React Concurrent Rendering: Розкриття продуктивності за допомогою архітектури Fiber та аналізу робочого циклу

React, домінуюча сила у фронтенд розробці, постійно розвивається, щоб відповідати вимогам все складніших та інтерактивніших користувацьких інтерфейсів. Одним з найважливіших досягнень у цьому еволюційному шляху є паралельне рендеринг (Concurrent Rendering), представлене з React 16. Ця парадигма фундаментально змінила спосіб керування оновленнями та рендерингу компонентів у React, розкриваючи значні покращення продуктивності та забезпечуючи більш чутливий користувацький досвід. Ця стаття заглиблюється в основні концепції паралельного рендерингу, досліджуючи архітектуру Fiber та робочий цикл, а також надаючи розуміння того, як ці механізми сприяють більш плавним та ефективним React-додаткам.

Розуміння потреби в паралельному рендерингу

До появи паралельного рендерингу React працював синхронно. Коли відбувалося оновлення (наприклад, зміна стану, оновлення пропсів), React розпочинав рендеринг усього дерева компонентів в одній, безперервній операції. Такий синхронний рендеринг міг призвести до вузьких місць у продуктивності, особливо при роботі з великими деревами компонентів або обчислювально-інтенсивними операціями. Під час цих періодів рендерингу браузер ставав нечутливим, що призводило до неприємного та розчаровуючого користувацького досвіду. Це часто називають "блокуванням головної нитки" (blocking the main thread).

Уявіть сценарій, коли користувач набирає текст у текстовому полі. Якщо компонент, відповідальний за відображення введеного тексту, є частиною великого, складного дерева компонентів, кожен натиск клавіші може викликати повторний рендеринг, який блокує головну нитку. Це призведе до помітних затримок та поганого користувацького досвіду.

Паралельний рендеринг вирішує цю проблему, дозволяючи React розбивати завдання рендерингу на менші, керовані одиниці роботи. Ці одиниці можуть бути пріоритезовані, призупинені та відновлені за потреби, дозволяючи React чергувати завдання рендерингу з іншими операціями браузера, такими як обробка введення користувача або мережеві запити. Такий підхід запобігає тривалому блокуванню головної нитки, що призводить до більш чутливого та плавного користувацького досвіду. Думайте про це як про багатозадачність для процесу рендерингу React.

Представлення архітектури Fiber

В основі паралельного рендерингу лежить архітектура Fiber. Fiber представляє собою повну переробку внутрішнього алгоритму узгодження (reconciliation) React. На відміну від попереднього синхронного процесу узгодження, Fiber вводить більш складний та деталізований підхід до керування оновленнями та рендерингу компонентів.

Що таке Fiber?

Fiber можна концептуально зрозуміти як віртуальне представлення екземпляра компонента. Кожен компонент у вашому React-додатку пов'язаний з відповідним вузлом Fiber. Ці вузли Fiber утворюють структуру дерева, що відображає дерево компонентів. Кожен вузол Fiber містить інформацію про компонент, його пропси, його дочірні елементи та його поточний стан. Критично важливо, він також містить інформацію про роботу, яку потрібно виконати для цього компонента.

Ключові властивості вузла Fiber включають:

• type: Тип компонента (наприклад, div, MyComponent).
• key: Унікальний ключ, призначений компоненту (використовується для ефективного узгодження).
• props: Пропси, передані компоненту.
• child: Покажчик на вузол Fiber, що представляє перший дочірній елемент компонента.
• sibling: Покажчик на вузол Fiber, що представляє наступний братський елемент компонента.
• return: Покажчик на вузол Fiber, що представляє батьківський елемент компонента.
• stateNode: Посилання на фактичний екземпляр компонента (наприклад, вузол DOM для хостових компонентів, екземпляр класового компонента).
• alternate: Покажчик на вузол Fiber, що представляє попередню версію компонента.
• effectTag: Прапорець, що вказує тип оновлення, необхідного для компонента (наприклад, розміщення, оновлення, видалення).

Дерево Fiber

Дерево Fiber — це стійка структура даних, яка представляє поточний стан UI програми. Коли відбувається оновлення, React створює нове дерево Fiber у фоновому режимі, що представляє бажаний стан UI після оновлення. Це нове дерево називається деревом "в роботі" (work-in-progress). Після завершення дерева "в роботі" React обмінює його з поточним деревом, роблячи зміни видимими для користувача.

Цей підхід з подвійним деревом дозволяє React виконувати оновлення рендерингу неблокуючим чином. Поточне дерево залишається видимим для користувача, поки дерево "в роботі" будується у фоновому режимі. Це запобігає зависанню або нечутливості UI під час оновлень.

Переваги архітектури Fiber

• Переривчастий рендеринг: Fiber дозволяє React призупиняти та відновлювати завдання рендерингу, дозволяючи пріоритезувати взаємодії користувача та запобігати блокуванню головної нитки.
• Інкрементний рендеринг: Fiber дозволяє React розбивати оновлення рендерингу на менші одиниці роботи, які можуть оброблятися інкрементно з часом.
• Пріоритезація: Fiber дозволяє React пріоритезувати різні типи оновлень, забезпечуючи обробку критичних оновлень (наприклад, введення користувача) перед менш важливими оновленнями (наприклад, фонове отримання даних).
• Покращена обробка помилок: Fiber полегшує обробку помилок під час рендерингу, оскільки дозволяє React відкатуватися до попереднього стабільного стану у разі виникнення помилки.

Робочий цикл: Як Fiber забезпечує паралельність

Робочий цикл (work loop) — це механізм, який керує паралельним рендерингом. Це рекурсивна функція, яка проходить через дерево Fiber, виконуючи роботу над кожним вузлом Fiber та інкрементно оновлюючи UI. Робочий цикл відповідає за такі завдання:

• Вибір наступного вузла Fiber для обробки.
• Виконання роботи над Fiber (наприклад, обчислення нового стану, порівняння пропсів, рендеринг компонента).
• Оновлення дерева Fiber результатами роботи.
• Планування виконання подальшої роботи.

Фази робочого циклу

Робочий цикл складається з двох основних фаз:

1. Фаза рендерингу (Render Phase), також відома як Фаза узгодження (Reconciliation Phase): Ця фаза відповідає за побудову дерева Fiber "в роботі". Під час цієї фази React проходить через дерево Fiber, порівнюючи поточне дерево з бажаним станом і визначаючи, які зміни потрібно внести. Ця фаза є асинхронною та переривчастою. Вона визначає, що *потрібно* змінити в DOM.
2. Фаза коміту (Commit Phase): Ця фаза відповідає за застосування змін до фактичного DOM. Під час цієї фази React оновлює вузли DOM, додає нові вузли та видаляє старі. Ця фаза є синхронною та непереривчастою. Вона *фактично* змінює DOM.

Як робочий цикл забезпечує паралельність

Ключ до паралельного рендерингу полягає в тому, що Фаза рендерингу є асинхронною та переривчастою. Це означає, що React може призупинити Фазу рендерингу в будь-який момент, щоб дозволити браузеру обробляти інші завдання, такі як введення користувача або мережеві запити. Коли браузер вільний, React може відновити Фазу рендерингу з того місця, де зупинився.

Ця здатність призупиняти та відновлювати Фазу рендерингу дозволяє React чергувати завдання рендерингу з іншими операціями браузера, запобігаючи блокуванню головної нитки та забезпечуючи більш чутливий користувацький досвід. Фаза коміту, з іншого боку, повинна бути синхронною для забезпечення узгодженості UI. Однак Фаза коміту зазвичай набагато швидша за Фазу рендерингу, тому вона зазвичай не викликає вузьких місць у продуктивності.

Пріоритезація в робочому циклі

React використовує алгоритм планування на основі пріоритетів для визначення того, які вузли Fiber обробляти першими. Цей алгоритм призначає рівень пріоритету кожному оновленню на основі його важливості. Наприклад, оновлення, викликані введенням користувача, зазвичай мають вищий пріоритет, ніж оновлення, викликані фоновим отриманням даних.

Робочий цикл завжди обробляє вузли Fiber з найвищим пріоритетом першими. Це гарантує, що критичні оновлення обробляються швидко, забезпечуючи чутливий користувацький досвід. Менш важливі оновлення обробляються у фоновому режимі, коли браузер вільний.

Ця система пріоритезації має вирішальне значення для підтримки плавного користувацького досвіду, особливо в складних додатках з численними одночасними оновленнями. Розгляньте сценарій, коли користувач набирає текст у полі пошуку, в той час як додаток отримує та відображає список запропонованих термінів пошуку. Оновлення, пов'язані з введенням користувача, повинні мати пріоритет, щоб поле пошуку залишалося чутливим, тоді як оновлення, пов'язані із запропонованими термінами пошуку, можуть оброблятися у фоновому режимі.

Практичні приклади паралельного рендерингу в дії

Розгляньмо кілька практичних прикладів того, як паралельний рендеринг може покращити продуктивність та користувацький досвід React-додатків.

1. Дебаунсинг введення користувача

Розглянемо поле пошуку, яке відображає результати пошуку під час введення тексту користувачем. Без паралельного рендерингу кожен натиск клавіші міг би викликати повторний рендеринг усього списку результатів пошуку, що призвело б до проблем з продуктивністю та неплавного користувацького досвіду.

З паралельним рендерингом ми можемо використовувати дебаунсинг, щоб відкласти рендеринг результатів пошуку доти, доки користувач не перестане набирати текст протягом короткого періоду. Це дозволяє React пріоритезувати введення користувача та запобігти нечутливості UI.

Ось спрощений приклад:

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

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

 const debouncedSearch = useCallback(
 debounce((value) => {
 // Тут виконайте логіку пошуку
 console.log('Searching for:', value);
 }, 300),
 []
 );

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

 return (
 
 );
}

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

export default SearchBar;

У цьому прикладі функція debounce відкладає виконання логіки пошуку доти, доки користувач не припинить введення протягом 300 мілісекунд. Це гарантує, що результати пошуку будуть відрендерені лише за потреби, покращуючи продуктивність програми.

2. Ліниве завантаження зображень

Завантаження великих зображень може суттєво вплинути на час початкового завантаження веб-сторінки. Завдяки паралельному рендерингу ми можемо використовувати ліниве завантаження, щоб відкласти завантаження зображень доти, доки вони не стануть видимими у вікні перегляду.

Цей метод може значно покращити сприйману продуктивність програми, оскільки користувачеві не потрібно чекати завантаження всіх зображень, перш ніж він зможе почати взаємодіяти зі сторінкою.

Ось спрощений приклад використання бібліотеки react-lazyload:

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

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

export default ImageComponent;

У цьому прикладі компонент LazyLoad відкладає завантаження зображення доти, доки воно не стане видимим у вікні перегляду. Властивість placeholder дозволяє відобразити індикатор завантаження, поки зображення завантажується.

3. Suspense для отримання даних

React Suspense дозволяє "призупинити" рендеринг компонента під час очікування завантаження даних. Це особливо корисно для сценаріїв отримання даних, коли ви хочете відобразити індикатор завантаження під час очікування даних з API.

Suspense безшовно інтегрується з паралельним рендерингом, дозволяючи React пріоритезувати завантаження даних та запобігати нечутливості UI.

Ось спрощений приклад:

import React, { Suspense } from 'react';

// Помилкова функція отримання даних, яка повертає Promise
const fetchData = () => {
 return new Promise(resolve => {
 setTimeout(() => {
 resolve({ data: 'Data loaded!' });
 }, 2000);
 });
};

// React-компонент, який використовує Suspense
function MyComponent() {
 const resource = fetchData();
 return (
 Loading...