko prioritetna posodobitev: takoj posodobi vnosno polje setInputValue(e.target.value); // Nizko prioritetna posodobitev: počasno posodobitev stanja ovij v prehod startTransition(() => { setSearchQuery(e.target.value); }); }; return (

); }

V tej kodi je `setInputValue` visoko prioritetna posodobitev, ki zagotavlja, da vnos nikoli ne zaostaja. `setSearchQuery`, ki sproži ponovno upodabljanje potencialno počasne komponente `SearchResults`, je označen kot prehod. React lahko prekine ta prehod, če uporabnik ponovno tipka, zavrže zastarelo delo upodabljanja in začne znova z novo poizvedbo. Zastavica `isPending`, ki jo zagotavlja kavelj `useTransition`, je priročen način za prikaz stanja nalaganja uporabniku med tem prehodom.

Kavelj (hook) `useDeferredValue`

`useDeferredValue` ponuja drugačen način za doseganje podobnega rezultata. Omogoča vam, da odložite ponovno upodabljanje nekritičnega dela drevesa. Je kot uporaba "debounce", vendar veliko pametneje, ker je neposredno integriran z Reactovim planerjem.

Vzame vrednost in vrne novo kopijo te vrednosti, ki bo med upodabljanjem "zaostajala" za izvirno. Če je trenutno upodabljanje sprožila nujna posodobitev (kot je uporabniški vnos), bo React najprej upodobil s staro, odloženo vrednostjo, nato pa načrtoval ponovno upodabljanje z novo vrednostjo z nižjo prioriteto.

Poglejmo predelan primer iskanja z uporabo `useDeferredValue`:

import { useState, useDeferredValue } from 'react'; function SearchPage() { const [query, setQuery] = useState(''); const deferredQuery = useDeferredValue(query); const handleInputChange = (e) => { setQuery(e.target.value); }; return (

); }

Tukaj je `input` vedno posodobljen z najnovejšo `query`. Vendar `SearchResults` prejme `deferredQuery`. Ko uporabnik hitro tipka, se `query` posodobi ob vsakem pritisku na tipko, vendar bo `deferredQuery` obdržal svojo prejšnjo vrednost, dokler React nima prostega trenutka. To učinkovito zniža prioriteto upodabljanja seznama in ohranja tekoč uporabniški vmesnik.

Vizualizacija prednostnih pasov: miselni model

Poglejmo si kompleksen scenarij, da utrdimo ta miselni model. Predstavljajte si aplikacijo za vir družbenih medijev:

1. Začetno stanje: Uporabnik se pomika po dolgem seznamu objav. To sproži posodobitve `NormalPriority` za upodabljanje novih elementov, ko pridejo v vidno polje.
2. Visoko prioritetna prekinitev: Med pomikanjem se uporabnik odloči vtipkati komentar v polje za komentarje objave. To dejanje tipkanja sproži posodobitve `ImmediatePriority` za vnosno polje.
3. Sočasno delo z nizko prioriteto: Polje za komentarje ima morda funkcijo, ki prikazuje predogled formatiranega besedila v živo. Upodabljanje tega predogleda je lahko počasno. Posodobitev stanja za predogled lahko ovijemo v `startTransition`, s čimer postane posodobitev `LowPriority`.
4. Posodobitev v ozadju: Hkrati se konča klic `fetch` v ozadju za nove objave, kar sproži še eno posodobitev stanja `NormalPriority` za dodajanje pasice "Na voljo so nove objave" na vrhu vira.

Tako bi Reactov planer upravljal ta promet:

1. React takoj zaustavi delo upodabljanja pomikanja z `NormalPriority`.
2. Takoj obravnava posodobitve vnosa z `ImmediatePriority`. Uporabnikovo tipkanje se zdi popolnoma odzivno.
3. V ozadju začne z delom na upodabljanju predogleda komentarja z `LowPriority`.
4. Klic `fetch` se vrne in načrtuje posodobitev `NormalPriority` za pasico. Ker ima ta višjo prioriteto kot predogled komentarja, bo React zaustavil upodabljanje predogleda, opravil delo na posodobitvi pasice, jo potrdil v DOM, nato pa nadaljeval z upodabljanjem predogleda, ko bo imel prosti čas.
5. Ko so vse uporabniške interakcije in naloge z višjo prioriteto končane, React nadaljuje z izvirnim delom upodabljanja pomikanja z `NormalPriority` od tam, kjer je ostal.

To dinamično zaustavljanje, prioritiziranje in nadaljevanje dela je bistvo upravljanja prednostnih pasov. Zagotavlja, da je uporabnikovo zaznavanje zmogljivosti vedno optimizirano, saj najpomembnejše interakcije nikoli niso blokirane z manj kritičnimi nalogami v ozadju.

Globalni vpliv: več kot le hitrost

Prednosti Reactovega sočasnega modela upodabljanja presegajo zgolj to, da se aplikacije zdijo hitre. Imajo oprijemljiv vpliv na ključne poslovne in produktne metrike za globalno bazo uporabnikov.

• Dostopnost: Odziven uporabniški vmesnik je dostopen uporabniški vmesnik. Ko vmesnik zamrzne, je lahko to dezorientirajoče in neuporabno za vse uporabnike, še posebej pa je problematično za tiste, ki se zanašajo na podporne tehnologije, kot so bralniki zaslona, ki lahko izgubijo kontekst ali postanejo neodzivni.
• Zadrževanje uporabnikov: V konkurenčnem digitalnem okolju je zmogljivost funkcija. Počasne, zatikajoče se aplikacije vodijo v frustracije uporabnikov, višje stopnje zavrnitve in nižjo angažiranost. Tekoča izkušnja je osnovno pričakovanje sodobne programske opreme.
• Razvijalska izkušnja: Z vgradnjo teh zmogljivih primitivov za načrtovanje v samo knjižnico, React razvijalcem omogoča bolj deklarativno gradnjo kompleksnih in zmogljivih uporabniških vmesnikov. Namesto ročnega implementiranja zapletene logike "debouncing", "throttling" ali `requestIdleCallback`, lahko razvijalci preprosto sporočijo svoj namen Reactu z uporabo API-jev, kot je `startTransition`, kar vodi do čistejše in bolj vzdržljive kode.

Konkretni nasveti za globalne razvojne ekipe

• Sprejmite sočasnost: Zagotovite, da vaša ekipa uporablja React 18 in razume nove sočasne zmožnosti. To je sprememba paradigme.
• Prepoznajte prehode: Preglejte svojo aplikacijo za posodobitve uporabniškega vmesnika, ki niso nujne. Ustrezne posodobitve stanja ovijte v `startTransition`, da preprečite blokiranje bolj kritičnih interakcij.
• Odložite zahtevna upodabljanja: Za komponente, ki se počasi upodabljajo in so odvisne od hitro spreminjajočih se podatkov, uporabite `useDeferredValue`, da znižate prioriteto njihovega ponovnega upodabljanja in ohranite odzivnost preostalega dela aplikacije.
• Profilirajte in merite: Uporabite React DevTools Profiler za vizualizacijo, kako se vaše komponente upodabljajo. Profiler je posodobljen za sočasni React in vam lahko pomaga ugotoviti, katere posodobitve so prekinjene in katere povzročajo ozka grla v zmogljivosti.
• Izobražujte in širite znanje: Spodbujajte te koncepte znotraj svoje ekipe. Gradnja zmogljivih aplikacij je kolektivna odgovornost, in skupno razumevanje Reactovega planerja je ključno za pisanje optimalne kode.

Zaključek

React Fiber in njegov na prioritetah temelječ planer predstavljata ogromen korak naprej v evoluciji front-end ogrodij. Premaknili smo se iz sveta blokirajočega, sinhronega upodabljanja v novo paradigmo kooperativnega, prekinljivega načrtovanja. Z razdelitvijo dela na obvladljive kose fiber in uporabo sofisticiranega modela pasov za prioritizacijo tega dela, lahko React zagotovi, da so interakcije, s katerimi se sooča uporabnik, vedno obravnavane prve, kar ustvarja aplikacije, ki se zdijo tekoče in takojšnje, tudi ko v ozadju izvajajo zapletene naloge.

Za razvijalce obvladovanje konceptov, kot so prehodi in odložene vrednosti, ni več neobvezna optimizacija – je temeljna kompetenca za gradnjo sodobnih, visoko zmogljivih spletnih aplikacij. Z razumevanjem in izkoriščanjem Reactovega upravljanja prednostnih pasov lahko globalnemu občinstvu ponudite vrhunsko uporabniško izkušnjo in gradite vmesnike, ki niso le funkcionalni, ampak resnično prijetni za uporabo.