Розкриваємо продуктивність React: Цикл роботи Fiber, інтеграція планувальника та черги пріоритетів

У ландшафті фронтенд-розробки, що постійно розвивається, продуктивність – це не просто функція; це фундаментальне очікування. Для додатків, якими користуються мільйони людей по всьому світу, на різноманітних пристроях та в різних мережевих умовах, досягнення плавного та чуйного користувацького інтерфейсу (UI) є першочерговим завданням. React, провідна бібліотека JavaScript для створення UI, зазнав значних архітектурних змін для вирішення цього виклику. В основі цих покращень лежить архітектура React Fiber, повне перезаписування алгоритму узгодження. Ця публікація заглибиться в тонкощі циклу роботи React Fiber, його бездоганну інтеграцію з планувальником та критичну роль черг пріоритетів в оркестровці продуктивного та плавного користувацького досвіду для глобальної аудиторії.

Еволюція рендерингу React: від стека до Fiber

До Fiber процес рендерингу React базувався на рекурсивному стеку викликів. Коли компонент оновлювався, React проходив по дереву компонентів, створюючи опис змін UI. Цей процес, хоч і ефективний для багатьох додатків, мав значне обмеження: він був синхронним і блокуючим. Якщо відбувалося велике оновлення або потрібно було відрендерити складне дерево компонентів, основний потік міг перевантажитись, що призводило до неплавних анімацій, нечутливих взаємодій та поганого користувацького досвіду, особливо на менш потужних пристроях, поширених на багатьох глобальних ринках.

Розглянемо типовий сценарій у міжнародних електронних комерційних додатках: користувач взаємодіє зі складним фільтром продуктів. При старому узгодженні на основі стека, одночасне застосування кількох фільтрів могло заморозити UI до завершення всіх оновлень. Це було б розчаруванням для будь-якого користувача, але особливо відчутним у регіонах, де підключення до Інтернету може бути менш надійним, або де продуктивність пристрою є більш важливим фактором.

React Fiber був представлений для подолання цих обмежень, забезпечуючи конкурентний рендеринг. На відміну від старого стека, Fiber є реентерабельним, асинхронним та припиняємим алгоритмом узгодження. Це означає, що React може призупинити рендеринг, виконати інші завдання, а потім відновити рендеринг пізніше, все це без блокування основного потоку.

Представляємо вузол Fiber: більш спритний одиниця роботи

В основі React Fiber переосмислює одиницю роботи з екземпляра компонента на вузол Fiber. Уявіть вузол Fiber як об'єкт JavaScript, що представляє одиницю роботи, яку потрібно виконати. Кожен компонент у вашому React-додатку має відповідний вузол Fiber. Ці вузли зв'язані між собою, утворюючи дерево, яке відображає дерево компонентів, але з додатковими властивостями, що полегшують нову модель рендерингу.

Ключові властивості вузла Fiber включають:

• Type: Тип елемента (наприклад, функціональний компонент, класовий компонент, рядок, DOM-елемент).
• Key: Унікальний ідентифікатор для елементів списку, що має вирішальне значення для ефективних оновлень.
• Child: Вказівник на перший дочірній вузол Fiber.
• Sibling: Вказівник на наступний сусідній вузол Fiber.
• Return: Вказівник на батьківський вузол Fiber.
• MemoizedProps: Props, які використовувалися для запам'ятовування попереднього рендерингу.
• MemoizedState: Стан, який використовувався для запам'ятовування попереднього рендерингу.
• Alternate: Вказівник на відповідний вузол Fiber в іншому дереві (або поточному дереві, або дереві в процесі роботи). Це є основою того, як React перемикається між станами рендерингу.
• Flags: Бітові маски, що вказують, який тип роботи потрібно виконати на цьому вузлі Fiber (наприклад, оновлення props, додавання ефектів, видалення вузла).
• Effects: Список ефектів, пов'язаних з цим вузлом Fiber, таких як методи життєвого циклу або хуки.

Вузли Fiber не управляються безпосередньо збирачем сміття JavaScript так само, як екземпляри компонентів. Натомість вони утворюють зв'язаний список, який React може ефективно обходити. Ця структура дозволяє React легко керувати роботою та переривати її.

Цикл роботи React Fiber: Оркестрація процесу рендерингу

Серцем конкурентності React є його цикл роботи. Цей цикл відповідає за обхід дерева Fiber, виконання роботи та застосування завершених змін до DOM. Що робить його революційним, це його здатність призупинятись і відновлюватись.

Цикл роботи можна умовно розділити на дві фази:

1. Фаза рендерингу (дерево в процесі роботи)

На цій фазі React проходить по дереву компонентів і виконує роботу над вузлами Fiber. Ця робота може включати:

• Виклик функцій компонентів або методів `render()`.
• Узгодження props та стану.
• Створення або оновлення вузлів Fiber.
• Ідентифікація побічних ефектів (наприклад, `useEffect`, `componentDidMount`).

Під час фази рендерингу React будує дерево в процесі роботи. Це окреме дерево вузлів Fiber, що представляє потенційний новий стан UI. Важливо, що цикл роботи є припиняємим під час цієї фази. Якщо надходить завдання з вищим пріоритетом (наприклад, введення користувача), React може призупинити поточну роботу рендерингу, обробити нове завдання, а потім відновити перервану роботу пізніше.

Ця можливість переривання є ключовою для досягнення плавного досвіду. Уявіть, що користувач набирає текст у полі пошуку на міжнародному туристичному сайті. Якщо новий натиск клавіші надходить під час того, як React зайнятий рендерингом списку пропозицій, він може призупинити рендеринг пропозицій, обробити натиск клавіші для оновлення запиту пошуку, а потім відновити рендеринг пропозицій на основі нового введення. Користувач сприймає негайну реакцію на своє набирання тексту, а не затримку.

Цикл роботи проходить по вузлах Fiber, перевіряючи їхні `flags`, щоб визначити, яка робота повинна бути виконана. Він рухається від вузла Fiber до його дочірніх елементів, потім до його сусідів і назад до батьківського, виконуючи необхідні операції. Цей обхід триває до тих пір, поки вся відкладена робота не буде завершена, або цикл роботи не буде перерваний.

2. Фаза коміту (Застосування змін)

Як тільки фаза рендерингу завершена, і React має стабільне дерево в процесі роботи, він переходить до фази коміту. На цій фазі React виконує побічні ефекти та оновлює фактичний DOM. Ця фаза є синхронною та не припиняємою, оскільки вона безпосередньо маніпулює UI. React хоче переконатися, що коли він оновлює DOM, він робить це в одній, атомарній операції, щоб уникнути мерехтіння або неузгоджених станів UI.

Під час фази коміту React:

• Виконує мутації DOM (додавання, видалення, оновлення елементів).
• Виконує побічні ефекти, такі як `componentDidMount`, `componentDidUpdate`, та функції очищення, повернуті `useEffect`.
• Оновлює посилання на DOM-вузли.

Після фази коміту дерево в процесі роботи стає поточним деревом, і процес може розпочатися знову для подальших оновлень.

Роль планувальника: Пріоритезація та планування роботи

Припиняємий характер циклу роботи Fiber не мав би великої користі без механізму, який вирішує, коли виконувати роботу і яку роботу виконувати першою. Саме тут і з'являється React Scheduler.

Планувальник – це окрема, низькорівнева бібліотека, яку React використовує для керування виконанням своєї роботи. Його основна відповідальність:

• Планування роботи: Визначення, коли починати або відновлювати завдання рендерингу.
• Пріоритезація роботи: Призначення пріоритетів різним завданням, забезпечуючи швидке оброблення важливих оновлень.
• Співпраця з браузером: Уникнення блокування основного потоку та надання браузеру можливості виконувати критичні завдання, такі як візуалізація та обробка введення користувача.

Планувальник працює, періодично повертаючи контроль браузеру, дозволяючи йому виконувати інші завдання. Потім він запитує дозвіл на відновлення своєї роботи, коли браузер вільний або коли потрібно обробити завдання з вищим пріоритетом.

Це кооперативне багатозадачне виконання є критично важливим для створення чуйних додатків, особливо для глобальної аудиторії, де затримка мережі та можливості пристроїв можуть значно відрізнятися. Користувач у регіоні з повільнішим Інтернетом може відчути, що додаток працює повільно, якщо рендеринг React повністю монополізує основний потік браузера. Планувальник, повертаючи контроль, гарантує, що навіть під час інтенсивного рендерингу браузер все ще може реагувати на взаємодії користувача або рендерити критичні частини UI, забезпечуючи набагато плавнішу сприйняту продуктивність.

Черги пріоритетів: Хребет конкурентного рендерингу

Як планувальник вирішує, яку роботу виконувати першою? Саме тут черги пріоритетів стають незамінними. React класифікує різні типи оновлень залежно від їх терміновості, призначаючи кожному рівень пріоритету.

Планувальник підтримує чергу відкладених завдань, упорядкованих за їхнім пріоритетом. Коли настає час виконувати роботу, планувальник вибирає завдання з найвищим пріоритетом з черги.

Ось типовий розподіл рівнів пріоритету (хоча точні деталі реалізації можуть змінюватися):

• Негайний пріоритет: Для термінових оновлень, які не слід відкладати, наприклад, відповідь на введення користувача (наприклад, набір тексту в полі). Це, як правило, обробляється синхронно або з дуже високою терміновістю.
• Блокування користувача пріоритет: Для оновлень, які блокують взаємодію користувача, наприклад, відображення модального вікна або випадаючого меню. Ці оновлення потрібно рендерити швидко, щоб уникнути блокування користувача.
• Звичайний пріоритет: Для загальних оновлень, які не мають безпосереднього впливу на взаємодію користувача, таких як отримання даних та рендеринг списку.
• Низький пріоритет: Для некритичних оновлень, які можна відкласти, наприклад, аналітичні події або фонові обчислення.
• Пріоритет за екраном: Для компонентів, які зараз не видимі на екрані (наприклад, списки за межами екрана, приховані вкладки). Ці компоненти можна рендерити з найнижчим пріоритетом або навіть пропускати, якщо це необхідно.

Планувальник використовує ці пріоритети для визначення, коли переривати існуючу роботу, а коли її відновлювати. Наприклад, якщо користувач набирає текст у полі введення (негайний пріоритет) під час того, як React рендерить великий список результатів пошуку (звичайний пріоритет), планувальник призупинить рендеринг списку, обробить подію введення, а потім відновить рендеринг списку, потенційно з оновленими даними на основі нового введення.

Практичний міжнародний приклад:

Розглянемо інструмент для спільної роботи в реальному часі, яким користуються команди на різних континентах. Один користувач може редагувати документ (високий пріоритет, негайне оновлення), тоді як інший користувач переглядає велику вбудовану діаграму, яка потребує значного рендерингу (звичайний пріоритет). Якщо надходить нове повідомлення від колеги (пріоритет блокування користувача, оскільки воно потребує уваги), планувальник забезпечить швидке відображення сповіщення про повідомлення, потенційно призупинивши рендеринг діаграми, а потім відновивши рендеринг діаграми після обробки повідомлення.

Ця складна пріоритезація гарантує, що критично важливі оновлення, орієнтовані на користувача, завжди мають вищий пріоритет, що призводить до більш чуйного та приємного досвіду, незалежно від місцезнаходження або пристрою користувача.

Як Fiber інтегрується з планувальником

Інтеграція між Fiber та планувальником є тим, що робить конкурентний React можливим. Планувальник надає механізм для повернення контролю та відновлення завдань, тоді як припиняєма природа Fiber дозволяє розбивати ці завдання на менші одиниці роботи.

Ось спрощений потік взаємодії:

1. Відбувається оновлення: Змінюється стан компонента або оновлюються props.
2. Планувальник планує роботу: Планувальник отримує оновлення та призначає йому пріоритет. Він розміщує вузол Fiber, що відповідає оновленню, у відповідну чергу пріоритетів.
3. Планувальник запитує рендеринг: Коли основний потік вільний або має потужність, планувальник запитує виконання найвищопріоритетної роботи.
4. Починається цикл роботи Fiber: Цикл роботи React починає обхід дерева в процесі роботи.
5. Виконується робота: Обробляються вузли Fiber, і ідентифікуються зміни.
6. Переривання: Якщо стає доступним завдання з вищим пріоритетом (наприклад, введення користувача) або якщо поточна робота перевищує певний часовий бюджет, планувальник може перервати цикл роботи Fiber. Поточний стан дерева в процесі роботи зберігається.
7. Обробляється завдання з вищим пріоритетом: Планувальник обробляє нове завдання з вищим пріоритетом, яке може включати новий прохід рендерингу.
8. Відновлення: Після обробки завдання з вищим пріоритетом планувальник може відновити перерваний цикл роботи Fiber з того місця, де він зупинився, використовуючи збережений стан.
9. Фаза коміту: Після завершення всієї пріоритетної роботи у фазі рендерингу React виконує фазу коміту для оновлення DOM.

Ця взаємодія гарантує, що React може динамічно налаштовувати свій процес рендерингу на основі терміновості різних оновлень та доступності основного потоку.

Переваги Fiber, планувальника та черг пріоритетів для глобальних додатків

Архітектурні зміни, представлені Fiber та планувальником, пропонують значні переваги, особливо для додатків з глобальною базою користувачів:

• Покращена чуйність: Запобігаючи блокуванню основного потоку, додатки залишаються чуйними до взаємодій користувача, навіть під час складних завдань рендерингу. Це критично важливо для користувачів мобільних пристроїв або з повільнішим Інтернетом, поширеним у багатьох частинах світу.
• Плавніший користувацький досвід: Припиняємий рендеринг означає, що анімації та переходи можуть бути більш плавними, а критичні оновлення (як-от помилки валідації форми) можуть відображатися негайно, не чекаючи завершення інших менш важливих завдань.
• Краще використання ресурсів: Планувальник може приймати більш розумні рішення про те, коли і як рендерити, що призводить до більш ефективного використання ресурсів пристрою, що важливо для часу роботи від батареї на мобільних пристроях та продуктивності на старішому обладнанні.
• Підвищене утримання користувачів: Стабільно плавний та чуйний додаток створює довіру та задоволення користувачів, що призводить до кращих показників утримання користувачів у всьому світі. Повільний або нечуйний додаток може швидко призвести до того, що користувачі відмовляться від нього.
• Масштабованість для складних UI: У міру зростання додатків та включення більш динамічних функцій, архітектура Fiber забезпечує міцну основу для управління складними вимогами до рендерингу без шкоди для продуктивності.

Наприклад, для глобального фінтех-додатку критично важливо забезпечити миттєве відображення оновлень ринкових даних у реальному часі, водночас дозволяючи користувачам без затримок переміщатися по інтерфейсу. Fiber та пов'язані з ним механізми роблять це можливим.

Ключові поняття, які слід пам'ятати

• Вузол Fiber: Нова, більш гнучка одиниця роботи в React, що забезпечує припиняємий рендеринг.
• Цикл роботи: Основний процес, який проходить по дереву Fiber, виконує роботу рендерингу та застосовує зміни.
• Фаза рендерингу: Припиняєма фаза, де React будує дерево в процесі роботи.
• Фаза коміту: Синхронна, не припиняєма фаза, де застосовуються зміни DOM та побічні ефекти.
• React Scheduler: Бібліотека, відповідальна за управління виконанням завдань React, їх пріоритезацію та співпрацю з браузером.
• Черги пріоритетів: Структури даних, що використовуються планувальником для впорядкування завдань на основі їх терміновості, забезпечуючи першочергову обробку критичних оновлень.
• Конкурентний рендеринг: Можливість React призупиняти, відновлювати та пріоритезувати завдання рендерингу, що призводить до більш чуйних додатків.

Висновок

React Fiber представляє значний стрибок уперед у тому, як React обробляє рендеринг. Замінивши старе узгодження на основі стека на припиняєму, реентерабельну архітектуру Fiber, та інтегрувавшись зі складним планувальником, що використовує черги пріоритетів, React розблокував справжні можливості конкурентного рендерингу. Це не тільки призводить до більш продуктивних та чуйних додатків, але й забезпечує більш справедливий користувацький досвід для різноманітної глобальної аудиторії, незалежно від їхнього пристрою, мережевих умов або технічної майстерності. Розуміння цих основних механізмів є критично важливим для будь-якого розробника, який прагне створювати високоякісні, продуктивні та зручні для користувача додатки для сучасного вебу.

Продовжуючи будувати з React, пам'ятайте про ці концепції. Це мовчазні герої, що стоять за плавними, бездоганними враженнями, які ми звикли очікувати від провідних веб-додатків у всьому світі. Використовуючи потужність Fiber, планувальника та інтелектуальної пріоритезації, ви можете гарантувати, що ваші додатки радуватимуть користувачів на кожному континенті.