React Fiber 工作循环中断恢复：全面的任务恢复策略

React Fiber 是对 React 协调算法的完全重写。其主要目标是提高其在动画、布局和手势等领域的适用性。Fiber 的核心特性之一是它能够中断、暂停、恢复甚至放弃渲染工作。这使得 React 即使在处理复杂更新时也能保持 UI 的响应性。

理解 React Fiber 架构

在深入探讨中断和恢复之前，让我们简要回顾一下 Fiber 架构。React Fiber 将更新分解为小的工作单元。每个工作单元代表一个 Fiber，它是一个与 React 组件关联的 JavaScript 对象。这些 Fiber 形成一棵树，反映了组件树的结构。

Fiber 中的协调过程分为两个阶段：

• 渲染阶段 (Render Phase): 决定需要对 DOM 进行哪些更改。此阶段是异步的，可以被中断。它会构建一个将在提交阶段应用的效果列表。
• 提交阶段 (Commit Phase): 将更改应用到 DOM。此阶段是同步的，不能被中断。它确保 DOM 以一致且可预测的方式更新。

工作循环及其在渲染中的作用

工作循环是渲染过程的核心。它遍历 Fiber 树，处理每个 Fiber 并确定需要哪些更改。主要的工作循环函数，通常被称为 `workLoopSync` (同步) 或 `workLoopConcurrent` (异步)，会持续执行，直到没有更多工作可做或被高优先级任务中断。

在旧的 Stack 协调器中，渲染过程是同步的。如果一个大型组件树需要更新，浏览器将被阻塞，直到整个更新完成。这通常会导致 UI 冻结和糟糕的用户体验。

Fiber 通过允许工作循环被中断来解决这个问题。React 会定期将控制权交还给浏览器，使其能够处理用户输入、动画和其他高优先级任务。这确保了即使在长时间运行的更新期间，UI 也能保持响应。

中断：何时以及为何发生？

工作循环可能因多种原因被中断：

• 高优先级更新： 用户交互，如点击和按键，被视为高优先级。如果在工作循环运行时发生高优先级更新，React 将中断当前任务并优先处理用户交互。
• 时间切片到期： React 使用一个调度器来管理任务的执行。每个任务都被分配一个运行的时间切片。如果任务超出了其时间切片，React 将中断它并将控制权交还给浏览器。
• 浏览器调度： 现代浏览器也有自己的调度机制。React 需要与浏览器的调度器合作以确保最佳性能。

想象一个场景：用户正在输入框中打字，而一个大型数据集正在被渲染。如果没有中断机制，渲染过程可能会阻塞 UI，导致输入框变得无响应。借助 Fiber 的中断能力，React 可以暂停渲染过程，处理用户输入，然后恢复渲染。

任务恢复策略：React 如何从中断处继续

当工作循环被中断时，React 需要一种机制来稍后恢复任务。这就是任务恢复策略发挥作用的地方。React 会仔细跟踪其进度并存储必要的信息，以便从中断的地方继续。

以下是恢复策略的关键方面：

1. 作为持久化数据结构的 Fiber 树

Fiber 树被设计为一种持久化数据结构。这意味着当更新发生时，React 不会直接修改现有的树。相反，它会创建一个反映更改的新树。旧树会被保留，直到新树准备好提交到 DOM。

这种持久化数据结构允许 React 安全地中断工作循环而不会丢失进度。如果工作循环被中断，React 可以简单地丢弃部分完成的新树，并在准备好时从旧树恢复。

2. `finishedWork` 和 `nextUnitOfWork` 指针

在渲染过程中，React 维护着两个重要的指针：

• `nextUnitOfWork`： 指向下一个需要处理的 Fiber。这个指针随着工作循环的进行而更新。
• `finishedWork`： 指向已完成工作的根节点。在完成每个 fiber 后，它会被添加到效果列表中。

当工作循环被中断时，`nextUnitOfWork` 指针掌握着恢复任务的关键。React 可以使用这个指针从中断的地方开始处理 Fiber 树。

3. 保存和恢复上下文

在渲染过程中，React 维护一个包含当前渲染环境信息的上下文对象。这个上下文包括当前主题、语言环境和其他配置设置等内容。

当工作循环被中断时，React 需要保存当前的上下文，以便在任务恢复时可以恢复它。这确保了渲染过程以正确的设置继续进行。

4. 优先级和调度

React 使用一个调度器来管理任务的执行。调度器根据任务的重要性为其分配优先级。高优先级任务，如用户交互，优先于低优先级任务，如后台更新。

当工作循环被中断时，React 可以使用调度器来确定应该首先恢复哪个任务。这确保了最重要的任务首先完成，从而保持 UI 的响应性。

例如，想象一个复杂的动画正在运行，用户点击了一个按钮。React 会中断动画渲染，优先处理按钮点击事件，一旦完成，再从暂停的地方恢复动画渲染。

代码示例：说明中断与恢复

虽然内部实现很复杂，但让我们用一个简化的例子来说明这个概念：

```javascript let nextUnitOfWork = null; let shouldYield = false; // 模拟让步给浏览器 function performWork(fiber) { // ... 处理 fiber ... if (shouldYield) { // 暂停工作并安排稍后恢复 requestIdleCallback(() => { nextUnitOfWork = fiber; // 存储当前的 fiber workLoop(); }); return; } // ... 继续处理下一个 fiber ... nextUnitOfWork = fiber.child || fiber.sibling || fiber.return; if (nextUnitOfWork) { performWork(nextUnitOfWork); } } function workLoop() { while (nextUnitOfWork && !shouldYield) { nextUnitOfWork = performWork(nextUnitOfWork); } } // 开始初始工作 nextUnitOfWork = rootFiber; workLoop(); ```

在这个简化的例子中，`shouldYield` 模拟了一次中断。`requestIdleCallback` 安排 `workLoop` 稍后恢复，有效地演示了恢复策略。

中断与恢复的好处

React Fiber 中的中断和恢复策略带来了几个显著的好处：

• 提高 UI 响应性： 通过允许工作循环被中断，React 可以确保即使在长时间运行的更新期间，UI 也能保持响应。
• 更好的用户体验： 响应迅速的 UI 带来了更好的用户体验，因为用户可以与应用程序交互而不会遇到延迟或冻结。
• 增强的性能： React 可以通过优先处理重要任务和推迟次要任务来优化渲染过程。
• 支持并发渲染： 中断和恢复对于并发渲染至关重要，它允许 React 同时执行多个渲染任务。

不同场景下的实际例子

以下是一些实际例子，说明 React Fiber 的中断和恢复功能如何在不同的应用场景中发挥作用：

• 电子商务平台 (全球覆盖)： 想象一个拥有复杂商品列表的全球电子商务平台。当用户浏览时，即使图片和其他组件是懒加载的，React Fiber 也能确保流畅的滚动体验。中断机制允许优先处理用户交互，如将商品添加到购物车，从而防止 UI 冻结，无论用户的地理位置和网速如何。
• 交互式数据可视化 (科研 - 国际合作)： 在科学研究中，复杂的数据可视化很常见。React Fiber 允许科学家实时与这些可视化进行交互，如缩放、平移和筛选数据，而不会产生延迟。中断和恢复策略确保了交互操作优先于新数据点的渲染，从而促进了流畅的探索过程。
• 实时协作工具 (全球团队)： 对于在全球范围内协作处理文档或设计的团队来说，实时更新至关重要。React Fiber 允许用户无缝地输入和编辑文档，即使其他用户正在同时进行更改。系统会优先处理用户输入（如按键），为所有参与者保持响应迅速的感觉，无论他们的网络延迟如何。
• 社交媒体应用 (多样化的用户群)： 一个渲染包含图片、视频和文本信息流的社交媒体应用会从中受益匪浅。React Fiber 能够实现信息流的平滑滚动，优先渲染用户当前可见的内容。当用户与帖子互动（如点赞或评论）时，React 会中断信息流的渲染，立即处理该互动，为所有用户提供流畅的体验。

为中断和恢复进行优化

虽然 React Fiber 会自动处理中断和恢复，但您可以做几件事来为您的应用程序优化此功能：

• 最小化复杂的渲染逻辑： 将大型组件分解为更小、更易于管理的组件。这减少了单个时间单元内需要完成的工作量，使 React 更容易中断和恢复任务。
• 使用 Memoization 技术： 使用 `React.memo`、`useMemo` 和 `useCallback` 来防止不必要的重新渲染。这减少了渲染过程中需要完成的工作量。
• 优化数据结构： 使用高效的数据结构和算法来最小化处理数据所花费的时间。
• 懒加载组件： 使用 `React.lazy` 仅在需要时加载组件。这减少了初始加载时间并提高了应用程序的整体性能。
• 使用 Web Workers： 对于计算密集型任务，可以考虑使用 Web Workers 将工作分流到单独的线程。这可以防止主线程被阻塞，从而提高 UI 响应性。

常见陷阱及避免方法

尽管 React Fiber 的中断和恢复机制提供了显著优势，但一些常见的陷阱可能会影响其效果：

• 不必要的状态更新： 在组件中频繁触发状态更新会导致过多的重新渲染。确保组件仅在必要时更新。使用 React Profiler 等工具来识别不必要的更新。
• 复杂的组件树： 深度嵌套的组件树会增加协调所需的时间。在可能的情况下，将树重构为更扁平的结构以提高性能。
• 长时间运行的同步操作： 避免在渲染阶段执行长时间运行的同步操作，如复杂的计算或网络请求。这会阻塞主线程，抵消 Fiber 的优势。应使用异步操作（例如 `async/await`、`Promise`）并将此类操作移至提交阶段或使用 Web Workers 在后台线程中执行。
• 忽略组件优先级： 未正确为组件更新分配优先级可能导致 UI 响应性差。利用 `useTransition` 等功能来标记不太关键的更新，让 React 优先处理用户交互。

结论：拥抱中断与恢复的力量

React Fiber 的工作循环中断和恢复策略是构建高性能、响应迅速的用户界面的强大工具。通过理解此机制的工作原理并遵循本文中概述的最佳实践，您可以创建即使在复杂和苛刻的环境下也能提供流畅且引人入胜的用户体验的应用程序。

通过拥抱中断和恢复，React 使开发者能够创建真正世界级的应用程序，轻松优雅地处理多样化的用户交互和数据复杂性，确保为全球用户带来积极的体验。