Reacts renderingsschemaläggning: Bemästra hantering av frame budget för prestanda

I den snabbrörliga världen av webbutveckling är det avgörande att leverera en smidig och responsiv användarupplevelse. React, ett populärt JavaScript-bibliotek för att bygga användargränssnitt, erbjuder kraftfulla mekanismer för att hantera renderingsuppdateringar och optimera prestanda. Att förstå hur React schemalägger renderingar och hanterar en frame budget är avgörande för att bygga applikationer som känns snabba och responsiva, oavsett användarens enhet eller plats. Denna omfattande guide utforskar detaljerna i Reacts renderingsschemaläggning och ger praktiska tekniker för att bemästra hanteringen av frame budget och uppnå optimal prestanda.

Förstå renderingsprocessen

Innan vi dyker in i Reacts specifika mekanismer för renderingsschemaläggning är det viktigt att förstå de grundläggande stegen i webbläsarens renderingsprocess:

1. JavaScript-exekvering: Webbläsaren exekverar JavaScript-kod, som kan modifiera DOM (Document Object Model).
2. Stilberäkning: Webbläsaren beräknar de stilar som gäller för varje element i DOM, baserat på CSS-regler.
3. Layout: Webbläsaren beräknar positionen och storleken för varje element i layout-trädet.
4. Paint: Webbläsaren målar varje element på skärmen, enligt dess beräknade stilar och layout.
5. Composite: Webbläsaren kombinerar de målade lagren till en slutlig bild för visning.

Varje steg tar tid, och om webbläsaren spenderar för lång tid på ett enskilt steg kommer bildfrekvensen att sjunka, vilket resulterar i en ryckig eller icke-responsiv användarupplevelse. Ett typiskt mål är att slutföra alla dessa steg inom 16,67 millisekunder (ms) för att uppnå en smidig bildfrekvens på 60 bilder per sekund (FPS).

Vikten av att hantera en frame budget

Hantering av en frame budget avser praxisen att säkerställa att webbläsaren kan slutföra alla nödvändiga renderingsuppgifter inom den tilldelade tiden för varje bildruta (vanligtvis 16,67 ms). När renderingsuppgifter överskrider denna budget tvingas webbläsaren hoppa över bildrutor, vilket leder till visuellt hackande och en försämrad användarupplevelse. Detta är särskilt kritiskt för:

• Komplexa UI-interaktioner: Animationer, övergångar och hantering av användarinput kan utlösa frekventa omrenderingar, vilket potentiellt kan överbelasta webbläsaren.
• Dataintensiva applikationer: Applikationer som visar stora datamängder eller utför komplexa beräkningar kan anstränga renderingsprocessen.
• Enheter med låg prestanda: Mobila enheter och äldre datorer har begränsad processorkraft, vilket gör dem mer mottagliga för prestandaflaskhalsar.
• Nätverkslatens: Långsamma nätverksanslutningar kan fördröja datahämtning, vilket orsakar förseningar i renderingen och en upplevd brist på responsivitet. Tänk på scenarier där nätverksinfrastrukturen varierar kraftigt mellan industriländer och utvecklingsländer. Att optimera för den lägsta gemensamma nämnaren säkerställer bredast möjliga tillgänglighet.

Reacts renderingsschemaläggning: Nyckeln till responsivitet

React använder en sofistikerad mekanism för renderingsschemaläggning för att optimera prestanda och undvika att blockera huvudtråden. Denna mekanism, känd som React Fiber, gör det möjligt för React att bryta ner renderingsuppgifter i mindre, hanterbara bitar och prioritera dem baserat på deras vikt.

Introduktion till React Fiber

React Fiber är implementationen av Reacts centrala avstämningsalgoritm. Det är en fullständig omskrivning av den tidigare avstämningsmekanismen som möjliggör inkrementell rendering. Viktiga funktioner i React Fiber inkluderar:

• Inkrementell rendering: React kan bryta ner renderingsarbete i mindre enheter och utföra dem över flera bildrutor.
• Prioritering: React kan prioritera olika typer av uppdateringar baserat på deras betydelse för användarupplevelsen.
• Pausa och återuppta: React kan pausa renderingsarbete mitt i en bildruta och återuppta det senare, vilket gör att webbläsaren kan hantera andra uppgifter.
• Avbrytande: React kan avbryta renderingsarbete om det inte längre behövs, till exempel när en användare navigerar bort från en sida.

Hur React Fiber fungerar

React Fiber introducerar en ny datastruktur som kallas en "fiber". Varje fiber representerar en arbetsenhet som ska utföras, som att uppdatera en komponents props eller rendera ett nytt element. React upprätthåller ett träd av fibers, som speglar komponentträdet. Renderingsprocessen innebär att man traverserar detta fiberträd och utför de nödvändiga uppdateringarna.

React använder en schemaläggare för att bestämma när och hur dessa uppdateringar ska utföras. Schemaläggaren använder en kombination av heuristik och användarspecificerade prioriteringar för att avgöra vilka uppdateringar som ska bearbetas först. Detta gör att React kan prioritera uppdateringar som är viktigast för användarupplevelsen, som att svara på användarinput eller uppdatera synliga element.

RequestAnimationFrame: Webbläsarens hjälpande hand

React utnyttjar requestAnimationFrame-API:et för att samordna med webbläsarens renderingsprocess. requestAnimationFrame gör det möjligt för React att schemalägga renderingsarbete som ska utföras under webbläsarens inaktiva tid, vilket säkerställer att uppdateringar synkroniseras med skärmens uppdateringsfrekvens.

Genom att använda requestAnimationFrame kan React undvika att blockera huvudtråden och förhindra ryckiga animationer. Webbläsaren garanterar att den callback som skickas till requestAnimationFrame kommer att exekveras före nästa ommålning, vilket gör att React kan utföra uppdateringar smidigt och effektivt.

Tekniker för att optimera Reacts renderingsschemaläggning

Även om Reacts mekanism för renderingsschemaläggning är kraftfull är det viktigt att förstå hur man utnyttjar den effektivt för att optimera prestanda. Här är några praktiska tekniker för att hantera din frame budget och förbättra responsiviteten i dina React-applikationer:

1. Minimera onödiga omrenderingar

En av de vanligaste orsakerna till prestandaflaskhalsar i React-applikationer är onödiga omrenderingar. När en komponent omrenderas måste React stämma av sin virtuella DOM med den faktiska DOM, vilket kan vara en beräkningsmässigt kostsam operation.

För att minimera onödiga omrenderingar, överväg följande strategier:

• Använd React.memo: Omslut funktionella komponenter med React.memo för att memoisera den renderade outputen. React.memo kommer att förhindra att komponenten omrenderas om dess props inte har ändrats (med en ytlig jämförelse som standard).
• Implementera shouldComponentUpdate (för klasskomponenter): I klasskomponenter, implementera livscykelmetoden shouldComponentUpdate för att villkorligt förhindra omrenderingar baserat på ändringar i props och state.
• Använd oföränderliga datastrukturer: Oföränderliga datastrukturer säkerställer att ändringar i data skapar nya objekt istället för att modifiera befintliga. Detta gör att React enkelt kan upptäcka ändringar och undvika onödiga omrenderingar. Bibliotek som Immutable.js eller Immer kan hjälpa dig att arbeta med oföränderlig data i JavaScript.
• Undvik inline-funktioner i render: Att skapa nya funktioner inuti render-metoden kan orsaka onödiga omrenderingar, eftersom funktionsinstansen ändras vid varje rendering. Använd useCallback för att memoisera funktionsinstanser.
• Optimera Context Providers: Ändringar av värden i context providers kan utlösa omrenderingar av alla konsumerande komponenter. Designa dina context providers noggrant för att undvika onödiga uppdateringar. Överväg att bryta ner stora contexts till mindre, mer specifika contexts.

Exempel: Använda React.memo

            import React from 'react';

const MyComponent = React.memo(function MyComponent(props) {
  return (
    <div>
      <p>{props.name}</p>
    </div>
  );
});

export default MyComponent;

            

              
                Copy
              
            
          

2. Debounce och Throttle på händelsehanterare

Händelsehanterare som avfyras snabbt, som scroll-händelser eller input-ändringar, kan utlösa frekventa omrenderingar och påverka prestandan. Debouncing och throttling är tekniker för att begränsa hastigheten med vilken dessa händelsehanterare exekveras.

• Debouncing: Debouncing fördröjer exekveringen av en funktion tills en viss tid har förflutit sedan den senast anropades. Detta är användbart för scenarier där du bara behöver exekvera funktionen en gång efter att en serie händelser har upphört, som när en användare slutar skriva i en sökruta.
• Throttling: Throttling begränsar hastigheten med vilken en funktion kan exekveras. Detta är användbart för scenarier där du behöver exekvera funktionen med ett regelbundet intervall, som vid hantering av scroll-händelser.

Bibliotek som Lodash eller Underscore tillhandahåller hjälpfunktioner för debouncing och throttling av händelsehanterare.

Exempel: Debouncing för en input-hanterare

            import React, { useState, useCallback } from 'react';
import debounce from 'lodash.debounce';

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

  const handleInputChange = useCallback(debounce((event) => {
    setSearchTerm(event.target.value);
    // Utför sökning baserat på searchTerm
    console.log('Söker efter:', event.target.value);
  }, 300), []);

  return (
    <input type="text" onChange={handleInputChange} />
  );
}

export default MyComponent;

            

              
                Copy
              
            
          

3. Virtualisera långa listor

Att rendera långa listor med objekt kan vara en betydande prestandaflaskhals, särskilt på mobila enheter. Virtualisering är en teknik för att endast rendera de objekt som för närvarande är synliga på skärmen och återvinna DOM-noder när användaren scrollar. Detta kan dramatiskt minska mängden arbete som webbläsaren behöver utföra, vilket förbättrar scroll-prestanda och minskar minnesanvändningen.

Bibliotek som react-window eller react-virtualized tillhandahåller komponenter för att virtualisera långa listor i React.

Exempel: Använda react-window

            import React from 'react';
import { FixedSizeList } from 'react-window';

const Row = ({ index, style }) => (
  <div style={style}>
    Rad {index}
  </div>
);

function MyComponent() {
  return (
    <FixedSizeList
      height={400}
      width={300}
      itemSize={35}
      itemCount={1000}
    >
      {Row}
    </FixedSizeList>
  );
}

export default MyComponent;

            

              
                Copy
              
            
          

4. Koddelning och lat laddning (Lazy Loading)

Koddelning är tekniken att dela upp din applikation i mindre paket som kan laddas vid behov. Detta kan minska den initiala laddningstiden för din applikation och förbättra dess upplevda prestanda.

Lat laddning (lazy loading) är en specifik typ av koddelning som innebär att komponenter laddas först när de behövs. Detta kan uppnås med Reacts React.lazy och Suspense-komponenter.

Exempel: Lat laddning av en komponent

            import React, { Suspense } from 'react';

const MyComponent = React.lazy(() => import('./MyComponent'));

function App() {
  return (
    <Suspense fallback={<div>Laddar...</div>}>
      <MyComponent />
    </Suspense>
  );
}

export default App;

            

              
                Copy
              
            
          

5. Optimera bilder och andra tillgångar

Stora bilder och andra tillgångar kan avsevärt påverka laddningstiden och renderingsprestandan för din applikation. Optimera dina bilder genom att:

• Komprimera bilder: Använd bildkomprimeringsverktyg för att minska filstorleken på dina bilder utan att offra kvalitet.
• Använda lämpliga bildformat: Välj lämpligt bildformat för varje bild. Använd till exempel JPEG för foton och PNG för grafik med transparens. WebP-formatet erbjuder överlägsen komprimering och kvalitet jämfört med JPEG och PNG och stöds av de flesta moderna webbläsare.
• Använda responsiva bilder: Servera olika bildstorlekar baserat på användarens skärmstorlek och enhetens pixel-ratio. <picture>-elementet och srcset-attributet på <img>-elementet kan användas för att implementera responsiva bilder.
• Lat laddning av bilder: Ladda bilder endast när de är synliga på skärmen. Detta kan förbättra den initiala laddningstiden för din applikation.

6. Web Workers för tunga beräkningar

Om din applikation utför beräkningsintensiva uppgifter, som komplexa kalkyler eller databehandling, överväg att flytta dessa uppgifter till en Web Worker. Web Workers körs i en separat tråd från huvudtråden, vilket förhindrar dem från att blockera UI:t och förbättrar responsiviteten. Bibliotek som Comlink kan förenkla kommunikationen mellan huvudtråden och Web Workers.

7. Profilering och prestandaövervakning

Profilering och prestandaövervakning är avgörande för att identifiera och åtgärda prestandaflaskhalsar i dina React-applikationer. Använd React Profiler (tillgänglig i React Developer Tools) för att mäta prestandan hos dina komponenter och identifiera områden för optimering. Verktyg för realtidsövervakning av användare (RUM) kan ge värdefulla insikter om din applikations prestanda under verkliga förhållanden. Dessa verktyg kan fånga mätvärden som sidladdningstid, tid till första byte och felfrekvenser, vilket ger en omfattande bild av användarupplevelsen.

React Concurrent Mode: Framtiden för renderingsschemaläggning

React Concurrent Mode är en experimentell uppsättning funktioner som öppnar nya möjligheter för att bygga responsiva och högpresterande React-applikationer. Concurrent Mode gör det möjligt för React att avbryta, pausa och återuppta renderingsarbete, vilket möjliggör mer finkornig kontroll över renderingsprocessen.

Viktiga funktioner i Concurrent Mode inkluderar:

• Suspense för datahämtning: Suspense låter dig deklarativt specificera hur laddningslägen ska hanteras vid datahämtning. React kommer automatiskt att pausa renderingen tills data är tillgänglig, vilket ger en smidigare användarupplevelse.
• Transitions: Transitions låter dig markera vissa uppdateringar som lågprioriterade, vilket gör att React kan prioritera viktigare uppdateringar, som användarinput. Detta kan förhindra ryckiga animationer och förbättra responsiviteten.
• Selektiv hydrering: Selektiv hydrering låter dig hydrera endast de synliga delarna av din applikation, vilket förbättrar den initiala laddningstiden och tiden till interaktivitet.

Även om Concurrent Mode fortfarande är experimentellt, representerar det framtiden för Reacts renderingsschemaläggning och erbjuder spännande möjligheter för att bygga högpresterande applikationer.

Slutsats

Att bemästra Reacts renderingsschemaläggning och hantering av frame budget är avgörande för att bygga högpresterande, responsiva applikationer som levererar en fantastisk användarupplevelse. Genom att förstå renderingsprocessen, utnyttja Reacts mekanismer för renderingsschemaläggning och tillämpa de optimeringstekniker som beskrivs i denna guide, kan du bygga React-applikationer som känns snabba och responsiva, även på enheter med låg prestanda och under utmanande nätverksförhållanden. Kom ihåg att prestandaoptimering är en pågående process. Profilera regelbundet din applikation, övervaka dess prestanda under verkliga förhållanden och anpassa dina strategier vid behov för att säkerställa en genomgående utmärkt användarupplevelse för din globala publik.

Att kontinuerligt övervaka prestandamått och anpassa din strategi till de specifika behoven hos din användarbas, oavsett deras plats eller enhet, är nyckeln till långsiktig framgång. Omfamna ett globalt perspektiv, och dina React-applikationer kommer att frodas i det mångsidiga digitala landskapet.