Опановуємо планувальник паралельного рендерингу в React: керування бюджетом кадрового часу

У світі веброзробки, що постійно розвивається, надання бездоганного та чутливого користувацького досвіду (UX) є першочерговим. Користувачі по всьому світу очікують, що додатки будуть швидкими, плавними та інтерактивними, незалежно від їхнього пристрою, умов мережі чи складності інтерфейсу. Сучасні JavaScript-фреймворки, зокрема React, досягли значних успіхів у вирішенні цих завдань. В основі здатності React досягати цього лежить його складний планувальник паралельного рендерингу (Concurrent Rendering Scheduler), потужний механізм, що дозволяє більш інтелектуально керувати роботою з рендерингу та, що найважливіше, його бюджетом кадрового часу (Frame Time Budget).

Цей вичерпний посібник глибоко занурить вас у тонкощі планувальника паралельного рендерингу React, зосереджуючись саме на тому, як він керує бюджетами кадрового часу. Ми розглянемо основні принципи, проблеми, які він вирішує, та практичні стратегії для розробників, щоб використовувати цю функцію для створення високопродуктивних та глобально доступних додатків.

Нагальна потреба в керуванні бюджетом кадрового часу

Перш ніж зануритися у специфічну реалізацію React, важливо зрозуміти, чому керування бюджетом кадрового часу є таким критичним для сучасних вебдодатків. Поняття "кадр" означає одне оновлення екрана. На більшості дисплеїв це відбувається 60 разів на секунду, що означає, що на рендеринг кожного кадру є приблизно 16,67 мілісекунд (мс). Це зазвичай називають 16-мілісекундним бюджетом.

Якщо вебдодатку потрібно більше часу для рендерингу кадру, браузер "пропустить" цей кадр, що призведе до заїкання, ривків або нечутливості інтерфейсу. Це одразу помітно і дратує користувачів, особливо в інтерактивних компонентах, таких як анімації, прокручування або введення даних у форми.

Виклики традиційного рендерингу:

• Тривалі задачі: В епоху до паралельного рендерингу React (та багато інших фреймворків) працювали в одному синхронному потоці. Якщо рендеринг компонента займав занадто багато часу, він блокував основний потік, не дозволяючи обробляти взаємодії користувача (наприклад, кліки чи введення тексту), поки рендеринг не завершиться.
• Непередбачувана продуктивність: Продуктивність рендерингу могла бути дуже непередбачуваною. Невелика зміна даних або складності інтерфейсу могла призвести до значно різного часу рендерингу, що ускладнювало гарантування плавного досвіду.
• Відсутність пріоритезації: Усі завдання рендерингу розглядалися як однаково важливі. Не було вбудованого механізму для пріоритезації термінових оновлень (наприклад, введення користувача) над менш критичними (наприклад, завантаження даних у фоновому режимі).

Ці виклики посилюються в глобальному контексті. Користувачі, які отримують доступ до додатків з регіонів з менш надійною інтернет-інфраструктурою або на старих пристроях, стикаються з ще більшими перешкодами. Погано керований бюджет кадрового часу може зробити додаток практично непридатним для значної частини глобальної бази користувачів.

Знайомство з паралельним рендерингом у React

Паралельний режим React (Concurrent Mode), який тепер є стандартним у React 18, вніс фундаментальну зміну в те, як React рендерить додатки. Основна ідея полягає в тому, щоб дозволити React переривати, призупиняти та відновлювати рендеринг. Це досягається завдяки новому планувальнику, який знає про конвеєр рендерингу браузера і може відповідно пріоритезувати завдання.

Ключові концепції:

• Розбиття часу (Time Slicing): Планувальник розбиває великі, синхронні завдання рендерингу на менші частини. Ці частини можуть виконуватися протягом кількох кадрів, дозволяючи React повертати керування браузеру між частинами. Це гарантує, що основний потік залишається доступним для критичних завдань, таких як взаємодія з користувачем та обробка подій.
• Реентерабельність (Re-entrancy): React тепер може призупинити рендеринг посеред життєвого циклу компонента і відновити його пізніше, потенційно в іншому порядку або після завершення інших завдань. Це критично важливо для чергування різних типів оновлень.
• Пріоритети: Планувальник призначає пріоритети різним завданням рендерингу. Наприклад, термінові оновлення (наприклад, введення тексту в поле вводу) отримують вищий пріоритет, ніж менш термінові (наприклад, оновлення списку, отриманого з API).

За своєю суттю, паралельний рендеринг — це керування бюджетом кадрового часу шляхом інтелектуального планування та розбиття роботи.

Планувальник React: двигун паралельного рендерингу

Планувальник React є диригентом паралельного рендерингу. Він відповідає за прийняття рішень про те, коли рендерити, що рендерити та як розбити роботу, щоб вписатися в бюджет кадрового часу. Він взаємодіє з API браузера requestIdleCallback та requestAnimationFrame для ефективного планування завдань.

Як це працює:

1. Черга завдань: Планувальник підтримує чергу завдань (наприклад, оновлення компонентів, обробники подій).
2. Рівні пріоритету: Кожному завданню призначається рівень пріоритету. React має систему дискретних рівнів пріоритету, від найвищого (наприклад, введення користувача) до найнижчого (наприклад, фонове завантаження даних).
3. Рішення щодо планування: Коли браузер неактивний (тобто має час у межах бюджету кадру), планувальник обирає завдання з найвищим пріоритетом з черги і планує його виконання.
4. Розбиття часу в дії: Якщо завдання занадто велике, щоб завершити його за час, що залишився в поточному кадрі, планувальник "розрізає" його. Він виконує частину роботи, а потім повертає керування браузеру, плануючи решту роботи на наступний кадр.
5. Переривання та відновлення: Якщо під час обробки завдання з низьким пріоритетом з'являється завдання з вищим пріоритетом, планувальник може перервати низькопріоритетне завдання, обробити високопріоритетне, а потім відновити перерване завдання пізніше.

Таке динамічне планування дозволяє React гарантувати, що найважливіші оновлення обробляються першими, запобігаючи блокуванню основного потоку та підтримуючи чутливість інтерфейсу.

Розуміння керування бюджетом кадрового часу на практиці

Основна мета планувальника — забезпечити, щоб робота з рендерингу не перевищувала доступний кадровий час. Це включає кілька ключових стратегій:

1. Розбиття роботи на часові відрізки

Коли React потрібно виконати значну операцію рендерингу, таку як рендеринг великого дерева компонентів або обробка складного оновлення стану, втручається планувальник. Замість того, щоб завершити всю операцію за один раз (що може зайняти багато мілісекунд і перевищити бюджет 16 мс), він розбиває роботу на менші одиниці.

Приклад: Уявіть великий список елементів, який потрібно відрендерити. У синхронній моделі React намагався б відрендерити всі елементи одночасно. Якщо це займає 50 мс, інтерфейс "зависає" на цей час. З розбиттям часу React може відрендерити перші 10 елементів, а потім поступитися. У наступному кадрі він рендерить наступні 10, і так далі. Це означає, що користувач бачить, як список з'являється поступово, але інтерфейс залишається чутливим протягом усього процесу.

Планувальник постійно відстежує минулий час. Якщо він виявляє, що наближається до кінця бюджету кадру, він призупинить поточну роботу і запланує залишок на наступну доступну можливість.

2. Пріоритезація оновлень

Планувальник React призначає різні рівні пріоритету різним типам оновлень. Це дозволяє йому відкладати менш важливу роботу на користь більш критичних оновлень.

Рівні пріоритету (концептуально):

• `Immediate` (Найвищий): Для речей, як-от введення користувача, що вимагає миттєвого відгуку.
• `UserBlocking` (Високий): Для критичних оновлень інтерфейсу, на які чекає користувач, наприклад, поява модального вікна або підтвердження відправки форми.
• `Normal` (Середній): Для менш критичних оновлень, як-от рендеринг списку елементів, які не знаходяться безпосередньо в полі зору.
• `Low` (Низький): Для фонових завдань, таких як завантаження даних, що не впливає безпосередньо на негайну взаємодію з користувачем.
• `Offscreen` (Найнижчий): Для компонентів, які наразі не видимі користувачеві.

Коли відбувається оновлення з високим пріоритетом (наприклад, користувач натискає кнопку), планувальник негайно перериває будь-яку роботу з нижчим пріоритетом, яка може виконуватися. Це гарантує, що інтерфейс миттєво реагує на дії користувача, що є критично важливим для додатків, якими користуються різноманітні групи населення з різною швидкістю мережі та можливостями пристроїв.

3. Функції паралельного рендерингу та їхній вплив

React 18 представив кілька функцій, які використовують паралельний рендеринг та його можливості керування бюджетом кадрового часу:

• startTransition: Цей API дозволяє позначати певні оновлення стану як "переходи". Переходи — це нетермінові оновлення, які не повинні блокувати інтерфейс. Це ідеально підходить для операцій, як-от фільтрація великого списку або навігація між сторінками, де невелика затримка в оновленні інтерфейсу є прийнятною. Планувальник пріоритезує збереження чутливості інтерфейсу та рендерить оновлення переходу у фоновому режимі.
• useDeferredValue: Подібно до startTransition, useDeferredValue дозволяє відкласти оновлення частини інтерфейсу. Це корисно для дорогих обчислень або рендерингу, які можна затримати без негативного впливу на користувацький досвід. Наприклад, якщо користувач вводить текст у поле пошуку, ви можете відкласти рендеринг результатів пошуку, доки користувач не закінчить вводити або не зробить коротку паузу.
• Автоматичне групування (batching): У попередніх версіях React кілька оновлень стану в межах одного обробника подій групувалися разом. Однак оновлення з промісів, тайм-аутів або нативних обробників подій не групувалися. React 18 автоматично групує всі оновлення стану, незалежно від їхнього походження, значно зменшуючи кількість повторних рендерингів та покращуючи продуктивність. Це опосередковано допомагає з бюджетом кадрового часу, зменшуючи загальну роботу з рендерингу.

Ці функції кардинально змінюють правила гри для створення глобальних додатків. Користувач у регіоні з низькою пропускною здатністю може відчути більш плавну навігацію та взаємодію, оскільки планувальник інтелектуально керує тим, коли і як застосовуються оновлення.

Стратегії оптимізації вашого додатка за допомогою паралельного рендерингу

Хоча планувальник React виконує значну частину важкої роботи, розробники можуть і повинні використовувати стратегії для подальшої оптимізації своїх додатків та забезпечення їхньої хорошої роботи в усьому світі.

1. Виявляйте та ізолюйте дорогі обчислення

Перший крок — це виявлення компонентів або операцій, які є обчислювально дорогими. Інструменти, такі як React DevTools Profiler, є неоціненними для виявлення вузьких місць продуктивності.

Практична порада: Після виявлення розгляньте можливість мемоізації дорогих обчислень за допомогою React.memo для компонентів або useMemo для значень. Однак будьте розсудливими; надмірна мемоізація також може створювати додаткові навантаження.

2. Використовуйте startTransition та useDeferredValue належним чином

Ці паралельні функції — ваші найкращі друзі для керування некритичними оновленнями.

Приклад: Розглянемо інформаційну панель з численними віджетами. Якщо користувач фільтрує таблицю в одному віджеті, ця операція фільтрації може бути обчислювально інтенсивною. Замість блокування всієї панелі, оберніть оновлення стану, що запускає фільтрацію, у startTransition. Це гарантує, що користувач все ще може взаємодіяти з іншими віджетами, поки таблиця фільтрується.

Приклад (глобальний контекст): Міжнародний сайт електронної комерції може мати сторінку зі списком товарів, де застосування фільтрів може зайняти час. Використання startTransition для оновлення фільтра гарантує, що інші елементи інтерфейсу, такі як навігація або кнопки "додати в кошик", залишаються чутливими, забезпечуючи кращий досвід для користувачів на повільніших з'єднаннях або менш потужних пристроях.

3. Зберігайте компоненти маленькими та сфокусованими

Планувальнику легше керувати меншими, більш сфокусованими компонентами. Коли компонент маленький, час його рендерингу зазвичай коротший, що полегшує його вписування в бюджет кадру.

Практична порада: Розбивайте великі, складні компоненти на менші, багаторазово використовувані. Це не тільки покращує продуктивність, але й полегшує підтримку та повторне використання коду у вашій глобальній команді розробників.

4. Оптимізуйте завантаження даних та керування станом

Спосіб завантаження та керування даними може значно вплинути на продуктивність рендерингу. Неефективне завантаження даних може призвести до непотрібних повторних рендерингів або обробки великих обсягів даних одночасно.

Практична порада: Впроваджуйте ефективні стратегії завантаження даних, такі як пагінація, ліниве завантаження та нормалізація даних. Бібліотеки, як-от React Query або Apollo Client, можуть допомогти ефективно керувати станом сервера, зменшуючи навантаження на ваші компоненти та планувальник.

5. Розбиття коду та ліниве завантаження

Для великих додатків, особливо тих, що орієнтовані на глобальну аудиторію, де пропускна здатність може бути обмеженням, розбиття коду та ліниве завантаження є важливими. Це гарантує, що користувачі завантажують лише той JavaScript-код, який їм потрібен для поточного вигляду.

Приклад: Складний інструмент звітності може мати багато різних модулів. Використовуючи React.lazy та Suspense, ви можете завантажувати ці модулі за потребою. Це зменшує початковий час завантаження та дозволяє планувальнику зосередитися на рендерингу видимих частин додатка в першу чергу.

6. Профілювання та ітеративна оптимізація

Оптимізація продуктивності — це безперервний процес. Регулярно профілюйте свій додаток, особливо після впровадження нових функцій або внесення значних змін.

Практична порада: Використовуйте React DevTools Profiler у виробничих збірках (або в тестовому середовищі, що імітує виробниче) для виявлення регресій продуктивності. Зосередьтеся на розумінні того, куди витрачається час під час рендерингу та як планувальник керує цими завданнями.

Глобальні аспекти та найкращі практики

При створенні додатків для глобальної аудиторії керування бюджетом кадрового часу стає ще більш критичним. Різноманітність середовищ користувачів вимагає проактивного підходу до продуктивності.

1. Затримка мережі та пропускна здатність

Користувачі в різних частинах світу зіткнуться з абсолютно різними умовами мережі. Додатки, які сильно залежать від частих, великих передач даних, будуть погано працювати в регіонах з низькою пропускною здатністю.

Найкраща практика: Оптимізуйте обсяги даних, використовуйте механізми кешування та розглядайте стратегії "offline-first", де це доречно. Переконайтеся, що дорогі обчислення на стороні клієнта ефективно обробляються планувальником, а не покладаються на постійний зв'язок із сервером.

2. Можливості пристроїв

Діапазон пристроїв, що використовуються по всьому світу, кардинально відрізняється: від висококласних смартфонів і настільних комп'ютерів до старих, менш потужних комп'ютерів і планшетів.

Найкраща практика: Проєктуйте з урахуванням плавної деградації. Використовуйте паралельні функції, щоб гарантувати, що навіть на менш потужних пристроях додаток залишається придатним для використання та чутливим. Уникайте обчислювально важких анімацій або ефектів, якщо вони не є суттєвими і не були ретельно протестовані на продуктивність на різних пристроях.

3. Інтернаціоналізація (i18n) та локалізація (l10n)

Хоча це не пов'язано безпосередньо з планувальником, процес інтернаціоналізації та локалізації вашого додатка може створювати проблеми з продуктивністю. Великі файли перекладів або складна логіка форматування можуть збільшити навантаження на рендеринг.

Найкраща практика: Оптимізуйте свої бібліотеки i18n/l10n і переконайтеся, що будь-які динамічно завантажені переклади обробляються ефективно. Планувальник може допомогти, відклавши рендеринг локалізованого контенту, якщо він не є відразу видимим.

4. Тестування в різноманітних середовищах

Критично важливо тестувати ваш додаток у середовищах, що імітують реальні глобальні умови.

Найкраща практика: Використовуйте інструменти розробника браузера для симуляції різних умов мережі та типів пристроїв. Якщо можливо, проводьте тестування з користувачами з різних географічних місць та з різними конфігураціями обладнання.

Майбутнє рендерингу в React

Шлях React із паралельним рендерингом все ще розвивається. По мірі того, як екосистема зріє і все більше розробників приймають ці нові парадигми, ми можемо очікувати ще більш складних інструментів та технік для керування продуктивністю рендерингу.

Акцент на керуванні бюджетом кадрового часу є свідченням прихильності React до надання високоякісного користувацького досвіду для всіх користувачів, скрізь. Розуміючи та застосовуючи принципи паралельного рендерингу та його механізмів планування, розробники можуть створювати додатки, які є не тільки багатофункціональними, але й винятково продуктивними та чутливими, незалежно від місцезнаходження чи пристрою користувача.

Висновок

Планувальник паралельного рендерингу React, з його складним керуванням бюджетом кадрового часу, є значним кроком уперед у створенні продуктивних вебдодатків. Розбиваючи роботу, пріоритезуючи оновлення та вмикаючи такі функції, як переходи та відкладені значення, React гарантує, що користувацький інтерфейс залишається чутливим навіть під час складних операцій рендерингу.

Для глобальної аудиторії ця технологія — не просто оптимізація; це необхідність. Вона долає розрив, створений різними умовами мережі, можливостями пристроїв та очікуваннями користувачів. Активно використовуючи паралельні функції, оптимізуючи обробку даних та підтримуючи фокус на продуктивності через профілювання та тестування, розробники можуть створювати справді виняткові користувацькі досвіди, які радують користувачів по всьому світу.

Опанування планувальника React є ключем до розкриття повного потенціалу сучасної веброзробки. Прийміть паралельність і створюйте додатки, які є швидкими, плавними та доступними для всіх.