Dvojno medpomnjenje v React Fiber: Poglobljen vpogled v zamenjavo dreves komponent za brezhibne posodobitve uporabniškega vmesnika

V nenehno razvijajočem se svetu razvoja čelnega dela sta zmogljivost in uporabniška izkušnja najpomembnejši. Uporabniki po vsem svetu pričakujejo tekoče, odzivne aplikacije, ki se takoj odzovejo na njihove interakcije. Sodobna ogrodja JavaScript nenehno uvajajo inovacije, da bi zadostila tem zahtevam, in React Fiber, arhitektura za sočasno upodabljanje, ki stoji za React 16 in novejšimi različicami, predstavlja pomemben korak naprej. Eden od njegovih osrednjih mehanizmov za doseganje te odzivnosti je sofisticirana tehnika, ki temelji na konceptu dvojnega medpomnjenja in omogoča učinkovito zamenjavo dreves komponent.

Razumevanje teh osnovnih mehanizmov lahko razvijalcem po vsem svetu odpre nove ravni optimizacije in vodi do bolj robustnih in zmogljivih aplikacij. Ta objava bo demistificirala dvojno medpomnjenje v React Fiber, pojasnila, kako deluje in zakaj je ključno za zagotavljanje vrhunske uporabniške izkušnje v današnjem hitrem digitalnem svetu.

Razumevanje izzivov upodabljanja

Preden se poglobimo v rešitev, ki jo ponuja Fiber, je nujno razumeti izzive tradicionalnega upodabljanja uporabniškega vmesnika. V starejših različicah Reacta je bil postopek upodabljanja večinoma sinhron. Ko so se stanje ali lastnosti (props) komponente spremenili, je React ponovno upodobil komponento in njene potomce. Ta proces, znan kot usklajevanje (reconciliation), je vključeval primerjavo novega navideznega DOM-a s prejšnjim in nato posodobitev dejanskega DOM-a, da bi odražal spremembe.

Problem s popolnoma sinhronim pristopom je v tem, da lahko zapletena ali dolgotrajna operacija ponovnega upodabljanja blokira glavno nit. Med tem obdobjem blokiranja brskalnik ne more obravnavati uporabniških vnosov (kot so kliki, drsenje ali tipkanje), kar vodi do zaznane zakasnitve ali neodzivnosti aplikacije. Predstavljajte si uporabnika, ki poskuša komunicirati z obrazcem, medtem ko poteka zahtevno pridobivanje podatkov in posledično ponovno upodabljanje – vnosna polja se morda ne bodo odzvala takoj, kar ustvarja frustrirajočo izkušnjo. To je univerzalen problem, ki prizadene uporabnike ne glede na njihovo geografsko lokacijo ali hitrost interneta.

Ta blokirajoča narava sinhronega upodabljanja postane še posebej problematična v:

• Aplikacije velikega obsega: Aplikacije z mnogimi komponentami in zapletenimi podatkovnimi strukturami zahtevajo več časa za obdelavo med ponovnim upodabljanjem.
• Naprave z manjšo močjo: Uporabniki na starejših ali manj zmogljivih napravah (pogostih na mnogih razvijajočih se trgih) so bolj dovzetni za ozka grla v zmogljivosti.
• Počasne omrežne razmere: Čeprav to ni neposredno problem upodabljanja, lahko počasna omrežja poslabšajo zaznane težave z zmogljivostjo, če je tudi upodabljanje počasno.

Predstavitev React Fiber: prenovljen mehanizem za upodabljanje

React Fiber je bil popolna prenova Reactovega jedrnega mehanizma za upodabljanje. Njegov glavni cilj je bil omogočiti sočasno upodabljanje (concurrent rendering), kar Reactu omogoča, da zaustavi, prekine ali nadaljuje delo upodabljanja. To doseže s konceptom dreves v delu (work-in-progress) in razporejevalnikom (scheduler), ki daje prednost posodobitvam.

V središču Fiberjevega modela sočasnosti je ideja razdelitve velikih nalog upodabljanja na manjše dele. Namesto izvajanja ene same, dolgotrajne sinhrone operacije, lahko Fiber opravi delo, prepusti nadzor brskalniku (omogoči mu obravnavo uporabniških vnosov ali drugih nalog) in nato delo nadaljuje kasneje. To 'razdeljevanje' je temeljno za preprečevanje blokiranja glavne niti.

Vloga dvojnega medpomnjenja

Dvojno medpomnjenje, koncept, ki se pogosto uporablja v računalniški grafiki in animaciji, ponuja močno analogijo in praktično izvedbo za upravljanje posodobitev upodabljanja v React Fiber. V svojem bistvu dvojno medpomnjenje vključuje uporabo dveh medpomnilnikov (ali pomnilniških področij) za upravljanje procesa posodabljanja in prikaza informacij.

Predstavljajte si to takole:

• Medpomnilnik A: Vsebuje trenutno, vidno stanje vašega uporabniškega vmesnika.
• Medpomnilnik B: Uporablja se za pripravo naslednjega okvirja ali posodobljenega stanja vašega uporabniškega vmesnika.

Postopek upodabljanja nato deluje na naslednji način:

1. React začne pripravljati posodobljen uporabniški vmesnik v medpomnilniku B. To delo je lahko razdeljeno na manjše dele, ki se lahko izvajajo postopoma.
2. Medtem ko se pripravlja medpomnilnik B, medpomnilnik A (trenutno prikazan UI) ostane nedotaknjen in popolnoma interaktiven. Uporabnik lahko nadaljuje z interakcijo z aplikacijo brez kakršnekoli zakasnitve.
3. Ko so spremembe v medpomnilniku B pripravljene in potrjene, se vlogi medpomnilnikov zamenjata. Kar je bilo v medpomnilniku B, postane viden UI (medpomnilnik A), prejšnji medpomnilnik A pa se lahko počisti ali ponovno uporabi za naslednjo posodobitev (postane novi medpomnilnik B).

Ta zamenjava zagotavlja, da uporabnik vedno komunicira s stabilnim, vidnim uporabniškim vmesnikom. Potencialno časovno potratno delo priprave naslednjega stanja se dogaja v ozadju, nevidno uporabniku.

Zamenjava dreves komponent v React Fiber

React Fiber uporablja to načelo dvojnega medpomnjenja za svoja drevesa komponent. Namesto neposrednega spreminjanja živega DOM-a, Fiber deluje z dvema različicama drevesa komponent:

• Trenutno drevo (Current Tree): To predstavlja dejanske elemente DOM, ki so trenutno upodobljeni in vidni uporabniku.
• Drevo v delu (Work-in-Progress - WIP Tree): To je nova, v pomnilniku shranjena predstavitev drevesa komponent, ki jo React gradi z najnovejšimi posodobitvami (spremembe stanja, posodobitve lastnosti itd.).

Zamenjava dreves komponent v Fiberju deluje takole:

1. Sprožitev posodobitve

Ko se stanje ali lastnosti komponente spremenijo, razporejevalnik React Fiber prejme to posodobitev. Nato začne postopek ustvarjanja drevesa v delu (Work-in-Progress Tree). To drevo je zrcalna slika trenutne strukture komponent, vendar z že vključenimi predvidenimi spremembami v vozliščih navideznega DOM-a.

2. Postopno delo in prekinitev

Ključno je, da Fiber ne zgradi nujno celotnega drevesa v delu naenkrat. Razporejevalnik lahko delo prečkanja drevesa komponent in ustvarjanja novih vozlišč navideznega DOM-a razdeli na manjše enote. Če mora brskalnik obravnavati nujen dogodek (kot je klik uporabnika ali povratni klic `requestAnimationFrame`), lahko Fiber zaustavi ustvarjanje drevesa v delu, dovoli brskalniku, da opravi svoje naloge, in nato nadaljuje z gradnjo drevesa v delu kasneje. To je bistvo sočasnosti in neblokiranja.

3. Potrditev sprememb (zamenjava)

Ko je celotno drevo v delu uspešno zgrajeno in so vsi potrebni izračuni (kot je klicanje `render()` na komponentah) opravljeni, je Fiber pripravljen potrditi te spremembe v dejanski DOM. Tu se resnično pokaže 'dvojno medpomnjenje' ali 'zamenjava':

• Fiber izvede minimalne potrebne mutacije DOM-a, da se dejanski DOM ujema z novo dokončanim drevesom v delu.
• Trenutno drevo (ki je bilo prej živi DOM) se dejansko zamenja z novim drevesom. Interno Fiber upravlja kazalce na ta drevesa. Ko je potrditev končana, novo drevo v delu postane 'trenutno' drevo, staro 'trenutno' drevo pa se lahko zavrže ali postane osnova za *naslednje* drevo v delu.

Ključno je, da so mutacije DOM-a združene in učinkovito uporabljene šele, ko je celotno drevo v delu pripravljeno. To zagotavlja, da uporabnik nikoli ne vidi vmesnega, nepopolnega stanja uporabniškega vmesnika.

Primer za ponazoritev: preprost števec

Poglejmo si preprosto komponento števca, ki poveča svojo vrednost ob kliku na gumb:

Začetno stanje:

            <CountDisplay count={0} />
<IncrementButton onClick={incrementCount} />

            

              
                Copy
              
            
          

Ko je gumb IncrementButton kliknjen:

1. Posodobitev za stanje count se uvrsti v čakalno vrsto.
2. Fiber začne graditi drevo v delu (WIP). Morda ponovno upodobi komponento CountDisplay z count={1} in potencialno komponento IncrementButton, če so bile njene lastnosti ali stanje prizadete (čeprav v tem preprostem primeru morda ne bo ponovnega upodabljanja).
3. Če je posodobitev hitra, lahko Fiber dokonča drevo v delu in ga takoj potrdi. DOM se posodobi in uporabnik vidi 1.
4. Ključno za sočasnost: Predstavljajte si, da uporabnik pred potrditvijo hitro drsi po strani. Razporejevalnik Fiberja bi prepoznal dogodek drsenja kot višjo prioriteto. Zaustavil bi delo na drevesu v delu za posodobitev števca, obravnaval dogodek drsenja (dovolil brskalniku, da posodobi položaje drsenja itd.) in nato nadaljeval z gradnjo drevesa v delu za posodobitev števca. Uporabnik doživi gladko drsenje *in* na koncu vidi posodobljen števec, ne da bi posodobitev števca blokirala drsenje.
5. Ko je drevo v delu za posodobitev števca v celoti zgrajeno in potrjeno, se DOM posodobi, da prikaže 1.

Ta zmožnost zaustavitve in nadaljevanja dela je tisto, kar omogoča Fiberju upravljanje zapletenih posodobitev brez zamrznitve uporabniškega vmesnika, kar koristi uporabnikom v vseh tehnoloških kontekstih.

Prednosti Fiberjevega pristopa z dvojnim medpomnjenjem

Uporaba načel dvojnega medpomnjenja z zamenjavo dreves komponent v React Fiber prinaša več pomembnih prednosti:

• Neblokirajoč uporabniški vmesnik: Najpomembnejša prednost. S pripravo posodobitev v ločenem drevesu in zamenjavo šele, ko so pripravljene, ostane glavna nit prosta za obravnavo uporabniških interakcij, animacij in drugih ključnih nalog brskalnika. To vodi do zaznavno bolj gladke in odzivne aplikacije, kar je univerzalna želja uporabnikov po vsem svetu.
• Izboljšana zaznana zmogljivost: Tudi če zapletena posodobitev zahteva čas za izračun, uporabnik ne doživi zamrznjenega vmesnika. Lahko nadaljuje z interakcijo, posodobitev pa se prikaže, ko je pripravljena, zaradi česar se aplikacija zdi hitrejša.
• Prioritizacija posodobitev: Razporejevalnik Fiberja lahko da prednost določenim posodobitvam pred drugimi. Na primer, vnos uporabnika pri tipkanju ima lahko prednost pred posodobitvijo podatkov v ozadju. Ta natančen nadzor omogoča bolj inteligentno dodeljevanje virov za upodabljanje.
• Učinkovite posodobitve DOM-a: Fiber izračuna natančne mutacije DOM-a, potrebne za primerjavo starega in novega drevesa. Ta algoritem za primerjavo (diffing), v kombinaciji z zmožnostjo združevanja posodobitev, zmanjšuje neposredno manipulacijo DOM-a, ki je zgodovinsko draga operacija.
• Temelj za sočasne funkcije: Dvojno medpomnjenje in struktura drevesa v delu sta temelj, na katerem so zgrajene druge sočasne funkcije v Reactu, kot sta useDeferredValue in useTransition. Ti kavlji (hooks) omogočajo razvijalcem, da izrecno upravljajo prioritizacijo posodobitev in uporabnikom zagotavljajo vizualne povratne informacije med obdelavo v ozadju.

Globalni vidiki in internacionalizacija

Pri razpravi o zmogljivosti in posodobitvah uporabniškega vmesnika je ključno upoštevati raznoliko globalno okolje:

• Različne hitrosti omrežja: Uporabniki v regijah z visoko hitrostjo interneta bodo imeli manj dramatične koristi od optimizacij Fiberja v primerjavi s tistimi na območjih s počasnejšimi, manj zanesljivimi povezavami. Vendar pa načelo preprečevanja blokiranja ostaja ključno povsod.
• Raznolikost naprav: Optimizacije zmogljivosti so morda še pomembnejše za uporabnike na starejših ali manj zmogljivih napravah, ki so pogoste v mnogih razvijajočih se gospodarstvih. Sposobnost Fiberja, da razdeli delo in se izogne blokiranju, je pomemben izenačevalnik.
• Pričakovanja uporabnikov: Medtem ko se zmogljivosti omrežja in naprav razlikujejo, je pričakovanje odzivnega uporabniškega vmesnika univerzalno. Počasna aplikacija, ne glede na njen izvor, vodi do slabe uporabniške izkušnje.
• Časovni pasovi in obremenitev: Aplikacije, ki služijo globalnemu občinstvu, doživljajo vrhunce uporabe v različnih časovnih pasovih. Učinkovito upodabljanje zagotavlja, da aplikacija ostane zmogljiva tudi pod težko, porazdeljeno obremenitvijo.

Arhitektura React Fiber je zasnovana tako, da naslavlja te globalne izzive z zagotavljanjem, da aplikacija ostane odzivna, ne glede na specifično okolje uporabnika.

Praktični vpogledi za razvijalce

Čeprav React Fiber večino zapletenosti obravnava v ozadju, razumevanje njegovih mehanizmov omogoča razvijalcem, da pišejo bolj učinkovito kodo in izkoristijo njegove napredne funkcije:

• Izogibajte se dragim izračunom v `render()`: Tudi s Fiberjem lahko vstavljanje računsko intenzivnih nalog neposredno v metodo `render()` še vedno upočasni ustvarjanje drevesa v delu. Raje uporabite `useMemo` ali takšno logiko premaknite izven upodabljanja, kjer je to primerno.
• Razumejte posodobitve stanja: Zavedajte se, kako posodobitve stanja sprožijo ponovno upodabljanje. Združevanje posodobitev, ko je to mogoče (npr. z več klici `setState` v obravnavalniku dogodkov), Fiber učinkovito obravnava.
• Izkoristite `useTransition` in `useDeferredValue`: Za scenarije, kjer je mogoče posodobitve odložiti (kot je filtriranje velikega seznama na podlagi vnosa uporabnika), sta `useTransition` in `useDeferredValue` neprecenljiva. Omogočata vam, da Reactu poveste, da je posodobitev manj nujna, s čimer preprečite blokiranje bolj kritičnih interakcij. Tu neposredno izkoristite načela dvojnega medpomnjenja za upravljanje uporabniške izkušnje.
  
  Primer: Uporaba `useDeferredValue` za iskalno polje:

              import React, { useState, useDeferredValue } from 'react';
  
  function SearchComponent() {
    const [query, setQuery] = useState('');
    const deferredQuery = useDeferredValue(query);
  
    const handleChange = (event) => {
      setQuery(event.target.value);
    };
  
    // In a real app, deferredQuery would be used to filter a list,
    // which might be computationally expensive.
    // The UI remains responsive to typing (updating query)
    // while the potentially slow filtering based on deferredQuery happens in the background.
  
    return (
      <div>
        <input type="text" value={query} onChange={handleChange} placeholder="Search..." />
        <p>Searching for: {deferredQuery}</p>
        {/* Render search results based on deferredQuery */}
      </div>
    );
  }
  
              
  
                
                  Copy
                
              
            

• Profilirajte svojo aplikacijo: Uporabite React DevTools Profiler za prepoznavanje ozkih grl v zmogljivosti. Poiščite dolge, sinhrone naloge upodabljanja in poglejte, kako jih obravnava razporejevalnik Fiberja.
• Zavedajte se upodabljanja v brskalniku: Fiber nadzoruje izvajanje JavaScripta, vendar mora dejanske posodobitve DOM-a še vedno izrisati brskalnik. Zapleten CSS ali preračunavanje postavitve lahko še vedno povzroči težave z zmogljivostjo. Zagotovite, da je vaš CSS optimiziran.

Prihodnost upodabljanja

Napredki React Fiberja v sočasnosti in njegova uporaba tehnik, kot je dvojno medpomnjenje za zamenjavo dreves komponent, niso le postopne izboljšave; predstavljajo temeljni premik v načinu gradnje aplikacij. Ta arhitektura postavlja temelje za še bolj sofisticirane funkcije v prihodnosti, s čimer še naprej premika meje mogočega v spletnih uporabniških vmesnikih.

Za razvijalce, ki si prizadevajo graditi visoko zmogljive, globalno dostopne aplikacije, trdno razumevanje mehanizmov upodabljanja React Fiber ni več neobvezno, temveč bistveno. S sprejetjem teh načel lahko ustvarite uporabniške izkušnje, ki niso le vizualno privlačne, ampak tudi izjemno tekoče in odzivne, kar navdušuje uporabnike, kjerkoli na svetu so.

Zaključek

Dvojno medpomnjenje v React Fiber, implementirano z elegantnim konceptom zamenjve dreves komponent, je temelj njegove zgodbe o zmogljivosti in sočasnosti. Z vzdrževanjem ločenih trenutnih dreves in dreves v delu ter z omogočanjem prekinitve in nadaljevanja dela upodabljanja, Fiber zagotavlja, da glavna nit ostane neblokirana, kar vodi do bistveno izboljšane uporabniške izkušnje. Ta arhitekturna inovacija je ključna za gradnjo sodobnih, odzivnih spletnih aplikacij, ki izpolnjujejo visoka pričakovanja globalne baze uporabnikov.

Ko boste nadaljevali z razvojem v Reactu, se spomnite moči teh osnovnih mehanizmov. Zasnovani so tako, da se vaše aplikacije zdijo hitrejše, bolj gladke in zanesljivejše, kar na koncu vodi do večjega zadovoljstva uporabnikov v različnih okoljih in na različnih napravah.