Планування рендеру в React: опанування управління бюджетом кадру для підвищення продуктивності

У стрімкому світі веб-розробки забезпечення плавного та чутливого користувацького досвіду є першочерговим. React, популярна бібліотека JavaScript для створення користувацьких інтерфейсів, пропонує потужні механізми для управління оновленнями рендеру та оптимізації продуктивності. Розуміння того, як React планує рендери та керує бюджетом кадру, є ключовим для створення додатків, які працюють швидко та чутливо, незалежно від пристрою користувача чи його місцезнаходження. Цей вичерпний посібник досліджує тонкощі планування рендеру в React, надаючи практичні техніки для опанування управління бюджетом кадру та досягнення оптимальної продуктивності.

Розуміння конвеєра рендерингу

Перш ніж занурюватися в специфічні механізми планування рендеру в React, важливо зрозуміти фундаментальні кроки, що входять до конвеєра рендерингу браузера:

1. Виконання JavaScript: Браузер виконує код JavaScript, який може змінювати DOM (Document Object Model).
2. Обчислення стилів: Браузер обчислює стилі, які застосовуються до кожного елемента в DOM, на основі правил CSS.
3. Розмітка (Layout): Браузер обчислює позицію та розмір кожного елемента в дереві розмітки.
4. Відмальовування (Paint): Браузер відмальовує кожен елемент на екрані відповідно до обчислених стилів та розмітки.
5. Композиція (Composite): Браузер об'єднує відмальовані шари в остаточне зображення для відображення.

Кожен з цих кроків вимагає часу, і якщо браузер витрачає занадто багато часу на будь-який один крок, частота кадрів впаде, що призведе до смиканого або нечутливого користувацького досвіду. Типовою ціллю є виконання всіх цих кроків протягом 16.67 мілісекунд (мс), щоб досягти плавних 60 кадрів на секунду (FPS).

Важливість управління бюджетом кадру

Управління бюджетом кадру — це практика, яка гарантує, що браузер може виконати всі необхідні завдання рендерингу протягом відведеного часу для кожного кадру (зазвичай 16.67 мс). Коли завдання рендерингу перевищують бюджет кадру, браузер змушений пропускати кадри, що призводить до візуальних посмикувань та погіршення користувацького досвіду. Це особливо критично для:

• Складні взаємодії з UI: Анімації, переходи та обробка вводу користувача можуть викликати часті повторні рендери, потенційно перевантажуючи браузер.
• Додатки з великими обсягами даних: Додатки, що відображають великі набори даних або виконують складні обчислення, можуть навантажувати конвеєр рендерингу.
• Малопотужні пристрої: Мобільні пристрої та старі комп'ютери мають обмежену обчислювальну потужність, що робить їх більш вразливими до вузьких місць у продуктивності.
• Затримка мережі: Повільні мережеві з'єднання можуть затримувати завантаження даних, викликаючи затримки в рендерингу та відчуття браку чутливості. Розгляньте сценарії, де мережева інфраструктура значно відрізняється між розвиненими країнами та країнами, що розвиваються. Оптимізація під найменший спільний знаменник забезпечує найширшу доступність.

Планування рендеру в React: ключ до чутливості

React використовує складний механізм планування рендеру для оптимізації продуктивності та запобігання блокуванню основного потоку. Цей механізм, відомий як React Fiber, дозволяє React розбивати завдання рендерингу на менші, керовані частини та пріоритезувати їх на основі їхньої важливості.

Знайомство з React Fiber

React Fiber — це реалізація основного алгоритму узгодження React. Це повний перепис попереднього узгоджувача, який уможливлює інкрементний рендеринг. Ключові особливості React Fiber включають:

• Інкрементний рендеринг: React може розбивати роботу з рендерингу на менші одиниці та виконувати їх протягом кількох кадрів.
• Пріоритезація: React може пріоритезувати різні типи оновлень на основі їхньої важливості для користувацького досвіду.
• Призупинення та відновлення: React може призупинити роботу з рендерингу посеред кадру та відновити її пізніше, дозволяючи браузеру обробляти інші завдання.
• Переривання: React може перервати роботу з рендерингу, якщо вона більше не потрібна, наприклад, коли користувач переходить з поточної сторінки.

Як працює React Fiber

React Fiber вводить нову структуру даних під назвою "fiber" (волокно). Кожне волокно представляє одиницю роботи, яку потрібно виконати, наприклад, оновлення пропсів компонента або рендеринг нового елемента. React підтримує дерево волокон, що віддзеркалює дерево компонентів. Процес рендерингу включає обхід цього дерева волокон та виконання необхідних оновлень.

React використовує планувальник, щоб визначити, коли і як виконувати ці оновлення. Планувальник використовує комбінацію евристик та пріоритетів, наданих користувачем, щоб вирішити, які оновлення обробляти першими. Це дозволяє React пріоритезувати оновлення, які є найважливішими для користувацького досвіду, такі як реакція на ввід користувача або оновлення видимих елементів.

RequestAnimationFrame: допомога від браузера

React використовує API requestAnimationFrame для координації з конвеєром рендерингу браузера. requestAnimationFrame дозволяє React планувати виконання роботи з рендерингу під час простою браузера, забезпечуючи синхронізацію оновлень з частотою оновлення екрана.

Використовуючи requestAnimationFrame, React може уникнути блокування основного потоку та запобігти смиканим анімаціям. Браузер гарантує, що колбек, переданий в requestAnimationFrame, буде виконаний перед наступним перемальовуванням, що дозволяє React виконувати оновлення плавно та ефективно.

Техніки оптимізації планування рендеру в React

Хоча механізм планування рендеру в React є потужним, важливо розуміти, як ефективно його використовувати для оптимізації продуктивності. Ось кілька практичних технік для управління бюджетом кадру та покращення чутливості ваших додатків на React:

1. Мінімізуйте непотрібні повторні рендери

Однією з найпоширеніших причин вузьких місць у продуктивності в додатках на React є непотрібні повторні рендери. Коли компонент повторно рендериться, React повинен узгодити його віртуальний DOM з реальним DOM, що може бути обчислювально затратною операцією.

Щоб мінімізувати непотрібні повторні рендери, розгляньте наступні стратегії:

• Використовуйте React.memo: Обертайте функціональні компоненти в React.memo, щоб мемоізувати результат рендерингу. React.memo запобігатиме повторному рендерингу компонента, якщо його пропси не змінилися (за замовчуванням використовується поверхневе порівняння).
• Реалізуйте shouldComponentUpdate (для класових компонентів): У класових компонентах реалізуйте метод життєвого циклу shouldComponentUpdate, щоб умовно запобігати повторним рендерам на основі змін пропсів та стану.
• Використовуйте імутабельні структури даних: Імутабельні структури даних гарантують, що зміни даних створюють нові об'єкти, а не модифікують існуючі. Це дозволяє React легко виявляти зміни та уникати непотрібних повторних рендерів. Бібліотеки, такі як Immutable.js або Immer, можуть допомогти вам працювати з імутабельними даними в JavaScript.
• Уникайте вбудованих функцій у методі render: Створення нових функцій у методі render може викликати непотрібні повторні рендери, оскільки екземпляр функції змінюється при кожному рендері. Використовуйте useCallback для мемоізації екземплярів функцій.
• Оптимізуйте провайдери контексту: Зміни значень у провайдерах контексту можуть викликати повторні рендери всіх компонентів-споживачів. Ретельно проєктуйте свої провайдери контексту, щоб уникнути непотрібних оновлень. Розгляньте можливість розбиття великих контекстів на менші, більш специфічні контексти.

Приклад: Використання 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. Використовуйте Debounce та Throttle для обробників подій

Обробники подій, які спрацьовують швидко, такі як події прокрутки або зміни вводу, можуть викликати часті повторні рендери та впливати на продуктивність. Дебаунсинг (debouncing) та тротлінг (throttling) — це техніки для обмеження частоти виконання цих обробників подій.

• Дебаунсинг: Дебаунсинг відкладає виконання функції доти, доки не пройде певний час з моменту її останнього виклику. Це корисно для сценаріїв, де вам потрібно виконати функцію лише один раз після завершення серії подій, наприклад, коли користувач закінчує вводити текст у поле пошуку.
• Тротлінг: Тротлінг обмежує частоту, з якою функція може виконуватися. Це корисно для сценаріїв, де вам потрібно виконувати функцію через регулярні проміжки часу, наприклад, при обробці подій прокрутки.

Бібліотеки, такі як Lodash або Underscore, надають утиліти для дебаунсингу та тротлінгу обробників подій.

Приклад: Дебаунсинг обробника вводу

            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);
    // Perform search based on searchTerm
    console.log('Searching for:', event.target.value);
  }, 300), []);

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

export default MyComponent;

            

              
                Copy
              
            
          

3. Віртуалізуйте довгі списки

Рендеринг довгих списків елементів може бути значним вузьким місцем у продуктивності, особливо на мобільних пристроях. Віртуалізація — це техніка рендерингу лише тих елементів, які наразі видно на екрані, та повторного використання вузлів DOM під час прокрутки користувачем. Це може значно зменшити обсяг роботи, яку повинен виконати браузер, покращуючи продуктивність прокрутки та зменшуючи використання пам'яті.

Бібліотеки, такі як react-window або react-virtualized, надають компоненти для віртуалізації довгих списків у React.

Приклад: Використання react-window

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

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

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

export default MyComponent;

            

              
                Copy
              
            
          

4. Розділення коду та ліниве завантаження

Розділення коду — це техніка поділу вашого додатку на менші пакети (bundles), які можна завантажувати за вимогою. Це може зменшити початковий час завантаження вашого додатку та покращити його сприйману продуктивність.

Ліниве завантаження (Lazy loading) — це специфічний тип розділення коду, який передбачає завантаження компонентів лише тоді, коли вони потрібні. Цього можна досягти за допомогою компонентів React.lazy та Suspense від React.

Приклад: Ліниве завантаження компонента

            import React, { Suspense } from 'react';

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

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

export default App;

            

              
                Copy
              
            
          

5. Оптимізуйте зображення та інші ресурси

Великі зображення та інші ресурси можуть значно впливати на час завантаження та продуктивність рендерингу вашого додатку. Оптимізуйте ваші зображення шляхом:

• Стиснення зображень: Використовуйте інструменти для стиснення зображень, щоб зменшити розмір файлів без шкоди для якості.
• Використання відповідних форматів зображень: Вибирайте відповідний формат для кожного зображення. Наприклад, використовуйте JPEG для фотографій та PNG для графіки з прозорістю. Формат WebP пропонує краще стиснення та якість у порівнянні з JPEG та PNG і підтримується більшістю сучасних браузерів.
• Використання адаптивних зображень: Подавайте зображення різних розмірів залежно від розміру екрана користувача та співвідношення пікселів пристрою. Елемент <picture> та атрибут srcset на елементі <img> можна використовувати для реалізації адаптивних зображень.
• Ліниве завантаження зображень: Завантажуйте зображення лише тоді, коли вони стають видимими на екрані. Це може покращити початковий час завантаження вашого додатку.

6. Веб-воркери для важких обчислень

Якщо ваш додаток виконує обчислювально інтенсивні завдання, такі як складні розрахунки або обробка даних, розгляньте можливість перенесення цих завдань у веб-воркер (Web Worker). Веб-воркери працюють в окремому потоці від основного потоку, що запобігає блокуванню UI та покращує чутливість. Бібліотеки, такі як Comlink, можуть спростити комунікацію між основним потоком та веб-воркерами.

7. Профілювання та моніторинг продуктивності

Профілювання та моніторинг продуктивності є важливими для виявлення та усунення вузьких місць у продуктивності ваших додатків на React. Використовуйте React Profiler (доступний у React Developer Tools) для вимірювання продуктивності ваших компонентів та виявлення областей для оптимізації. Інструменти моніторингу реальних користувачів (RUM) можуть надати цінну інформацію про продуктивність вашого додатку в реальних умовах. Ці інструменти можуть збирати метрики, такі як час завантаження сторінки, час до першого байта та частоту помилок, надаючи комплексне уявлення про користувацький досвід.

Конкурентний режим React: майбутнє планування рендеру

Конкурентний режим React (React Concurrent Mode) — це експериментальний набір функцій, який відкриває нові можливості для створення чутливих та продуктивних додатків на React. Конкурентний режим дозволяє React переривати, призупиняти та відновлювати роботу з рендерингу, забезпечуючи більш детальний контроль над конвеєром рендерингу.

Ключові особливості конкурентного режиму включають:

• Suspense для завантаження даних: Suspense дозволяє вам декларативно вказувати, як обробляти стани завантаження при отриманні даних. React автоматично призупинить рендеринг, доки дані не будуть доступні, забезпечуючи більш плавний користувацький досвід.
• Переходи (Transitions): Переходи дозволяють позначати певні оновлення як низькопріоритетні, що дозволяє React пріоритезувати більш важливі оновлення, такі як ввід користувача. Це може запобігти смиканим анімаціям та покращити чутливість.
• Вибіркова гідратація: Вибіркова гідратація дозволяє гідратувати лише видимі частини вашого додатку, покращуючи початковий час завантаження та час до інтерактивності.

Хоча конкурентний режим все ще є експериментальним, він представляє майбутнє планування рендеру в React та пропонує захоплюючі можливості для створення високопродуктивних додатків.

Висновок

Опанування планування рендеру в React та управління бюджетом кадру є вирішальним для створення високопродуктивних, чутливих додатків, які забезпечують чудовий користувацький досвід. Розуміючи конвеєр рендерингу, використовуючи механізми планування рендеру React та застосовуючи техніки оптимізації, викладені в цьому посібнику, ви можете створювати додатки на React, які працюють швидко та чутливо, навіть на малопотужних пристроях та в складних мережевих умовах. Пам'ятайте, що оптимізація продуктивності — це безперервний процес. Регулярно профілюйте свій додаток, відстежуйте його продуктивність у реальних умовах та адаптуйте свої стратегії за потреби, щоб забезпечити стабільно відмінний користувацький досвід для вашої глобальної аудиторії.

Постійний моніторинг показників продуктивності та адаптація вашого підходу до конкретних потреб вашої бази користувачів, незалежно від їхнього місцезнаходження чи пристрою, є ключем до довгострокового успіху. Прийміть глобальну перспективу, і ваші додатки на React будуть процвітати в різноманітному цифровому ландшафті.