Samtidig rendering i React: Förstå och motverka frame dropping för optimal prestanda

Reacts samtidiga rendering är en kraftfull funktion utformad för att förbättra responsiviteten och den upplevda prestandan i webbapplikationer. Den låter React arbeta med flera uppgifter samtidigt utan att blockera huvudtråden, vilket leder till smidigare användargränssnitt. Men även med samtidig rendering kan applikationer fortfarande drabbas av frame dropping (tappade bildrutor), vilket resulterar i ryckiga animationer, fördröjda interaktioner och en allmänt dålig användarupplevelse. Den här artikeln fördjupar sig i detaljerna kring Reacts samtidiga rendering, utforskar orsakerna till frame dropping och ger praktiska strategier för att identifiera och åtgärda dessa problem, för att säkerställa optimal prestanda för en global publik.

Förstå samtidig rendering i React

Traditionell React-rendering fungerar synkront, vilket innebär att när en komponent behöver uppdateras blockerar hela renderingsprocessen huvudtråden tills den är klar. Detta kan leda till fördröjningar och bristande responsivitet, särskilt i komplexa applikationer med stora komponentträd. Samtidig rendering, som introducerades i React 18, erbjuder ett mer effektivt tillvägagångssätt genom att låta React dela upp renderingen i mindre, avbrytbara uppgifter.

Nyckelkoncept

• Tidsdelning (Time Slicing): React kan dela upp renderingsarbetet i mindre delar och lämna tillbaka kontrollen till webbläsaren efter varje del. Detta gör att webbläsaren kan hantera andra uppgifter, som användarinmatning och animationsuppdateringar, och förhindrar att gränssnittet fryser.
• Avbrott (Interruptions): React kan avbryta en pågående renderingsprocess om en uppgift med högre prioritet, som en användarinteraktion, behöver hanteras. Detta säkerställer att applikationen förblir responsiv på användarens handlingar.
• Suspense: Suspense låter komponenter "pausa" renderingen medan de väntar på att data ska laddas. React kan då visa ett fallback-gränssnitt, som en laddningsindikator, tills datan är tillgänglig. Detta förhindrar att gränssnittet blockeras i väntan på data, vilket förbättrar den upplevda prestandan.
• Övergångar (Transitions): Övergångar låter utvecklare markera vissa uppdateringar som mindre brådskande. React kommer att prioritera brådskande uppdateringar (som direkta användarinteraktioner) över övergångar, vilket säkerställer att appen förblir responsiv.

Dessa funktioner bidrar tillsammans till en mer flytande och responsiv användarupplevelse, särskilt i applikationer med frekventa uppdateringar och komplexa gränssnitt.

Vad är frame dropping?

Frame dropping inträffar när webbläsaren inte kan rendera bildrutor i den önskade bildfrekvensen, vanligtvis 60 bilder per sekund (FPS) eller högre. Detta resulterar i synliga hack, fördröjningar och en allmänt störande användarupplevelse. Varje bildruta representerar en ögonblicksbild av gränssnittet vid en viss tidpunkt. Om webbläsaren inte kan uppdatera skärmen tillräckligt snabbt hoppar den över bildrutor, vilket leder till dessa visuella brister.

En målbildfrekvens på 60 FPS motsvarar en renderingsbudget på cirka 16,67 millisekunder per bildruta. Om webbläsaren tar längre tid än så att rendera en bildruta, tappas en bildruta.

Orsaker till frame dropping i React-applikationer

Flera faktorer kan bidra till frame dropping i React-applikationer, även när man använder samtidig rendering:

• Komplexa komponentuppdateringar: Stora och komplexa komponentträd kan ta betydande tid att rendera, vilket överskrider den tillgängliga bildrutabudgeten.
• Kostnadskrävande beräkningar: Att utföra beräkningsintensiva uppgifter, som komplexa datatransformationer eller bildbehandling, inom renderingsprocessen kan blockera huvudtråden.
• Ooptimerad DOM-manipulation: Frekvent eller ineffektiv DOM-manipulation kan vara en prestandaflaskhals. Att direkt manipulera DOM utanför Reacts renderingscykel kan också leda till inkonsekvenser och prestandaproblem.
• Överdrivna omrenderingar: Onödiga omrenderingar av komponenter kan utlösa ytterligare renderingsarbete, vilket ökar risken för frame dropping. Detta orsakas ofta av felaktig användning av `React.memo`, `useMemo`, `useCallback` eller felaktiga beroendearrayer i `useEffect`-hooks.
• Långvariga uppgifter på huvudtråden: JavaScript-kod som blockerar huvudtråden under längre perioder, som nätverksanrop eller synkrona operationer, kan göra att webbläsaren missar bildrutor.
• Tredjepartsbibliotek: Ineffektiva eller dåligt optimerade tredjepartsbibliotek kan introducera prestandaflaskhalsar och bidra till frame dropping.
• Webbläsarbegränsningar: Vissa webbläsarfunktioner eller begränsningar, som ineffektiv skräpsamling (garbage collection) eller långsamma CSS-beräkningar, kan också påverka renderingsprestandan. Detta kan variera mellan olika webbläsare och enheter.
• Enhetsbegränsningar: Applikationer kan fungera perfekt på högpresterande enheter men drabbas av frame drops på äldre eller mindre kraftfulla enheter. Överväg att optimera för ett spektrum av enhetskapaciteter.

Identifiera frame dropping: Verktyg och tekniker

Det första steget för att åtgärda frame dropping är att identifiera dess närvaro och förstå dess grundorsaker. Flera verktyg och tekniker kan hjälpa till med detta:

React Profiler

React Profiler, som finns i React DevTools, är ett kraftfullt verktyg för att analysera prestandan hos React-komponenter. Det låter dig spela in renderingsprestanda och identifiera komponenter som tar längst tid att rendera.

Använda React Profiler:

1. Öppna React DevTools i din webbläsare.
2. Välj fliken "Profiler".
3. Klicka på knappen "Record" för att starta profileringen.
4. Interagera med din applikation för att utlösa den renderingsprocess du vill analysera.
5. Klicka på knappen "Stop" för att stoppa profileringen.
6. Analysera den inspelade datan för att identifiera prestandaflaskhalsar. Var uppmärksam på "ranked"- och "flamegraph"-vyerna.

Webbläsarens utvecklarverktyg

Webbläsarens utvecklarverktyg erbjuder olika funktioner för att analysera webbprestanda, inklusive:

• Fliken Performance: Fliken Performance låter dig spela in en tidslinje av webbläsarens aktivitet, inklusive rendering, skriptkörning och nätverksanrop. Detta hjälper till att identifiera långvariga uppgifter och prestandaflaskhalsar utanför React självt.
• Bildrutor per sekund (FPS)-mätare: FPS-mätaren ger en realtidsindikation av bildfrekvensen. En sänkning av FPS indikerar potentiell frame dropping.
• Fliken Rendering: Fliken Rendering (i Chrome DevTools) låter dig markera områden på skärmen som ritas om, identifiera layoutförskjutningar och upptäcka andra renderingsrelaterade prestandaproblem. Funktioner som "Paint flashing" och "Layout Shift Regions" kan vara mycket hjälpsamma.

Verktyg för prestandaövervakning

Flera tredjepartsverktyg för prestandaövervakning kan ge insikter om din applikations prestanda i verkliga scenarier. Dessa verktyg erbjuder ofta funktioner som:

• Real User Monitoring (RUM): Samla in prestandadata från faktiska användare, vilket ger en mer exakt representation av användarupplevelsen.
• Felspårning: Identifiera och spåra JavaScript-fel som kan påverka prestandan.
• Prestandavarningar: Ställ in varningar för att bli meddelad när prestandamått överskrider fördefinierade trösklar.

Exempel på verktyg för prestandaövervakning inkluderar New Relic, Sentry och Datadog.

Exempel: Använda React Profiler för att identifiera en flaskhals

Föreställ dig att du har en komplex komponent som renderar en stor lista med objekt. Användare rapporterar att det känns ryckigt och inte responsivt att skrolla genom listan.

1. Använd React Profiler för att spela in en session medan du skrollar genom listan.
2. Analysera det rankade diagrammet i Profiler. Du märker att en specifik komponent, `ListItem`, konsekvent tar lång tid att rendera för varje objekt i listan.
3. Inspektera `ListItem`-komponentens kod. Du upptäcker att den utför en beräkningsintensiv kalkyl vid varje rendering, även om datan inte har förändrats.

Denna analys pekar dig mot ett specifikt område i din kod som behöver optimeras. I det här fallet kan du använda `useMemo` för att memorera den kostsamma beräkningen och förhindra att den körs i onödan.

Strategier för att motverka frame dropping

När du har identifierat orsakerna till frame dropping kan du implementera olika strategier för att mildra dessa problem och förbättra prestandan:

1. Optimera komponentuppdateringar

• Memoisering: Använd `React.memo`, `useMemo` och `useCallback` för att förhindra onödiga omrenderingar av komponenter och kostsamma beräkningar. Se till att dina beroendearrayer är korrekt specificerade för att undvika oväntat beteende.
• Virtualisering: För stora listor eller tabeller, använd virtualiseringsbibliotek som `react-window` eller `react-virtualized` för att endast rendera de synliga objekten. Detta minskar avsevärt mängden DOM-manipulation som krävs.
• Kodsdelning (Code Splitting): Dela upp din applikation i mindre delar som kan laddas vid behov. Detta minskar den initiala laddningstiden och förbättrar applikationens responsivitet. Använd React.lazy och Suspense för kodsdelning på komponentnivå, och verktyg som Webpack eller Parcel för ruttbaserad kodsdelning.
• Oföränderlighet (Immutability): Använd oföränderliga datastrukturer för att undvika oavsiktliga mutationer som kan utlösa onödiga omrenderingar. Bibliotek som Immer kan hjälpa till att förenkla arbetet med oföränderlig data.

2. Minska kostsamma beräkningar

• Debouncing och Throttling: Använd debouncing och throttling för att begränsa frekvensen av kostsamma operationer, som händelsehanterare eller API-anrop. Detta förhindrar att applikationen överbelastas av frekventa uppdateringar.
• Web Workers: Flytta beräkningsintensiva uppgifter till Web Workers, som körs i en separat tråd och inte blockerar huvudtråden. Detta gör att gränssnittet förblir responsivt medan bakgrundsuppgifterna utförs.
• Cachelagring: Cachelagra data som används ofta för att undvika att beräkna om den vid varje rendering. Använd minnesinterna cacheminnen eller local storage för att lagra data som inte ändras ofta.

3. Optimera DOM-manipulation

• Minimera direkt DOM-manipulation: Undvik att direkt manipulera DOM utanför Reacts renderingscykel. Låt React hantera DOM-uppdateringar när det är möjligt för att säkerställa konsistens och effektivitet.
• Batch-uppdateringar: Använd `ReactDOM.flushSync` (använd sparsamt och försiktigt!) för att bunta ihop flera uppdateringar i en enda rendering. Detta kan förbättra prestandan när flera DOM-ändringar görs samtidigt.

4. Hantera långvariga uppgifter

• Asynkrona operationer: Använd asynkrona operationer, som `async/await` och Promises, för att undvika att blockera huvudtråden. Se till att nätverksanrop och andra I/O-operationer utförs asynkront.
• RequestAnimationFrame: Använd `requestAnimationFrame` för att schemalägga animationer och andra visuella uppdateringar. Detta säkerställer att uppdateringar synkroniseras med webbläsarens uppdateringsfrekvens, vilket leder till smidigare animationer.

5. Optimera tredjepartsbibliotek

• Välj bibliotek noggrant: Välj tredjepartsbibliotek som är väl optimerade och kända för sin prestanda. Undvik bibliotek som är uppblåsta eller har en historik av prestandaproblem.
• Lata in bibliotek (Lazy Load): Ladda tredjepartsbibliotek vid behov istället för att ladda alla från början. Detta minskar den initiala laddningstiden och förbättrar applikationens övergripande prestanda.
• Uppdatera bibliotek regelbundet: Håll dina tredjepartsbibliotek uppdaterade för att dra nytta av prestandaförbättringar och buggfixar.

6. Ta hänsyn till enhetskapacitet och nätverksförhållanden

• Adaptiv rendering: Implementera adaptiva renderingstekniker för att justera gränssnittets komplexitet baserat på enhetens kapacitet och nätverksförhållanden. Du kan till exempel minska upplösningen på bilder eller förenkla animationer på mindre kraftfulla enheter.
• Nätverksoptimering: Optimera din applikations nätverksanrop för att minska latens och förbättra laddningstider. Använd tekniker som Content Delivery Networks (CDN), bildoptimering och HTTP-cachelagring.
• Progressive Enhancement: Bygg din applikation med progressive enhancement i åtanke, och se till att den erbjuder en grundläggande funktionalitetsnivå även på äldre eller mindre kapabla enheter.

Exempel: Optimera en långsam listkomponent

Låt oss återgå till exemplet med en långsam listkomponent. Efter att ha identifierat `ListItem`-komponenten som en flaskhals kan du tillämpa följande optimeringar:

1. Memoisera `ListItem`-komponenten: Använd `React.memo` för att förhindra omrenderingar när objektets data inte har ändrats.
2. Memoisera den kostsamma beräkningen: Använd `useMemo` för att cachelagra resultatet av den kostsamma beräkningen.
3. Virtualisera listan: Använd `react-window` eller `react-virtualized` för att endast rendera de synliga objekten.

Genom att implementera dessa optimeringar kan du avsevärt förbättra prestandan hos listkomponenten och minska frame dropping.

Globala överväganden

När man optimerar React-applikationer för en global publik är det viktigt att ta hänsyn till faktorer som nätverkslatens, enhetskapacitet och språklokalisering.

• Nätverkslatens: Användare i olika delar av världen kan uppleva olika nätverkslatenser. Använd CDN:er för att distribuera din applikations tillgångar globalt och minska latensen.
• Enhetskapacitet: Användare kan komma åt din applikation från en mängd olika enheter, inklusive äldre smartphones och surfplattor med begränsad processorkraft. Optimera din applikation för ett brett spektrum av enhetskapaciteter.
• Språklokalisering: Se till att din applikation är korrekt lokaliserad för olika språk och regioner. Detta inkluderar att översätta text, formatera datum och siffror, och anpassa gränssnittet för att rymma olika skrivriktningar.

Sammanfattning

Frame dropping kan avsevärt påverka användarupplevelsen i React-applikationer. Genom att förstå orsakerna till frame dropping och implementera strategierna som beskrivs i denna artikel kan du optimera dina applikationer för smidig och responsiv prestanda, även med samtidig rendering. Att regelbundet profilera din applikation, övervaka prestandamått och anpassa dina optimeringsstrategier baserat på verklig data är avgörande för att bibehålla optimal prestanda över tid. Kom ihåg att ta hänsyn till den globala publiken och optimera för olika nätverksförhållanden och enhetskapaciteter.

Genom att fokusera på att optimera komponentuppdateringar, minska kostsamma beräkningar, optimera DOM-manipulation, hantera långvariga uppgifter, optimera tredjepartsbibliotek och ta hänsyn till enhetskapacitet och nätverksförhållanden kan du leverera en överlägsen användarupplevelse till användare över hela världen. Lycka till med optimeringen!