React Reconciliation: Avslöjandet av den Virtuella DOMens Diffing-algoritm

React, ett populärt JavaScript-bibliotek för att bygga användargränssnitt, har sin prestanda och effektivitet att tacka en process som kallas avstämning (reconciliation). Kärnan i avstämningen är den virtuella DOMens diffing-algoritm, en sofistikerad mekanism som avgör hur den faktiska DOM:en (Document Object Model) ska uppdateras på det mest effektiva sättet. Den här artikeln ger en djupdykning i Reacts avstämningsprocess och förklarar den virtuella DOM:en, diffing-algoritmen och praktiska strategier för att optimera prestanda.

Vad är den Virtuella DOM:en?

Den Virtuella DOM:en (VDOM) är en lättviktig, minnesbaserad representation av den verkliga DOM:en. Tänk på den som en ritning av det faktiska användargränssnittet. Istället för att direkt manipulera webbläsarens DOM, arbetar React med denna virtuella representation. När data ändras i en React-komponent skapas ett nytt virtuellt DOM-träd. Detta nya träd jämförs sedan med det föregående virtuella DOM-trädet.

Viktiga fördelar med att använda den Virtuella DOM:en:

• Förbättrad prestanda: Att direkt manipulera den verkliga DOM:en är kostsamt. Genom att minimera direkta DOM-manipulationer ökar React prestandan avsevärt.
• Plattformsoberoende kompatibilitet: VDOM gör det möjligt för React-komponenter att renderas i olika miljöer, inklusive webbläsare, mobilappar (React Native) och server-side rendering (Next.js).
• Förenklad utveckling: Utvecklare kan fokusera på applikationslogiken utan att behöva oroa sig för de invecklade detaljerna i DOM-manipulation.

Avstämningsprocessen: Hur React uppdaterar DOM:en

Avstämning (reconciliation) är processen genom vilken React synkroniserar den virtuella DOM:en med den verkliga DOM:en. När en komponents state ändras utför React följande steg:

1. Omskapar komponenten: React renderar om komponenten och skapar ett nytt virtuellt DOM-träd.
2. Jämför de nya och gamla träden (Diffing): React jämför det nya virtuella DOM-trädet med det föregående. Det är här diffing-algoritmen kommer in i bilden.
3. Bestämmer den minimala uppsättningen ändringar: Diffing-algoritmen identifierar den minimala uppsättning ändringar som krävs för att uppdatera den verkliga DOM:en.
4. Verkställer ändringarna (Committing): React tillämpar endast dessa specifika ändringar på den verkliga DOM:en.

Diffing-algoritmen: Förstå reglerna

Diffing-algoritmen är kärnan i Reacts avstämningsprocess. Den använder heuristik för att hitta det mest effektiva sättet att uppdatera DOM:en. Även om den inte garanterar det absolut minsta antalet operationer i varje enskilt fall, ger den utmärkt prestanda i de flesta scenarier. Algoritmen fungerar under följande antaganden:

• Två element av olika typer kommer att producera olika träd: När två element har olika typer (t.ex. en <div> ersätts av en <span>), kommer React att helt ersätta den gamla noden med den nya.
• key-propen: När React hanterar listor med underordnade element förlitar den sig på key-propen för att identifiera vilka objekt som har ändrats, lagts till eller tagits bort. Utan keys skulle React behöva rendera om hela listan, även om bara ett objekt har ändrats.

Detaljerad förklaring av diffing-algoritmen

Låt oss bryta ner hur diffing-algoritmen fungerar mer i detalj:

1. Jämförelse av elementtyp: Först jämför React rotelementen i de två träden. Om de har olika typer, river React ner det gamla trädet och bygger det nya trädet från grunden. Detta innebär att den gamla DOM-noden tas bort och en ny DOM-nod skapas med den nya elementtypen.
2. Uppdateringar av DOM-egenskaper: Om elementtyperna är desamma, jämför React attributen (props) för de två elementen. Den identifierar vilka attribut som har ändrats och uppdaterar endast dessa attribut på det verkliga DOM-elementet. Om till exempel ett <div>-elements className-prop har ändrats, kommer React att uppdatera className-attributet på motsvarande DOM-nod.
3. Komponentuppdateringar: När React stöter på ett komponentelement, uppdaterar den rekursivt komponenten. Detta innebär att komponenten renderas om och diffing-algoritmen tillämpas på komponentens output.
4. List-diffing (med Keys): Att effektivt jämföra listor med underordnade element är avgörande för prestandan. När en lista renderas förväntar sig React att varje underordnat element har en unik key-prop. key-propen gör det möjligt för React att identifiera vilka objekt som har lagts till, tagits bort eller ändrat ordning.

Exempel: Diffing med och utan Keys

Utan Keys:

            // Initial rendering
<ul>
  <li>Item 1</li>
  <li>Item 2</li>
</ul>

// Efter att ha lagt till ett element i början
<ul>
  <li>Item 0</li>
  <li>Item 1</li>
  <li>Item 2</li>
</ul>
            

              
                Copy
              
            
          

Utan keys kommer React att anta att alla tre objekten har ändrats. Den kommer att uppdatera DOM-noderna för varje objekt, även om endast ett nytt objekt lades till. Detta är ineffektivt.

Med Keys:

            // Initial rendering
<ul>
  <li key="item1">Item 1</li>
  <li key="item2">Item 2</li>
</ul>

// Efter att ha lagt till ett element i början
<ul>
  <li key="item0">Item 0</li>
  <li key="item1">Item 1</li>
  <li key="item2">Item 2</li>
</ul>
            

              
                Copy
              
            
          

Med keys kan React enkelt identifiera att "item0" är ett nytt objekt, och att "item1" och "item2" helt enkelt har flyttats ner. Den kommer endast att lägga till det nya objektet och ändra ordningen på de befintliga, vilket resulterar i mycket bättre prestanda.

Tekniker för prestandaoptimering

Även om Reacts avstämningsprocess är effektiv finns det flera tekniker du kan använda för att ytterligare optimera prestandan:

• Använd Keys korrekt: Som visats ovan är användningen av keys avgörande när du renderar listor med underordnade element. Använd alltid unika och stabila keys. Att använda arrayens index som key är generellt sett ett anti-mönster, eftersom det kan leda till prestandaproblem när listan sorteras om.
• Undvik onödiga omrenderingar: Se till att komponenter endast renderas om när deras props eller state faktiskt har ändrats. Du kan använda tekniker som React.memo, PureComponent och shouldComponentUpdate för att förhindra onödiga omrenderingar.
• Använd oföränderliga datastrukturer: Oföränderliga datastrukturer gör det lättare att upptäcka ändringar och förhindra oavsiktliga mutationer. Bibliotek som Immutable.js kan vara till hjälp.
• Koddelning (Code Splitting): Dela upp din applikation i mindre delar och ladda dem vid behov. Detta minskar den initiala laddningstiden och förbättrar den övergripande prestandan. React.lazy och Suspense är användbara för att implementera koddelning.
• Memoization: Använd memoization för dyra beräkningar eller funktionsanrop för att undvika att beräkna dem i onödan. Bibliotek som Reselect kan användas för att skapa memoiserade selectors.
• Virtualisera långa listor: När du renderar mycket långa listor, överväg att använda virtualiseringstekniker. Virtualisering renderar endast de objekt som för närvarande är synliga på skärmen, vilket förbättrar prestandan avsevärt. Bibliotek som react-window och react-virtualized är utformade för detta ändamål.
• Debouncing och Throttling: Om du har händelsehanterare som anropas ofta, såsom scroll- eller resize-hanterare, överväg att använda debouncing eller throttling för att begränsa antalet gånger hanteraren exekveras. Detta kan förhindra prestandaflaskhalsar.

Praktiska exempel och scenarier

Låt oss titta på några praktiska exempel för att illustrera hur dessa optimeringstekniker kan tillämpas.

Exempel 1: Förhindra onödiga omrenderingar med React.memo

Föreställ dig att du har en komponent som visar användarinformation. Komponenten tar emot användarens namn och ålder som props. Om användarens namn och ålder inte ändras finns det ingen anledning att rendera om komponenten. Du kan använda React.memo för att förhindra onödiga omrenderingar.

            import React from 'react';

const UserInfo = React.memo(function UserInfo(props) {
  console.log('Rendering UserInfo component');
  return (
    <div>
      <p>Namn: {props.name}</p>
      <p>Ålder: {props.age}</p>
    </div>
  );
});

export default UserInfo;
            

              
                Copy
              
            
          

React.memo gör en ytlig jämförelse av komponentens props. Om propsen är desamma hoppar den över omrenderingen.

Exempel 2: Använda oföränderliga datastrukturer

Tänk dig en komponent som tar emot en lista med objekt som en prop. Om listan muteras direkt kanske React inte upptäcker ändringen och inte renderar om komponenten. Genom att använda oföränderliga datastrukturer kan man förhindra detta problem.

            import React from 'react';
import { List } from 'immutable';

function ItemList(props) {
  console.log('Rendering ItemList component');
  return (
    <ul>
      {props.items.map(item => (
        <li key={item.id}>{item.name}</li>
      ))}
    </ul>
  );
}

export default ItemList;
            

              
                Copy
              
            
          

I det här exemplet bör items-propen vara en oföränderlig lista från Immutable.js-biblioteket. När listan uppdateras skapas en ny oföränderlig lista, vilket React enkelt kan upptäcka.

Vanliga fallgropar och hur man undviker dem

Flera vanliga fallgropar kan försämra prestandan i en React-applikation. Att förstå och undvika dessa fallgropar är avgörande.

• Mutera state direkt: Använd alltid setState-metoden för att uppdatera komponentens state. Att direkt mutera state kan leda till oväntat beteende och prestandaproblem.
• Ignorera shouldComponentUpdate (eller motsvarande): Att försumma att implementera shouldComponentUpdate (eller använda React.memo/PureComponent) när det är lämpligt kan leda till onödiga omrenderingar.
• Använda inline-funktioner i render-metoden: Att skapa nya funktioner inuti render-metoden kan orsaka onödiga omrenderingar av underordnade komponenter. Använd useCallback för att memoisera dessa funktioner.
• Minnesläckor: Att inte städa upp händelselyssnare eller timers när en komponent avmonteras kan leda till minnesläckor och försämra prestandan över tid.
• Ineffektiva algoritmer: Att använda ineffektiva algoritmer för uppgifter som sökning eller sortering kan negativt påverka prestandan. Välj lämpliga algoritmer för uppgiften.

Globala överväganden för React-utveckling

När du utvecklar React-applikationer för en global publik, tänk på följande:

• Internationalisering (i18n) och lokalisering (l10n): Använd bibliotek som react-intl eller i18next för att stödja flera språk och regionala format.
• Höger-till-vänster (RTL) layout: Se till att din applikation stöder RTL-språk som arabiska och hebreiska.
• Tillgänglighet (a11y): Gör din applikation tillgänglig för användare med funktionsnedsättningar genom att följa riktlinjer för tillgänglighet. Använd semantisk HTML, ange alternativ text för bilder och se till att din applikation kan navigeras med tangentbordet.
• Prestandaoptimering för användare med låg bandbredd: Optimera din applikation för användare med långsamma internetanslutningar. Använd koddelning, bildoptimering och cachelagring för att minska laddningstiderna.
• Tidszoner och datum/tid-formatering: Hantera tidszoner och datum/tid-formatering korrekt för att säkerställa att användare ser rätt information oavsett deras plats. Bibliotek som Moment.js eller date-fns kan vara till hjälp.

Sammanfattning

Att förstå Reacts avstämningsprocess och den virtuella DOM:ens diffing-algoritm är avgörande för att bygga högpresterande React-applikationer. Genom att använda keys korrekt, förhindra onödiga omrenderingar och tillämpa andra optimeringstekniker kan du avsevärt förbättra prestandan och responsiviteten i dina applikationer. Kom ihåg att ta hänsyn till globala faktorer som internationalisering, tillgänglighet och prestanda för användare med låg bandbredd när du utvecklar applikationer för en mångfaldig publik.

Denna omfattande guide ger en solid grund för att förstå Reacts avstämningsprocess. Genom att tillämpa dessa principer och tekniker kan du skapa effektiva och prestandaorienterade React-applikationer som levererar en fantastisk användarupplevelse för alla.