React Fiber-arkitektur: Förstå avstämningsprocessen

React har revolutionerat frontend-utveckling med sin komponentbaserade arkitektur och deklarativa programmeringsmodell. Kärnan i Reacts effektivitet är dess avstämningsprocess – mekanismen genom vilken React uppdaterar den faktiska DOM:en för att återspegla ändringar i komponentträdet. Denna process har genomgått en betydande utveckling, som kulminerat i Fiber-arkitekturen. Denna artikel ger en omfattande förståelse för React Fiber och dess inverkan på avstämningen.

Vad är avstämning?

Avstämning (reconciliation) är den algoritm som React använder för att jämföra den tidigare virtuella DOM:en med den nya virtuella DOM:en och avgöra den minimala uppsättningen ändringar som krävs för att uppdatera den faktiska DOM:en. Den virtuella DOM:en är en representation av UI:t i minnet. När en komponents tillstånd (state) ändras skapar React ett nytt virtuellt DOM-träd. Istället för att direkt manipulera den faktiska DOM:en, vilket är en långsam process, jämför React det nya virtuella DOM-trädet med det föregående och identifierar skillnaderna. Denna process kallas diffing.

Avstämningsprocessen styrs av två huvudantaganden:

Element av olika typer kommer att producera olika träd.
Utvecklaren kan antyda vilka barnelement som kan vara stabila över olika renderingar med en key-prop.

Traditionell avstämning (före Fiber)

I den ursprungliga implementeringen av React var avstämningsprocessen synkron och odelbar. Detta innebar att när React väl hade påbörjat processen med att jämföra den virtuella DOM:en och uppdatera den faktiska DOM:en, kunde den inte avbrytas. Detta kunde leda till prestandaproblem, särskilt i komplexa applikationer med stora komponentträd. Om en komponentuppdatering tog lång tid blev webbläsaren oresponsiv, vilket resulterade i en dålig användarupplevelse. Detta kallas ofta för "jank"-problemet.

Föreställ dig en komplex e-handelswebbplats som visar en produktkatalog. Om en användare interagerar med ett filter, vilket utlöser en ny rendering av katalogen, kan den synkrona avstämningsprocessen blockera huvudtråden, vilket gör gränssnittet oresponsivt tills hela katalogen har renderats på nytt. Detta kan ta flera sekunder och orsaka frustration för användaren.

Introduktion till React Fiber

React Fiber är en komplett omskrivning av Reacts avstämningsalgoritm, som introducerades i React 16. Dess primära mål är att förbättra responsiviteten och den upplevda prestandan hos React-applikationer, särskilt i komplexa scenarier. Fiber uppnår detta genom att bryta ner avstämningsprocessen i mindre, avbrytbara arbetsenheter.

Nyckelkoncepten bakom React Fiber är:

Fibers: En fiber är ett JavaScript-objekt som representerar en arbetsenhet. Den innehåller information om en komponent, dess indata och dess utdata. Varje React-komponent har en motsvarande fiber.
WorkLoop: En work loop är en loop som itererar genom fiber-trädet och utför det nödvändiga arbetet för varje fiber.
Schemaläggning: Schemaläggaren bestämmer när en arbetsenhet ska startas, pausas, återupptas eller överges baserat på prioritet.

Fördelar med Fiber-arkitekturen

Fiber-arkitekturen ger flera betydande fördelar:

Avbrytbar avstämning: Fiber gör det möjligt för React att pausa och återuppta avstämningsprocessen, vilket förhindrar att långvariga uppgifter blockerar huvudtråden. Detta säkerställer att gränssnittet förblir responsivt, även under komplexa uppdateringar.
Prioritetsbaserade uppdateringar: Fiber gör det möjligt för React att prioritera olika typer av uppdateringar. Till exempel kan användarinteraktioner, som att skriva eller klicka, ges högre prioritet än bakgrundsuppgifter, som datahämtning. Detta säkerställer att de viktigaste uppdateringarna behandlas först.
Asynkron rendering: Fiber gör det möjligt för React att utföra rendering asynkront. Det innebär att React kan börja rendera en komponent och sedan pausa för att låta webbläsaren hantera andra uppgifter, såsom användarinmatning eller animationer. Detta förbättrar applikationens övergripande prestanda och responsivitet.
Förbättrad felhantering: Fiber ger bättre felhantering under avstämningsprocessen. Om ett fel inträffar under renderingen kan React återhämta sig mer elegant och förhindra att hela applikationen kraschar.

Tänk på en samarbetsapplikation för dokumentredigering. Med Fiber kan redigeringar från olika användare behandlas med varierande prioritet. Realtidsskrivning från den aktuella användaren får högsta prioritet, vilket säkerställer omedelbar feedback. Uppdateringar från andra användare, eller automatisk bakgrundssparning, kan behandlas med lägre prioritet, vilket minimerar störningar i den aktiva användarens upplevelse.

Förstå Fiber-strukturen

Varje React-komponent representeras av en Fiber-nod. Fiber-noden innehåller information om komponentens typ, props, state och dess relationer till andra Fiber-noder i trädet. Här är några viktiga egenskaper hos en Fiber-nod:

type: Typen av komponent (t.ex. en funktionskomponent, en klasskomponent, ett DOM-element).
key: Den key-prop som skickas till komponenten.
props: De props som skickas till komponenten.
stateNode: Instansen av komponenten (för klasskomponenter) eller null (för funktionskomponenter).
child: En pekare till den första barn-Fiber-noden.
sibling: En pekare till nästa syskon-Fiber-nod.
return: En pekare till förälder-Fiber-noden.
alternate: En pekare till den Fiber-nod som representerar komponentens tidigare tillstånd.
effectTag: En flagga som indikerar vilken typ av uppdatering som behöver utföras på DOM:en.

Egenskapen alternate är särskilt viktig. Den gör det möjligt för React att hålla reda på komponentens föregående och nuvarande tillstånd. Under avstämningsprocessen jämför React den aktuella Fiber-noden med dess alternate för att avgöra vilka ändringar som behöver göras i DOM:en.

WorkLoop-algoritmen

Work loop är kärnan i Fiber-arkitekturen. Den ansvarar för att traversera fiber-trädet och utföra det nödvändiga arbetet för varje fiber. Work loop är implementerad som en rekursiv funktion som bearbetar fibrer en i taget.

Work loop består av två huvudfaser:

Renderingsfasen: Under renderingsfasen traverserar React fiber-trädet och bestämmer vilka ändringar som behöver göras i DOM:en. Denna fas är avbrytbar, vilket innebär att React kan pausa och återuppta den när som helst.
Commit-fasen: Under commit-fasen tillämpar React ändringarna på DOM:en. Denna fas är inte avbrytbar, vilket innebär att React måste slutföra den när den väl har börjat.

Renderingsfasen i detalj

Renderingsfasen kan delas in i ytterligare två underfaser:

beginWork: Funktionen beginWork ansvarar för att bearbeta den aktuella Fiber-noden och skapa barn-Fiber-noder. Den avgör om komponenten behöver uppdateras och skapar i så fall nya Fiber-noder för dess barn.
completeWork: Funktionen completeWork ansvarar för att bearbeta den aktuella Fiber-noden efter att dess barn har bearbetats. Den uppdaterar DOM:en och beräknar komponentens layout.

Funktionen beginWork utför följande uppgifter:

Kontrollerar om komponenten behöver uppdateras.
Om komponenten behöver uppdateras, jämför den nya props och state med de föregående props och state för att avgöra vilka ändringar som behöver göras.
Skapar nya Fiber-noder för komponentens barn.
Ställer in egenskapen effectTag på Fiber-noden för att indikera vilken typ av uppdatering som behöver utföras på DOM:en.

Funktionen completeWork utför följande uppgifter:

Uppdaterar DOM:en med de ändringar som bestämdes under beginWork-funktionen.
Beräknar komponentens layout.
Samlar in de sidoeffekter som behöver utföras efter commit-fasen.

Commit-fasen i detalj

Commit-fasen ansvarar för att tillämpa ändringarna på DOM:en. Denna fas är inte avbrytbar, vilket innebär att React måste slutföra den när den väl har börjat. Commit-fasen består av tre underfaser:

beforeMutation: Denna fas körs innan DOM:en muteras. Den används för att utföra uppgifter som att förbereda DOM:en för uppdateringarna.
mutation: I denna fas utförs de faktiska DOM-mutationerna. React uppdaterar DOM:en baserat på egenskapen effectTag hos Fiber-noderna.
layout: Denna fas körs efter att DOM:en har muterats. Den används för att utföra uppgifter som att uppdatera komponentens layout och köra livscykelmetoder.

Praktiska exempel och kodavsnitt

Låt oss illustrera Fiber-avstämningsprocessen med ett förenklat exempel. Tänk dig en komponent som visar en lista med objekt:

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

{item.name}

); } ```

När items-propen ändras måste React stämma av listan och uppdatera DOM:en därefter. Så här skulle Fiber hantera detta:

Renderingsfasen: Funktionen beginWork skulle jämföra den nya items-arrayen med den föregående items-arrayen. Den skulle identifiera vilka objekt som har lagts till, tagits bort eller uppdaterats.
Nya Fiber-noder skulle skapas för de tillagda objekten, och effectTag skulle ställas in för att indikera att dessa objekt behöver infogas i DOM:en.
Fiber-noder för de borttagna objekten skulle markeras för radering.
Fiber-noder för de uppdaterade objekten skulle uppdateras med den nya datan.
Commit-fasen: Commit-fasen skulle sedan tillämpa dessa ändringar på den faktiska DOM:en. De tillagda objekten skulle infogas, de borttagna objekten skulle raderas och de uppdaterade objekten skulle modifieras.

Användningen av key-propen är avgörande för en effektiv avstämning. Utan key-propen skulle React behöva rendera om hela listan varje gång items-arrayen ändras. Med key-propen kan React snabbt identifiera vilka objekt som har lagts till, tagits bort eller uppdaterats, och endast uppdatera dessa objekt.

Tänk dig till exempel ett scenario där ordningen på varor i en kundvagn ändras. Om varje vara har en unik key (t.ex. produkt-ID), kan React effektivt ändra ordningen på varorna i DOM:en utan att behöva rendera om dem helt. Detta förbättrar prestandan avsevärt, särskilt för stora listor.

Schemaläggning och prioritering

En av de viktigaste fördelarna med Fiber är dess förmåga att schemalägga och prioritera uppdateringar. React använder en schemaläggare för att bestämma när en arbetsenhet ska startas, pausas, återupptas eller överges baserat på dess prioritet. Detta gör att React kan prioritera användarinteraktioner och se till att gränssnittet förblir responsivt, även under komplexa uppdateringar.

React tillhandahåller flera API:er för att schemalägga uppdateringar med olika prioritet:

React.render: Schemalägger en uppdatering med standardprioritet.
ReactDOM.unstable_deferredUpdates: Schemalägger en uppdatering med lägre prioritet.
ReactDOM.unstable_runWithPriority: Låter dig explicit specificera prioriteten för en uppdatering.

Du kan till exempel använda ReactDOM.unstable_deferredUpdates för att schemalägga uppdateringar som inte är kritiska för användarupplevelsen, såsom analysspårning eller bakgrundsdatahämtning.

```javascript ReactDOM.unstable_deferredUpdates(() => { // Utför icke-kritiska uppdateringar här updateAnalyticsData(); }); ```

Felhantering med Fiber

Fiber ger förbättrad felhantering under avstämningsprocessen. När ett fel inträffar under renderingen kan React fånga felet och förhindra att hela applikationen kraschar. React använder felgränser (error boundaries) för att hantera fel på ett kontrollerat sätt.

En felgräns är en komponent som fångar JavaScript-fel var som helst i sitt underordnade komponentträd, loggar dessa fel och visar ett reserv-UI istället för det kraschade komponentträdet. Felgränser fångar fel under rendering, i livscykelmetoder och i konstruktorer för hela trädet under dem.

```javascript class ErrorBoundary extends React.Component { constructor(props) { super(props); this.state = { hasError: false }; } static getDerivedStateFromError(error) { // Uppdatera state så att nästa rendering visar reserv-UI:t. return { hasError: true }; } componentDidCatch(error, errorInfo) { // Du kan också logga felet till en felrapporteringstjänst logErrorToMyService(error, errorInfo); } render() { if (this.state.hasError) { // Du kan rendera vilket anpassat reserv-UI som helst return

Något gick fel.

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

Du kan använda felgränser för att omsluta vilken komponent som helst som kan kasta ett fel. Detta säkerställer att din applikation förblir stabil även om vissa komponenter misslyckas.

```javascript ```

Felsökning av Fiber

Att felsöka React-applikationer som använder Fiber kan vara utmanande, men det finns flera verktyg och tekniker som kan hjälpa. Webbläsartillägget React DevTools tillhandahåller en kraftfull uppsättning verktyg för att inspektera komponentträdet, profilera prestanda och felsöka fel.

React Profiler låter dig spela in prestandan för din applikation och identifiera flaskhalsar. Du kan använda Profiler för att se hur lång tid varje komponent tar att rendera och identifiera komponenter som orsakar prestandaproblem.

React DevTools tillhandahåller också en komponentträdsvy som låter dig inspektera props, state och Fiber-noden för varje komponent. Detta kan vara till hjälp för att förstå hur komponentträdet är strukturerat och hur avstämningsprocessen fungerar.

Slutsats

Reacts Fiber-arkitektur representerar en betydande förbättring jämfört med den traditionella avstämningsprocessen. Genom att bryta ner avstämningsprocessen i mindre, avbrytbara arbetsenheter gör Fiber det möjligt för React att förbättra responsiviteten och den upplevda prestandan hos applikationer, särskilt i komplexa scenarier.

Att förstå nyckelkoncepten bakom Fiber, såsom fibrer, work loops och schemaläggning, är avgörande för att bygga högpresterande React-applikationer. Genom att utnyttja funktionerna i Fiber kan du skapa gränssnitt som är mer responsiva, mer motståndskraftiga och ger en bättre användarupplevelse.

I takt med att React fortsätter att utvecklas kommer Fiber att förbli en grundläggande del av dess arkitektur. Genom att hålla dig uppdaterad med den senaste utvecklingen inom Fiber kan du säkerställa att dina React-applikationer drar full nytta av de prestandafördelar den ger.

Här är några viktiga punkter:

React Fiber är en komplett omskrivning av Reacts avstämningsalgoritm.
Fiber gör det möjligt för React att pausa och återuppta avstämningsprocessen, vilket förhindrar att långvariga uppgifter blockerar huvudtråden.
Fiber gör det möjligt för React att prioritera olika typer av uppdateringar.
Fiber ger bättre felhantering under avstämningsprocessen.
key-propen är avgörande för en effektiv avstämning.
Webbläsartillägget React DevTools tillhandahåller en kraftfull uppsättning verktyg för att felsöka Fiber-applikationer.

Genom att anamma React Fiber och förstå dess principer kan utvecklare runt om i världen bygga mer högpresterande och användarvänliga webbapplikationer, oavsett deras plats eller komplexiteten i deras projekt.