Керування пріоритетними смугами в React Fiber: глибоке занурення в контроль рендерингу

У світі веб-розробки користувацький досвід є найважливішим. Миттєве зависання, уривчаста анімація або поле введення із затримкою можуть стати різницею між задоволеним і розчарованим користувачем. Роками розробники боролися з однопотоковою природою браузера, щоб створювати плавні, чутливі додатки. З появою архітектури Fiber у React 16 та її повною реалізацією з конкурентними можливостями в React 18, правила гри кардинально змінилися. React еволюціонував від бібліотеки, яка просто рендерить UI, до такої, що інтелектуально планує оновлення UI.

Цей глибокий аналіз досліджує серце цієї еволюції: керування пріоритетними смугами в React Fiber. Ми роз'яснимо, як React вирішує, що рендерити зараз, що може почекати, і як він жонглює кількома оновленнями стану, не заморожуючи користувацький інтерфейс. Це не просто академічна вправа; розуміння цих основних принципів дає вам змогу створювати швидші, розумніші та стійкіші додатки для глобальної аудиторії.

Від Stack Reconciler до Fiber: «Чому» стоїть за переписуванням

Щоб оцінити інновацію Fiber, ми повинні спочатку зрозуміти обмеження його попередника — Stack Reconciler. До React 16 процес узгодження (reconciliation) — алгоритм, який React використовує для порівняння одного дерева з іншим, щоб визначити, що змінити в DOM, — був синхронним і рекурсивним. Коли стан компонента оновлювався, React проходив по всьому дереву компонентів, обчислював зміни та застосовував їх до DOM в одній безперервній послідовності.

Для невеликих додатків це було нормально. Але для складних UI з глибокими деревами компонентів цей процес міг зайняти значну кількість часу — скажімо, понад 16 мілісекунд. Оскільки JavaScript є однопотоковим, тривале завдання узгодження блокувало б основний потік. Це означало, що браузер не міг обробляти інші критичні завдання, такі як:

• Реагування на введення користувача (наприклад, набір тексту або кліки).
• Виконання анімацій (на основі CSS або JavaScript).
• Виконання іншої чутливої до часу логіки.

Результатом стало явище, відоме як «jank» — уривчастий, нечутливий користувацький досвід. Stack Reconciler працював як одноколійна залізниця: як тільки поїзд (оновлення рендеру) починав свій шлях, він мав доїхати до кінця, і жоден інший поїзд не міг використовувати колію. Ця блокуюча природа стала основною мотивацією для повного переписування основного алгоритму React.

Основна ідея React Fiber полягала в тому, щоб переосмислити узгодження як щось, що можна розбити на менші частини роботи. Замість одного монолітного завдання, рендеринг можна було призупинити, відновити і навіть скасувати. Цей перехід від синхронного до асинхронного, планованого процесу дозволяє React повертати контроль основному потоку браузера, гарантуючи, що високопріоритетні завдання, як-от введення користувача, ніколи не блокуються. Fiber перетворив одноколійну залізницю на багатосмугове шосе з експрес-смугами для високопріоритетного трафіку.

Що таке «Fiber»? Будівельний блок конкурентності

По суті, «fiber» — це об'єкт JavaScript, що представляє одиницю роботи. Він містить інформацію про компонент, його вхідні дані (props) та вихідні дані (children). Ви можете думати про fiber як про віртуальний фрейм стека. У старому Stack Reconciler для керування рекурсивним обходом дерева використовувався стек викликів браузера. З Fiber, React реалізує власний віртуальний стек, представлений зв'язаним списком вузлів fiber. Це дає React повний контроль над процесом рендерингу.

Кожен елемент у вашому дереві компонентів має відповідний вузол fiber. Ці вузли пов'язані між собою, утворюючи дерево fiber, яке віддзеркалює структуру дерева компонентів. Вузол fiber містить важливу інформацію, зокрема:

• type та key: Ідентифікатори компонента, схожі на ті, що ви бачите в елементі React.
• child: Вказівник на перший дочірній fiber.
• sibling: Вказівник на наступний сестринський fiber.
• return: Вказівник на батьківський fiber (шлях «повернення» після завершення роботи).
• pendingProps та memoizedProps: Пропси з попереднього та наступного рендерів, що використовуються для порівняння.
• stateNode: Посилання на фактичний вузол DOM, екземпляр класу або базовий елемент платформи.
• effectTag: Бітова маска, що описує роботу, яку необхідно виконати (наприклад, Placement, Update, Deletion).

Ця структура дозволяє React обходити дерево, не покладаючись на нативну рекурсію. Він може почати роботу над одним fiber, призупинити її, а потім відновити пізніше, не втрачаючи свого місця. Ця здатність призупиняти та відновлювати роботу є фундаментальним механізмом, який уможливлює всі конкурентні можливості React.

Серце системи: планувальник та рівні пріоритетів

Якщо fiber'и — це одиниці роботи, то планувальник (Scheduler) — це мозок, який вирішує, яку роботу виконувати і коли. React не просто починає рендеринг негайно після зміни стану. Натомість він призначає рівень пріоритету оновленню і просить планувальника обробити його. Потім планувальник взаємодіє з браузером, щоб знайти найкращий час для виконання роботи, гарантуючи, що вона не блокує важливіші завдання.

Спочатку ця система використовувала набір дискретних рівнів пріоритету. Хоча сучасна реалізація (модель смуг, Lane model) є більш витонченою, розуміння цих концептуальних рівнів є чудовою відправною точкою:

• ImmediatePriority: Це найвищий пріоритет, зарезервований для синхронних оновлень, які повинні відбуватися негайно. Класичним прикладом є контрольоване поле введення. Коли користувач вводить текст у поле, UI повинен миттєво відобразити цю зміну. Якби це було відкладено навіть на кілька мілісекунд, введення здавалося б загальмованим.
• UserBlockingPriority: Це для оновлень, що виникають внаслідок дискретних дій користувача, як-от натискання кнопки або дотик до екрана. Вони повинні здаватися миттєвими для користувача, але можуть бути відкладені на дуже короткий період, якщо це необхідно. Більшість обробників подій запускають оновлення з цим пріоритетом.
• NormalPriority: Це пріоритет за замовчуванням для більшості оновлень, наприклад, тих, що походять від запитів даних (`useEffect`) або навігації. Ці оновлення не повинні бути миттєвими, і React може запланувати їх, щоб уникнути втручання в дії користувача.
• LowPriority: Це для оновлень, які не є чутливими до часу, наприклад, рендеринг контенту за межами екрана або аналітичні події.
• IdlePriority: Найнижчий пріоритет, для роботи, яку можна виконати лише тоді, коли браузер повністю вільний. Він рідко використовується безпосередньо кодом додатка, але використовується всередині для таких речей, як логування або попередні обчислення майбутньої роботи.

React автоматично призначає правильний пріоритет залежно від контексту оновлення. Наприклад, оновлення всередині обробника події `click` планується як `UserBlockingPriority`, тоді як оновлення всередині `useEffect` зазвичай має `NormalPriority`. Ця інтелектуальна, контекстно-залежна пріоритезація робить React швидким «з коробки».

Теорія смуг (Lane Theory): сучасна модель пріоритетів

У міру того, як конкурентні можливості React ставали все більш досконалими, проста числова система пріоритетів виявилася недостатньою. Вона не могла витончено обробляти складні сценарії, такі як кілька оновлень різних пріоритетів, переривання та пакетування. Це призвело до розробки моделі смуг (Lane model).

Замість одного числа пріоритету, уявіть собі набір з 31 «смуги». Кожна смуга представляє окремий пріоритет. Це реалізовано як бітова маска — 31-бітове ціле число, де кожен біт відповідає смузі. Цей підхід з бітовою маскою є високоефективним і дозволяє виконувати потужні операції:

• Представлення кількох пріоритетів: Одна бітова маска може представляти набір пріоритетів, що очікують на виконання. Наприклад, якщо на компоненті очікують оновлення `UserBlocking` та `Normal`, його властивість `lanes` матиме біти для обох цих пріоритетів, встановлені в 1.
• Перевірка на перетин: Бітові операції дозволяють тривіально перевірити, чи перетинаються два набори смуг, або чи є один набір підмножиною іншого. Це використовується для визначення, чи можна нове оновлення об'єднати в пакет з існуючою роботою.
• Пріоритезація роботи: React може швидко визначити смугу з найвищим пріоритетом у наборі очікуючих смуг і вирішити працювати лише над нею, ігноруючи наразі роботу з нижчим пріоритетом.

Аналогією може слугувати басейн з 31 доріжкою. Термінове оновлення, як професійний плавець, отримує високопріоритетну доріжку і може рухатися без перешкод. Кілька нетермінових оновлень, як звичайні плавці, можуть бути об'єднані разом на доріжці з нижчим пріоритетом. Якщо раптом з'являється професійний плавець, рятувальники (планувальник) можуть призупинити звичайних плавців, щоб дати пріоритетному плавцю пропливти. Модель смуг дає React дуже гранулярну та гнучку систему для управління цією складною координацією.

Двофазний процес узгодження (Reconciliation)

Магія React Fiber реалізується через його двофазну архітектуру коміту. Цей поділ дозволяє рендерингу бути перериваним без спричинення візуальних невідповідностей.

Фаза 1: Фаза рендерингу/узгодження (асинхронна та переривана)

Саме тут React виконує важку роботу. Починаючи з кореня дерева компонентів, React обходить вузли fiber у циклі `workLoop`. Для кожного fiber він визначає, чи потрібно його оновлювати. Він викликає ваші компоненти, порівнює нові елементи зі старими fiber'ами та створює список побічних ефектів (наприклад, «додати цей вузол DOM», «оновити цей атрибут», «видалити цей компонент»).

Ключовою особливістю цієї фази є те, що вона асинхронна і може бути перервана. Після обробки кількох fiber'ів React перевіряє, чи не вичерпав він свій виділений часовий проміжок (зазвичай кілька мілісекунд) за допомогою внутрішньої функції `shouldYield`. Якщо сталася подія з вищим пріоритетом (наприклад, введення користувача) або якщо його час вийшов, React призупинить свою роботу, збереже свій прогрес у дереві fiber і поверне контроль основному потоку браузера. Як тільки браузер знову стане вільним, React може продовжити роботу з того місця, де зупинився.

Протягом усієї цієї фази жодні зміни не застосовуються до DOM. Користувач бачить старий, послідовний UI. Це критично важливо — якби React застосовував зміни поступово, користувач побачив би зламаний, наполовину відрендерений інтерфейс. Усі мутації обчислюються та збираються в пам'яті, очікуючи на фазу коміту.

Фаза 2: Фаза коміту (синхронна та безперервна)

Як тільки фаза рендерингу завершена для всього оновленого дерева без переривань, React переходить до фази коміту. У цій фазі він бере список зібраних побічних ефектів і застосовує їх до DOM.

Ця фаза є синхронною і не може бути перервана. Вона повинна виконуватися одним швидким ривком, щоб забезпечити атомарне оновлення DOM. Це запобігає тому, щоб користувач коли-небудь побачив неузгоджений або частково оновлений UI. Саме тоді React запускає методи життєвого циклу, такі як `componentDidMount` та `componentDidUpdate`, а також хук `useLayoutEffect`. Оскільки ця фаза синхронна, слід уникати довготривалого коду в `useLayoutEffect`, оскільки він може блокувати відмальовування.

Після завершення фази коміту та оновлення DOM, React планує асинхронний запуск хуків `useEffect`. Це гарантує, що будь-який код всередині `useEffect` (наприклад, отримання даних) не блокує браузер від відмальовування оновленого UI на екрані.

Практичні наслідки та контроль через API

Розуміння теорії — це чудово, але як розробники в глобальних командах можуть використовувати цю потужну систему? React 18 представив кілька API, які дають розробникам прямий контроль над пріоритетом рендерингу.

Автоматичне пакетування (Batching)

У React 18 всі оновлення стану автоматично пакетуються, незалежно від того, звідки вони походять. Раніше пакетувалися лише оновлення всередині обробників подій React. Оновлення всередині промісів, `setTimeout`, або нативних обробників подій викликали б кожне окремий повторний рендеринг. Тепер, завдяки планувальнику, React чекає «тік» і об'єднує всі оновлення стану, що відбуваються протягом цього тіку, в один оптимізований повторний рендеринг. Це зменшує кількість непотрібних рендерів і покращує продуктивність за замовчуванням.

API startTransition

Це, мабуть, найважливіший API для керування пріоритетом рендерингу. `startTransition` дозволяє вам позначити певне оновлення стану як нетермінове або «перехід» (transition).

Уявіть поле для пошуку. Коли користувач вводить текст, мають відбутися дві речі: 1. Саме поле введення повинно оновитися, щоб показати новий символ (високий пріоритет). 2. Список результатів пошуку має бути відфільтрований та повторно відрендерений, що може бути повільною операцією (низький пріоритет).

Без `startTransition` обидва оновлення мали б однаковий пріоритет, і повільний рендеринг списку міг би спричинити затримку в полі введення, створюючи поганий користувацький досвід. Обгортаючи оновлення списку в `startTransition`, ви говорите React: «Це оновлення не є критичним. Нормально продовжувати показувати старий список на мить, поки ти готуєш новий. Пріоритезуй чутливість поля введення».

Ось практичний приклад:

import { useState, useTransition } from 'react'; function SearchPage() { const [isPending, startTransition] = useTransition(); const [inputValue, setInputValue] = useState(''); const [searchQuery, setSearchQuery] = useState(''); const handleInputChange = (e) => { // Високопріоритетне оновлення: негайно оновити поле введення setInputValue(e.target.value); // Низькопріоритетне оновлення: обернути повільне оновлення стану в перехід startTransition(() => { setSearchQuery(e.target.value); }); }; return (

); }

У цьому коді `setInputValue` є високопріоритетним оновленням, що гарантує, що поле введення ніколи не гальмує. `setSearchQuery`, який викликає повторний рендеринг потенційно повільного компонента `SearchResults`, позначено як перехід. React може перервати цей перехід, якщо користувач знову почне вводити текст, відкидаючи застарілу роботу з рендерингу і починаючи заново з новим запитом. Прапорець `isPending`, що надається хуком `useTransition`, є зручним способом показати користувачеві стан завантаження під час цього переходу.

Хук useDeferredValue

`useDeferredValue` пропонує інший спосіб досягнення схожого результату. Він дозволяє відкласти повторний рендеринг некритичної частини дерева. Це схоже на застосування debounce, але набагато розумніше, оскільки воно інтегроване безпосередньо з планувальником React.

Він приймає значення і повертає нову копію цього значення, яка буде «відставати» від оригіналу під час рендерингу. Якщо поточний рендеринг був викликаний терміновим оновленням (наприклад, введенням користувача), React спочатку відрендерить зі старим, відкладеним значенням, а потім запланує повторний рендеринг з новим значенням з нижчим пріоритетом.

Давайте переробимо приклад з пошуком, використовуючи `useDeferredValue`:

import { useState, useDeferredValue } from 'react'; function SearchPage() { const [query, setQuery] = useState(''); const deferredQuery = useDeferredValue(query); const handleInputChange = (e) => { setQuery(e.target.value); }; return (

); }

Тут `input` завжди актуальний з останнім `query`. Однак `SearchResults` отримує `deferredQuery`. Коли користувач швидко вводить текст, `query` оновлюється при кожному натисканні клавіші, але `deferredQuery` буде утримувати своє попереднє значення, доки у React не з'явиться вільна хвилинка. Це ефективно знижує пріоритет рендерингу списку, зберігаючи плинність UI.

Візуалізація пріоритетних смуг: ментальна модель

Давайте розглянемо складний сценарій, щоб закріпити цю ментальну модель. Уявіть собі додаток соціальної мережі:

1. Початковий стан: Користувач прокручує довгий список дописів. Це викликає оновлення з `NormalPriority` для рендерингу нових елементів, коли вони з'являються в полі зору.
2. Високопріоритетне переривання: Під час прокрутки користувач вирішує ввести коментар у поле для коментарів до допису. Ця дія викликає оновлення з `ImmediatePriority` для поля введення.
3. Конкурентна низькопріоритетна робота: Поле для коментарів може мати функцію, що показує живий попередній перегляд форматованого тексту. Рендеринг цього попереднього перегляду може бути повільним. Ми можемо обернути оновлення стану для попереднього перегляду в `startTransition`, роблячи його оновленням з `LowPriority`.
4. Фонове оновлення: Одночасно завершується фоновий запит `fetch` на нові дописи, що викликає ще одне оновлення стану з `NormalPriority` для додавання банера «Доступні нові дописи» вгорі стрічки.

Ось як планувальник React керував би цим трафіком:

1. React негайно призупиняє роботу з рендерингу прокрутки з `NormalPriority`.
2. Він миттєво обробляє оновлення поля введення з `ImmediatePriority`. Введення тексту користувачем відчувається абсолютно чутливим.
3. Він починає роботу над рендерингом попереднього перегляду коментаря з `LowPriority` у фоновому режимі.
4. Запит `fetch` повертається, плануючи оновлення для банера з `NormalPriority`. Оскільки це має вищий пріоритет, ніж попередній перегляд коментаря, React призупинить рендеринг попереднього перегляду, попрацює над оновленням банера, закомітить його в DOM, а потім відновить рендеринг попереднього перегляду, коли матиме вільний час.
5. Як тільки всі взаємодії з користувачем та завдання з вищим пріоритетом будуть завершені, React відновить початкову роботу з рендерингу прокрутки з `NormalPriority` з того місця, де зупинився.

Це динамічне призупинення, пріоритезація та відновлення роботи є суттю керування пріоритетними смугами. Це гарантує, що сприйняття продуктивності користувачем завжди оптимізовано, оскільки найкритичніші взаємодії ніколи не блокуються менш критичними фоновими завданнями.

Глобальний вплив: більше, ніж просто швидкість

Переваги моделі конкурентного рендерингу React виходять за рамки простого прискорення додатків. Вони мають відчутний вплив на ключові бізнес- та продуктові метрики для глобальної бази користувачів.

• Доступність: Чутливий UI — це доступний UI. Коли інтерфейс зависає, це може дезорієнтувати та зробити його непридатним для використання для всіх користувачів, але це особливо проблематично для тих, хто покладається на допоміжні технології, такі як екранні зчитувачі, які можуть втратити контекст або перестати реагувати.
• Утримання користувачів: У конкурентному цифровому ландшафті продуктивність — це функція. Повільні, уривчасті додатки призводять до розчарування користувачів, вищих показників відмов та нижчої залученості. Плавний досвід є основною очікуваною вимогою до сучасного програмного забезпечення.
• Досвід розробника (Developer Experience): Вбудовуючи ці потужні примітиви планування в саму бібліотеку, React дозволяє розробникам створювати складні, продуктивні UI більш декларативно. Замість ручної реалізації складної логіки debouncing, throttling або `requestIdleCallback`, розробники можуть просто сигналізувати про свій намір React за допомогою API, як-от `startTransition`, що призводить до чистішого та легшого в обслуговуванні коду.

Практичні поради для глобальних команд розробників

• Прийміть конкурентність: Переконайтеся, що ваша команда використовує React 18 і розуміє нові конкурентні можливості. Це зміна парадигми.
• Визначайте переходи (Transitions): Проведіть аудит вашого додатка на наявність оновлень UI, які не є терміновими. Обгортайте відповідні оновлення стану в `startTransition`, щоб запобігти блокуванню ними більш критичних взаємодій.
• Відкладайте важкі рендери: Для компонентів, які повільно рендеряться і залежать від даних, що швидко змінюються, використовуйте `useDeferredValue`, щоб знизити пріоритет їхнього повторного рендерингу та зберегти решту додатка чутливою.
• Профілюйте та вимірюйте: Використовуйте профайлер React DevTools для візуалізації того, як рендеряться ваші компоненти. Профайлер оновлений для конкурентного React і може допомогти вам визначити, які оновлення перериваються, а які спричиняють вузькі місця в продуктивності.
• Навчайте та поширюйте знання: Просувайте ці концепції у вашій команді. Створення продуктивних додатків — це колективна відповідальність, і спільне розуміння планувальника React є вирішальним для написання оптимального коду.

Висновок

React Fiber та його пріоритетний планувальник є монументальним кроком уперед в еволюції фронтенд-фреймворків. Ми перейшли від світу блокуючого, синхронного рендерингу до нової парадигми кооперативного, перериваного планування. Розбиваючи роботу на керовані частини (fiber'и) та використовуючи складну модель смуг для пріоритезації цієї роботи, React може гарантувати, що взаємодії, з якими стикається користувач, завжди обробляються в першу чергу, створюючи додатки, які відчуваються плинними та миттєвими, навіть при виконанні складних завдань у фоновому режимі.

Для розробників оволодіння такими концепціями, як переходи (transitions) та відкладені значення (deferred values), більше не є необов'язковою оптимізацією — це ключова компетенція для створення сучасних, високопродуктивних веб-додатків. Розуміючи та використовуючи керування пріоритетними смугами React, ви можете забезпечити винятковий користувацький досвід для глобальної аудиторії, створюючи інтерфейси, які є не просто функціональними, а й справді приємними у використанні.