React Fiber Architecture: Розуміння процесу узгодження

React революціонізував фронтенд-розробку завдяки своїй компонентній архітектурі та декларативній моделі програмування. В основі ефективності React лежить процес узгодження – механізм, за допомогою якого React оновлює фактичний DOM, щоб відобразити зміни в дереві компонентів. Цей процес зазнав значної еволюції, кульмінацією якої стала архітектура Fiber. Ця стаття надає вичерпне розуміння React Fiber та її впливу на узгодження.

Що таке узгодження?

Узгодження – це алгоритм, який React використовує для порівняння попереднього віртуального DOM з новим віртуальним DOM і визначення мінімального набору змін, необхідних для оновлення фактичного DOM. Віртуальний DOM – це представлення UI в пам’яті. Коли стан компонента змінюється, React створює нове дерево віртуального DOM. Замість безпосередньо маніпулювати фактичним DOM, що є повільним процесом, React порівнює нове дерево віртуального DOM з попереднім і визначає відмінності. Цей процес називається diffing.

Процес узгодження керується двома основними припущеннями:

• Елементи різних типів створюватимуть різні дерева.
• Розробник може натякнути, які дочірні елементи можуть бути стабільними під час різних рендерів, за допомогою пропсу key.

Традиційне узгодження (до Fiber)

У початковій реалізації React процес узгодження був синхронним і неподільним. Це означало, що як тільки React починав процес порівняння віртуального DOM і оновлення фактичного DOM, його не можна було перервати. Це могло призвести до проблем з продуктивністю, особливо в складних додатках з великими деревами компонентів. Якщо оновлення компонента займало багато часу, браузер ставав нечутливим, що призводило до поганого досвіду користувача. Це часто називають проблемою "jank".

Уявіть собі складний веб-сайт електронної комерції, який відображає каталог продуктів. Якщо користувач взаємодіє з фільтром, що запускає повторне рендеринг каталогу, синхронний процес узгодження може заблокувати основний потік, роблячи інтерфейс користувача нечутливим, доки весь каталог не буде повторно відрендерено. Це може зайняти кілька секунд, викликаючи розчарування у користувача.

Представляємо React Fiber

React Fiber – це повне переписування алгоритму узгодження React, представлене в React 16. Його основна мета – покращити чуйність і сприйняття продуктивності програм React, особливо в складних сценаріях. Fiber досягає цього, розбиваючи процес узгодження на менші, переривчасті одиниці роботи.

Ключові концепції React Fiber:

• Fibers: Fiber – це об’єкт JavaScript, який представляє одиницю роботи. Він містить інформацію про компонент, його вхідні дані та його вихідні дані. Кожен компонент React має відповідний fiber.
• WorkLoop: Work loop – це цикл, який ітерується по дереву fiber і виконує необхідну роботу для кожного fiber.
• Scheduling: Планувальник вирішує, коли почати, призупинити, відновити або відмовитися від одиниці роботи на основі пріоритету.

Переваги архітектури Fiber

Архітектура Fiber надає кілька значних переваг:

• Переривчасте узгодження: Fiber дозволяє React призупиняти та відновлювати процес узгодження, запобігаючи блокуванню основного потоку довготривалими завданнями. Це гарантує, що інтерфейс користувача залишається чутливим навіть під час складних оновлень.
• Оновлення на основі пріоритетів: Fiber дозволяє React визначати пріоритет різних типів оновлень. Наприклад, взаємодіям користувача, таким як введення тексту або кліки, можна надати вищий пріоритет, ніж фоновим завданням, таким як отримання даних. Це гарантує, що найважливіші оновлення обробляються першими.
• Асинхронний рендеринг: Fiber дозволяє React виконувати рендеринг асинхронно. Це означає, що React може почати рендеринг компонента, а потім призупинити, щоб дозволити браузеру обробляти інші завдання, такі як введення даних користувачем або анімація. Це покращує загальну продуктивність і чуйність програми.
• Покращена обробка помилок: Fiber забезпечує кращу обробку помилок під час процесу узгодження. Якщо під час рендерингу виникає помилка, React може відновитися більш витончено та запобігти збою всієї програми.

Розглянемо програму для спільної роботи над документами. За допомогою Fiber зміни, внесені різними користувачами, можна обробляти з різними пріоритетами. Введення тексту в режимі реального часу від поточного користувача отримує найвищий пріоритет, забезпечуючи негайний зворотний зв’язок. Оновлення від інших користувачів або фонове автоматичне збереження можна обробляти з нижчим пріоритетом, мінімізуючи перешкоди для досвіду активного користувача.

Розуміння структури Fiber

Кожен компонент React представлений вузлом Fiber. Вузол Fiber містить інформацію про тип компонента, пропси, стан і його зв’язки з іншими вузлами Fiber у дереві. Ось деякі важливі властивості вузла Fiber:

• type: Тип компонента (наприклад, функціональний компонент, компонент класу, елемент DOM).
• key: Пропс key, переданий компоненту.
• props: Пропси, передані компоненту.
• stateNode: Екземпляр компонента (для компонентів класу) або null (для функціональних компонентів).
• child: Вказівник на перший дочірній вузол Fiber.
• sibling: Вказівник на наступний братній вузол Fiber.
• return: Вказівник на батьківський вузол Fiber.
• alternate: Вказівник на вузол Fiber, що представляє попередній стан компонента.
• effectTag: Прапорець, що вказує тип оновлення, яке потрібно виконати в DOM.

Властивість alternate особливо важлива. Це дозволяє React відстежувати попередній і поточний стани компонента. Під час процесу узгодження React порівнює поточний вузол Fiber з його alternate, щоб визначити зміни, які потрібно внести до DOM.

Алгоритм WorkLoop

Робочий цикл є ядром архітектури Fiber. Він відповідає за обхід дерева fiber і виконання необхідної роботи для кожного fiber. Робочий цикл реалізований як рекурсивна функція, яка обробляє fiber один за одним.

Робочий цикл складається з двох основних фаз:

• Фаза рендерингу: Під час фази рендерингу React проходить дерево fiber і визначає зміни, які потрібно внести в DOM. Ця фаза є переривчастою, тобто React може призупинити та відновити її в будь-який час.
• Фаза Commit: Під час фази commit React застосовує зміни до DOM. Ця фаза не є переривчастою, тобто React повинен завершити її після її початку.

Фаза рендерингу в деталях

Фазу рендерингу можна додатково розділити на дві підфази:

• beginWork: Функція beginWork відповідає за обробку поточного вузла Fiber і створення дочірніх вузлів Fiber. Вона визначає, чи потрібно оновити компонент, і, якщо так, створює нові вузли Fiber для його дочірніх елементів.
• completeWork: Функція completeWork відповідає за обробку поточного вузла Fiber після обробки його дочірніх елементів. Вона оновлює DOM і обчислює макет компонента.

Функція beginWork виконує такі завдання:

1. Перевіряє, чи потрібно оновити компонент.
2. Якщо компонент потрібно оновити, він порівнює нові пропси та стан із попередніми пропсами та станом, щоб визначити зміни, які потрібно внести.
3. Створює нові вузли Fiber для дочірніх елементів компонента.
4. Встановлює властивість effectTag на вузлі Fiber, щоб вказати тип оновлення, яке потрібно виконати в DOM.

Функція completeWork виконує такі завдання:

1. Оновлює DOM змінами, які були визначені під час функції beginWork.
2. Обчислює макет компонента.
3. Збирає побічні ефекти, які потрібно виконати після фази commit.

Фаза Commit в деталях

Фаза commit відповідає за застосування змін до DOM. Ця фаза не є переривчастою, тобто React повинен завершити її після її початку. Фаза commit складається з трьох підфаз:

• beforeMutation: Ця фаза виконується перед мутацією DOM. Вона використовується для виконання таких завдань, як підготовка DOM до оновлень.
• mutation: На цій фазі виконуються фактичні мутації DOM. React оновлює DOM на основі властивості effectTag вузлів Fiber.
• layout: Ця фаза виконується після мутації DOM. Вона використовується для виконання таких завдань, як оновлення макета компонента та запуск методів життєвого циклу.

Практичні приклади та фрагменти коду

Проілюструємо процес узгодження Fiber на спрощеному прикладі. Розглянемо компонент, який відображає список елементів:

```javascript function ItemList({ items }) { return (

{items.map(item => (
• {item.name}
))}

); } ```

Коли змінюється пропс items, React потрібно узгодити список і відповідно оновити DOM. Ось як Fiber оброблятиме це:

1. Фаза рендерингу: Функція beginWork порівняє новий масив items з попереднім масивом items. Вона визначить, які елементи було додано, видалено або оновлено.
2. Нові вузли Fiber будуть створені для доданих елементів, а effectTag буде встановлено, щоб вказати, що ці елементи потрібно вставити в DOM.
3. Вузли Fiber для видалених елементів будуть позначені для видалення.
4. Вузли Fiber для оновлених елементів будуть оновлені новими даними.
5. Фаза Commit: Фаза commit потім застосує ці зміни до фактичного DOM. Додані елементи будуть вставлені, видалені елементи будуть видалені, а оновлені елементи будуть змінені.

Використання пропсу key має вирішальне значення для ефективного узгодження. Без пропсу key React довелося б повторно відрендерити весь список кожного разу, коли змінюється масив items. З пропсом key React може швидко визначити, які елементи було додано, видалено або оновлено, і оновити лише ці елементи.

Наприклад, уявіть сценарій, коли змінюється порядок елементів у кошику для покупок. Якщо кожен елемент має унікальний key (наприклад, ідентифікатор продукту), React може ефективно змінити порядок елементів у DOM, не повторюючи рендеринг їх повністю. Це значно покращує продуктивність, особливо для великих списків.

Планування та пріоритезація

Однією з ключових переваг Fiber є його здатність планувати та пріоритезувати оновлення. React використовує планувальник, щоб визначити, коли почати, призупинити, відновити або відмовитися від одиниці роботи на основі її пріоритету. Це дозволяє React визначати пріоритет взаємодій користувача та забезпечувати чуйність інтерфейсу користувача навіть під час складних оновлень.

React надає кілька API для планування оновлень з різними пріоритетами:

• React.render: Планує оновлення з пріоритетом за замовчуванням.
• ReactDOM.unstable_deferredUpdates: Планує оновлення з нижчим пріоритетом.
• ReactDOM.unstable_runWithPriority: Дозволяє явно вказати пріоритет оновлення.

Наприклад, ви можете використовувати ReactDOM.unstable_deferredUpdates для планування оновлень, які не є критичними для користувацького досвіду, наприклад, відстеження аналітики або фонове отримання даних.

```javascript ReactDOM.unstable_deferredUpdates(() => { // Виконайте некритичні оновлення тут updateAnalyticsData(); }); ```

Обробка помилок з Fiber

Fiber забезпечує покращену обробку помилок під час процесу узгодження. Коли під час рендерингу виникає помилка, React може перехопити помилку та запобігти збою всієї програми. React використовує межі помилок для обробки помилок у контрольований спосіб.

Межа помилок – це компонент, який перехоплює помилки JavaScript будь-де у своєму дочірньому дереві компонентів, реєструє ці помилки та відображає резервний інтерфейс користувача замість дерева компонентів, що вийшло з ладу. Межі помилок перехоплюють помилки під час рендерингу, у методах життєвого циклу та в конструкторах всього дерева під ними.

```javascript class ErrorBoundary extends React.Component { constructor(props) { super(props); this.state = { hasError: false }; } static getDerivedStateFromError(error) { // Оновіть стан, щоб наступний рендеринг показав резервний інтерфейс користувача. return { hasError: true }; } componentDidCatch(error, errorInfo) { // Ви також можете зареєструвати помилку в службі звітування про помилки logErrorToMyService(error, errorInfo); } render() { if (this.state.hasError) { // Ви можете відрендерити будь-який користувацький резервний інтерфейс користувача return

Щось пішло не так.

; } return this.props.children; } } ```

Ви можете використовувати межі помилок, щоб обернути будь-який компонент, який може викликати помилку. Це гарантує, що ваша програма залишається стабільною, навіть якщо деякі компоненти не працюють.

```javascript ```

Налагодження Fiber

Налагодження програм React, які використовують Fiber, може бути складним, але є кілька інструментів і методів, які можуть допомогти. Розширення браузера React DevTools надає потужний набір інструментів для перевірки дерева компонентів, профілювання продуктивності та налагодження помилок.

React Profiler дозволяє записувати продуктивність вашої програми та визначати вузькі місця. Ви можете використовувати Profiler, щоб побачити, скільки часу потрібно кожному компоненту для рендерингу, і визначити компоненти, які викликають проблеми з продуктивністю.

React DevTools також надає перегляд дерева компонентів, який дозволяє перевіряти пропси, стан і вузол Fiber кожного компонента. Це може бути корисним для розуміння того, як структуровано дерево компонентів і як працює процес узгодження.

Висновок

Архітектура React Fiber представляє значне покращення порівняно з традиційним процесом узгодження. Розбиваючи процес узгодження на менші, переривчасті одиниці роботи, Fiber дозволяє React покращити чуйність і сприйняття продуктивності програм, особливо в складних сценаріях.

Розуміння ключових концепцій Fiber, таких як fiber, робочі цикли та планування, є важливим для створення високопродуктивних програм React. Використовуючи функції Fiber, ви можете створювати UI, які є більш чуйними, більш стійкими та забезпечують кращий досвід користувача.

Оскільки React продовжує розвиватися, Fiber залишатиметься фундаментальною частиною його архітектури. Слідкуючи за останніми розробками у Fiber, ви можете переконатися, що ваші програми React повною мірою використовують переваги продуктивності, які він надає.

Ось деякі ключові висновки:

• React Fiber – це повне переписування алгоритму узгодження React.
• Fiber дозволяє React призупиняти та відновлювати процес узгодження, запобігаючи блокуванню основного потоку довготривалими завданнями.
• Fiber дозволяє React визначати пріоритет різних типів оновлень.
• Fiber забезпечує кращу обробку помилок під час процесу узгодження.
• Пропс key має вирішальне значення для ефективного узгодження.
• Розширення браузера React DevTools надає потужний набір інструментів для налагодження програм Fiber.

Приймаючи React Fiber і розуміючи його принципи, розробники в усьому світі можуть створювати більш продуктивні та зручні веб-додатки, незалежно від їхнього місцезнаходження чи складності їхніх проектів.