React 并发模式资源调度：内存感知型任务管理

React 并发模式是 React 中的一组新功能，可帮助开发者构建响应更迅速、性能更优异的用户界面。其核心是一种复杂的资源调度机制，用于管理不同任务的执行，优先处理用户交互，并确保即使在高负载下也能提供流畅的体验。本文将深入探讨 React 并发模式资源调度的复杂性，重点关注其如何处理内存管理和任务优先级，从而为全球受众提供最佳性能。

理解并发模式及其目标

传统的 React 渲染是同步且阻塞的。这意味着当 React 开始渲染一个组件树时，它会一直持续到整个树渲染完成，这可能会阻塞主线程，导致 UI 更新迟缓。并发模式通过引入中断、暂停、恢复甚至放弃渲染任务的能力来解决这个限制。这使得 React 能够将渲染与其他重要任务（如处理用户输入、绘制动画和响应网络请求）交错进行。

并发模式的主要目标是：

• 响应性：通过防止长时间运行的任务阻塞主线程来维持流畅且响应迅速的用户界面。
• 优先级：优先处理用户交互（例如，打字、点击）而不是不太紧急的后台任务。
• 异步渲染：将渲染分解为更小的、可中断的工作单元。
• 改善用户体验：提供更流畅、无缝的用户体验，尤其是在资源有限或网络连接缓慢的设备上。

Fiber 架构：并发的基础

并发模式建立在 Fiber 架构之上，这是对 React 内部渲染引擎的完全重写。Fiber 将 UI 中的每个组件表示为一个工作单元。与之前基于栈的协调器不同，Fiber 使用链表数据结构来创建工作树。这使得 React 可以根据任务的紧急程度来暂停、恢复和优先处理渲染任务。

Fiber 中的关键概念：

• Fiber 节点： 表示一个工作单元（例如，一个组件实例）。
• 工作循环 (WorkLoop)： 一个遍历 Fiber 树的循环，对每个 Fiber 节点执行工作。
• 调度器 (Scheduler)： 根据优先级决定接下来要处理哪个 Fiber 节点。
• 协调 (Reconciliation)： 比较当前 Fiber 树与前一个树以识别需要应用于 DOM 的更改的过程。

并发模式中的资源调度

资源调度器负责管理并发模式中不同任务的执行。它根据任务的紧急程度确定优先级，并相应地分配资源（CPU 时间、内存）。调度器使用多种技术来确保最重要的任务首先完成，而不太紧急的任务则被推迟到稍后执行。

任务优先级

React 并发模式使用基于优先级的调度系统来决定任务的执行顺序。任务根据其重要性被赋予不同的优先级。常见的优先级包括：

• 立即优先级 (Immediate Priority)： 用于需要立即完成的任务，例如用户输入处理。
• 用户阻塞优先级 (User-Blocking Priority)： 用于阻塞用户与 UI 交互的任务，例如响应用户操作而更新 UI。
• 正常优先级 (Normal Priority)： 用于非时间关键的任务，例如渲染 UI 的非关键部分。
• 低优先级 (Low Priority)： 用于可以推迟到稍后执行的任务，例如预渲染非立即可见的内容。
• 空闲优先级 (Idle Priority)： 仅在浏览器空闲时执行的任务，例如后台数据获取。

调度器使用这些优先级来决定接下来执行哪个任务。优先级较高的任务会在优先级较低的任务之前执行。这确保了即使在系统高负载的情况下，最重要的任务也能首先完成。

可中断渲染

并发模式的关键特性之一是可中断渲染。这意味着如果需要执行一个更高优先级的任务，调度器可以中断一个渲染任务。例如，如果用户在 React 渲染一个大型组件树时开始在输入框中打字，调度器可以中断渲染任务，并首先处理用户输入。这确保了即​​使在 React 执行复杂的渲染操作时，UI 也能保持响应。

当一个渲染任务被中断时，React 会保存 Fiber 树的当前状态。当调度器恢复该渲染任务时，它可以从中断的地方继续，而无需从头开始。这显著提高了 React 应用的性能，尤其是在处理大型复杂 UI 时。

时间分片

时间分片是资源调度器用来提高 React 应用响应性的另一项技术。时间分片涉及将渲染任务分解成更小的工作块。然后，调度器为每个工作块分配一小部分时间（一个“时间片”）。时间片用完后，调度器会检查是否有更高优先级的任务需要执行。如果有，调度器会中断当前任务并执行更高优先级的任务。否则，调度器会继续执行当前任务，直到它完成或有另一个更高优先级的任务到达。

时间分片可以防止长时间运行的渲染任务长时间阻塞主线程。这有助于维持流畅且响应迅速的用户界面，即使在 React 执行复杂的渲染操作时也是如此。

内存感知型任务管理

React 并发模式中的资源调度也考虑了内存使用情况。React 旨在最大限度地减少内存分配和垃圾回收，以提高性能，尤其是在资源有限的设备上。它通过几种策略实现这一点：

对象池

对象池是一种重用现有对象而不是创建新对象的技术。这可以显著减少 React 应用分配的内存量。React 对频繁创建和销毁的对象（如 Fiber 节点和更新队列）使用对象池。

当一个对象不再需要时，它会被返回到池中，而不是被垃圾回收。下次需要该类型的对象时，它会从池中检索，而不是从头创建。这减少了内存分配和垃圾回收的开销，从而可以提高 React 应用的性能。

对垃圾回收的敏感性

并发模式被设计为对垃圾回收敏感。调度器会尝试以一种能最大限度减少垃圾回收对性能影响的方式来安排任务。例如，调度器可能会避免一次性创建大量对象，因为这会触发垃圾回收周期。它还尝试以更小的块来执行工作，以减少任何给定时间的内存占用。

延迟非关键任务

通过优先处理用户交互并延迟非关键任务，React 可以在任何给定时间减少内存使用量。那些不是立即必要的任务，例如预渲染用户不可见的内容，可以推迟到系统较不繁忙的时候执行。这减少了应用的内存占用，并提高了其整体性能。

实践示例与用例

让我们探讨一些 React 并发模式的资源调度如何改善用户体验的实践示例：

示例 1：输入处理

想象一个包含多个输入字段和复杂验证逻辑的表单。在传统的 React 应用中，在输入字段中打字可能会触发整个表单的同步更新，导致明显的延迟。使用并发模式，React 可以优先处理用户输入，确保即使在验证逻辑复杂的情况下，UI 也能保持响应。当用户输入时，React 会立即更新输入字段。然后，验证逻辑会作为一个较低优先级的后台任务执行，确保它不会干扰用户的打字体验。对于使用不同字符集输入数据的国际用户来说，这种响应性至关重要，尤其是在处理器性能较弱的设备上。

示例 2：数据获取

设想一个显示来自多个 API 数据的仪表盘。在传统的 React 应用中，一次性获取所有数据可能会阻塞 UI，直到所有请求完成。使用并发模式，React 可以异步获取数据并增量渲染 UI。最重要的数据可以首先被获取和显示，而不太重要的数据则稍后获取和显示。这提供了更快的初始加载时间和更具响应性的用户体验。想象一个全球使用的股票交易应用。不同时区的交易者需要实时数据更新。并发模式允许立即显示关键的股票信息，而不太关键的市场分析则在后台加载，即使在全球网络速度变化的情况下也能提供响应迅速的体验。

示例 3：动画

动画的计算成本可能很高，可能导致掉帧和卡顿的用户体验。并发模式允许 React 优先处理动画，确保即使在后台有其他任务运行时，动画也能平滑渲染。通过为动画任务分配高优先级，React 确保动画帧能够按时渲染，提供视觉上吸引人的体验。例如，一个使用动画在产品页面之间切换的电子商务网站，可以为国际购物者确保流畅且视觉上令人愉悦的体验，无论他们的设备或位置如何。

启用并发模式

要在你的 React 应用中启用并发模式，你需要使用 `createRoot` API，而不是传统的 `ReactDOM.render` API。示例如下：

import React from 'react';
import { createRoot } from 'react-dom/client';
import App from './App';

const container = document.getElementById('root');
const root = createRoot(container); // createRoot(container!) if you use TypeScript
root.render();

你还需要确保你的组件与并发模式兼容。这意味着你的组件应该是纯函数，不依赖于副作用或可变状态。如果你正在使用类组件，你应该考虑迁移到带有钩子的函数式组件。

并发模式下内存优化的最佳实践

以下是在 React 并发模式应用中优化内存使用的一些最佳实践：

• 避免不必要的重新渲染： 使用 `React.memo` 和 `useMemo` 来防止组件在 props 没有改变时重新渲染。这可以显著减少 React 需要做的工作量并提高性能。
• 使用懒加载： 仅在需要时加载组件。这可以减少应用的初始加载时间并提高其响应性。
• 优化图片： 使用优化的图片来减小应用的大小。这可以改善加载时间并减少应用使用的内存量。
• 使用代码分割： 将你的代码分割成可以按需加载的更小的块。这可以减少应用的初始加载时间并提高其响应性。
• 避免内存泄漏： 确保在组件卸载时清理你正在使用的任何资源。这可以防止内存泄漏并提高应用的稳定性。具体来说，要取消订阅、清除计时器并释放你持有的任何其他资源。
• 分析你的应用： 使用 React Profiler 来识别应用中的性能瓶颈。这可以帮助你找到可以提高性能和减少内存使用的领域。

国际化与可访问性考量

在为全球受众构建 React 应用时，考虑国际化 (i18n) 和可访问性 (a11y) 非常重要。在使用并发模式时，这些考量变得更加重要，因为渲染的异步特性可能会影响残障用户或不同地区用户的体验。

国际化

• 使用 i18n 库： 使用像 `react-intl` 或 `i18next` 这样的库来管理翻译和处理不同的地区设置。确保你的翻译是异步加载的，以避免阻塞 UI。
• 格式化日期和数字： 根据用户的地区设置，使用适当的格式来格式化日期、数字和货币。
• 支持从右到左的语言： 如果你的应用需要支持从右到左的语言，请确保你的布局和样式与这些语言兼容。
• 考虑地区差异： 注意文化差异并相应地调整你的内容和设计。例如，颜色象征、图像甚至按钮的位置在不同文化中可能有不同的含义。避免使用可能不被所有用户理解的具有文化特异性的习语或俚语。一个简单的例子是日期格式（MM/DD/YYYY vs DD/MM/YYYY），需要优雅地处理。

可访问性

• 使用语义化 HTML： 使用语义化的 HTML 元素为你的内容提供结构和意义。这使得屏幕阅读器和其他辅助技术更容易理解你的应用。
• 为图片提供替代文本： 始终为图片提供替代文本，以便有视觉障碍的用户能够理解图片的内容。
• 使用 ARIA 属性： 使用 ARIA 属性向辅助技术提供有关你的应用的额外信息。
• 确保键盘可访问性： 确保应用中的所有交互元素都可以通过键盘访问。
• 使用辅助技术进行测试： 使用屏幕阅读器和其他辅助技术测试你的应用，以确保所有用户都可以访问。使用国际字符集进行测试，以确保所有语言都能正确渲染。

结论

React 并发模式的资源调度和内存感知型任务管理是构建高性能、响应迅速的用户界面的强大工具。通过优先处理用户交互、延迟非关键任务和优化内存使用，你可以创建为世界各地的用户提供无缝体验的应用，无论他们的设备或网络状况如何。采纳这些特性不仅能改善用户体验，还有助于为每个人构建一个更具包容性和可访问性的网络。随着 React 的不断发展，理解和利用并发模式对于构建现代、高性能的 Web 应用至关重要。