React Concurrent Rendering: Frigör prestanda med Fiber-arkitektur och analys av arbetsloopen

React, en dominerande kraft inom front-end-utveckling, har kontinuerligt utvecklats för att möta kraven från alltmer komplexa och interaktiva användargränssnitt. En av de mest betydande framstegen i denna utveckling är Concurrent Rendering (samtidig rendering), introducerad med React 16. Detta paradigmskifte förändrade grundläggande hur React hanterar uppdateringar och renderar komponenter, vilket frigör betydande prestandaförbättringar och möjliggör mer responsiva användarupplevelser. Denna artikel fördjupar sig i kärnkoncepten för Concurrent Rendering, utforskar Fiber-arkitekturen och arbetsloopen, och ger insikter i hur dessa mekanismer bidrar till smidigare, mer effektiva React-applikationer.

Förstå behovet av samtidig rendering

Före Concurrent Rendering arbetade React på ett synkront sätt. När en uppdatering inträffade (t.ex. tillståndsändring, prop-uppdatering), började React rendera hela komponentträdet i en enda, oavbruten operation. Denna synkrona rendering kunde leda till prestandaproblem, särskilt vid hantering av stora komponentträd eller beräkningsmässigt dyra operationer. Under dessa renderingsperioder blev webbläsaren oresponsiv, vilket ledde till en hackig och frustrerande användarupplevelse. Detta kallas ofta för "blockering av huvudtråden".

Föreställ dig ett scenario där en användare skriver i ett textfält. Om komponenten som ansvarar för att visa den inskrivna texten är en del av ett stort, komplext komponentträd, kan varje tangenttryckning utlösa en omrendering som blockerar huvudtråden. Detta skulle resultera i märkbar fördröjning och en dålig användarupplevelse.

Concurrent Rendering åtgärdar detta problem genom att låta React dela upp renderinguppgifter i mindre, hanterbara arbetsenheter. Dessa enheter kan prioriteras, pausas och återupptas vid behov, vilket gör att React kan varva renderinguppgifter med andra webbläsaroperationer, som att hantera användarinput eller nätverksförfrågningar. Detta tillvägagångssätt förhindrar att huvudtråden blockeras under längre perioder, vilket resulterar i en mer responsiv och flytande användarupplevelse. Tänk på det som multitasking för Reacts renderingsprocess.

Introduktion till Fiber-arkitekturen

Kärnan i Concurrent Rendering är Fiber-arkitekturen. Fiber representerar en komplett nyimplementering av Reacts interna avstämningsalgoritm. Till skillnad från den tidigare synkrona avstämningsprocessen introducerar Fiber ett mer sofistikerat och detaljerat tillvägagångssätt för att hantera uppdateringar och rendera komponenter.

Vad är en Fiber?

En Fiber kan konceptuellt förstås som en virtuell representation av en komponentinstans. Varje komponent i din React-applikation är associerad med en motsvarande Fiber-nod. Dessa Fiber-noder bildar en trädstruktur som speglar komponentträdet. Varje Fiber-nod innehåller information om komponenten, dess props, dess barn och dess nuvarande tillstånd. Viktigt är att den också innehåller information om det arbete som behöver göras för den komponenten.

Viktiga egenskaper hos en Fiber-nod inkluderar:

• type: Komponenttypen (t.ex. div, MyComponent).
• key: Den unika nyckeln som tilldelats komponenten (används för effektiv avstämning).
• props: De props som skickas till komponenten.
• child: En pekare till Fiber-noden som representerar komponentens första barn.
• sibling: En pekare till Fiber-noden som representerar komponentens nästa syskon.
• return: En pekare till Fiber-noden som representerar komponentens förälder.
• stateNode: En referens till den faktiska komponentinstansen (t.ex. en DOM-nod för värdkomponenter, en klasskomponentinstans).
• alternate: En pekare till Fiber-noden som representerar den tidigare versionen av komponenten.
• effectTag: En flagga som indikerar vilken typ av uppdatering som krävs för komponenten (t.ex. placering, uppdatering, radering).

Fiber-trädet

Fiber-trädet är en beständig datastruktur som representerar det nuvarande tillståndet för applikationens användargränssnitt. När en uppdatering inträffar, skapar React ett nytt Fiber-träd i bakgrunden, som representerar det önskade tillståndet för användargränssnittet efter uppdateringen. Detta nya träd kallas "work-in-progress"-trädet. När "work-in-progress"-trädet är klart, byter React ut det mot det nuvarande trädet, vilket gör ändringarna synliga för användaren.

Detta dubbelträd-tillvägagångssätt gör det möjligt för React att utföra renderingsuppdateringar på ett icke-blockerande sätt. Det nuvarande trädet förblir synligt för användaren medan "work-in-progress"-trädet byggs i bakgrunden. Detta förhindrar att användargränssnittet fryser eller blir oresponsivt under uppdateringar.

Fördelar med Fiber-arkitekturen

• Avbrytbar rendering: Fiber gör det möjligt för React att pausa och återuppta renderingsuppgifter, vilket gör att den kan prioritera användarinteraktioner och förhindra att huvudtråden blockeras.
• Inkrementell rendering: Fiber gör det möjligt för React att bryta ner renderingsuppdateringar i mindre arbetsenheter, som kan bearbetas stegvis över tid.
• Prioritering: Fiber gör det möjligt för React att prioritera olika typer av uppdateringar, vilket säkerställer att kritiska uppdateringar (t.ex. användarinmatning) bearbetas före mindre viktiga uppdateringar (t.ex. bakgrundsdatahämtning).
• Förbättrad felhantering: Fiber gör det lättare att hantera fel under rendering, eftersom den tillåter React att återgå till ett tidigare stabilt tillstånd om ett fel inträffar.

Arbetsloopen: Hur Fiber möjliggör samtidighet

Arbetsloopen är motorn som driver Concurrent Rendering. Det är en rekursiv funktion som traverserar Fiber-trädet, utför arbete på varje Fiber-nod och uppdaterar användargränssnittet stegvis. Arbetsloopen ansvarar för följande uppgifter:

• Välja nästa Fiber att bearbeta.
• Utföra arbete på Fibern (t.ex. beräkna det nya tillståndet, jämföra props, rendera komponenten).
• Uppdatera Fiber-trädet med resultaten av arbetet.
• Schemalägga mer arbete att utföra.

Faser i arbetsloopen

Arbetsloopen består av två huvudfaser:

1. Renderfasen (även känd som avstämningsfasen): Denna fas ansvarar för att bygga "work-in-progress" Fiber-trädet. Under denna fas traverserar React Fiber-trädet, jämför det nuvarande trädet med det önskade tillståndet och bestämmer vilka ändringar som behöver göras. Denna fas är asynkron och avbrytbar. Den bestämmer vad behöver ändras i DOM.
2. Commit-fasen: Denna fas ansvarar för att tillämpa ändringarna på det faktiska DOM. Under denna fas uppdaterar React DOM-noderna, lägger till nya noder och tar bort gamla noder. Denna fas är synkron och icke-avbrytbar. Den faktiskt ändrar DOM.

Hur arbetsloopen möjliggör samtidighet

Nyckeln till Concurrent Rendering ligger i att Renderfasen är asynkron och avbrytbar. Detta innebär att React kan pausa Renderfasen när som helst för att låta webbläsaren hantera andra uppgifter, som användarinmatning eller nätverksförfrågningar. När webbläsaren är ledig kan React återuppta Renderfasen där den slutade.

Denna förmåga att pausa och återuppta Renderfasen gör det möjligt för React att varva renderingsuppgifter med andra webbläsaroperationer, vilket förhindrar att huvudtråden blockeras och säkerställer en mer responsiv användarupplevelse. Commit-fasen måste å andra sidan vara synkron för att säkerställa konsekvens i användargränssnittet. Dock är Commit-fasen typiskt mycket snabbare än Renderfasen, så den orsakar vanligtvis inte prestandaproblem.

Prioritering i arbetsloopen

React använder en prioriteringsbaserad schemaläggningsalgoritm för att bestämma vilka Fiber-noder som ska bearbetas först. Denna algoritm tilldelar en prioritetsnivå till varje uppdatering baserat på dess vikt. Till exempel tilldelas uppdateringar som utlöses av användarinmatning vanligtvis en högre prioritet än uppdateringar som utlöses av bakgrundsdatahämtning.

Arbetsloopen bearbetar alltid Fiber-noder med högst prioritet först. Detta säkerställer att kritiska uppdateringar bearbetas snabbt, vilket ger en responsiv användarupplevelse. Mindre viktiga uppdateringar bearbetas i bakgrunden när webbläsaren är ledig.

Detta prioriteringssystem är avgörande för att upprätthålla en smidig användarupplevelse, särskilt i komplexa applikationer med många samtidiga uppdateringar. Tänk på ett scenario där en användare skriver i en sökfält medan applikationen samtidigt hämtar och visar en lista med föreslagna söktermer. Uppdateringarna relaterade till användarens skrivande bör prioriteras för att säkerställa att textfältet förblir responsivt, medan uppdateringarna relaterade till de föreslagna söktermerna kan bearbetas i bakgrunden.

Praktiska exempel på Concurrent Rendering i aktion

Låt oss undersöka några praktiska exempel på hur Concurrent Rendering kan förbättra prestandan och användarupplevelsen i React-applikationer.

1. Debouncing av användarinmatning

Tänk på en sökfält som visar sökresultat när användaren skriver. Utan Concurrent Rendering kan varje tangenttryckning utlösa en omrendering av hela sökresultatslistan, vilket leder till prestandaproblem och en hackig användarupplevelse.

Med Concurrent Rendering kan vi använda debouncing för att fördröja renderingen av sökresultaten tills användaren har slutat skriva under en kort period. Detta gör att React kan prioritera användarens inmatning och förhindra att användargränssnittet blir oresponsivt.

Här är ett förenklat exempel:

import React, { useState, useCallback } from 'react';

function SearchBar() {
 const [searchTerm, setSearchTerm] = useState('');

 const debouncedSearch = useCallback(
 debounce((value) => {
 // Perform search logic here
 console.log('Searching for:', value);
 }, 300),
 []
 );

 const handleChange = (event) => {
 const value = event.target.value;
 setSearchTerm(value);
 debouncedSearch(value);
 };

 return (
 
 );
}

// Debounce function
function debounce(func, delay) {
 let timeout;
 return function(...args) {
 const context = this;
 clearTimeout(timeout);
 timeout = setTimeout(() => func.apply(context, args), delay);
 };
}

export default SearchBar;

I detta exempel fördröjer debounce-funktionen exekveringen av söklogiken tills användaren har slutat skriva i 300 millisekunder. Detta säkerställer att sökresultaten endast renderas när det är nödvändigt, vilket förbättrar applikationens prestanda.

2. Latladdning av bilder

Att ladda stora bilder kan avsevärt påverka den initiala laddningstiden för en webbsida. Med Concurrent Rendering kan vi använda latladdning (lazy loading) för att skjuta upp laddningen av bilder tills de är synliga i visningsfönstret.

Denna teknik kan avsevärt förbättra den upplevda prestandan för applikationen, eftersom användaren inte behöver vänta på att alla bilder ska laddas innan de kan börja interagera med sidan.

Här är ett förenklat exempel med hjälp av biblioteket react-lazyload:

import React from 'react';
import LazyLoad from 'react-lazyload';

function ImageComponent({ src, alt }) {
 return (
 Loading...
>>
 
 
 );
}

export default ImageComponent;

I detta exempel fördröjer LazyLoad-komponenten laddningen av bilden tills den är synlig i visningsfönstret. placeholder-propen låter oss visa en laddningsindikator medan bilden laddas.

3. Suspense för datahämtning

React Suspense låter dig "avbryta" renderingen av en komponent medan du väntar på att data ska laddas. Detta är särskilt användbart för scenarier med datahämtning, där du vill visa en laddningsindikator medan du väntar på data från ett API.

Suspense integreras sömlöst med Concurrent Rendering, vilket gör att React kan prioritera laddningen av data och förhindra att användargränssnittet blir oresponsivt.

Här är ett förenklat exempel:

import React, { Suspense } from 'react';

// A fake data fetching function that returns a Promise
const fetchData = () => {
 return new Promise(resolve => {
 setTimeout(() => {
 resolve({ data: 'Data loaded!' });
 }, 2000);
 });
};

// A React component that uses Suspense
function MyComponent() {
 const resource = fetchData();
 return (
 Loading...