React Fiber 工作循环中断：掌握基于优先级的渲染

React Fiber 是对 React 协调算法的一次彻底重写。它旨在解决 React 早期版本中的性能限制，尤其是在处理复杂用户界面和大型组件树时。React Fiber 的关键创新之一是它能够中断渲染过程并根据任务的重要性确定其优先级。这使得 React 即使在执行计算密集型操作时，也能保持响应并提供更流畅的用户体验。

理解传统的 React 协调机制

在 Fiber 出现之前，React 的协调过程是同步的。这意味着一旦 React 开始渲染一个组件树，它必须完成整个过程，浏览器才能响应用户输入或执行其他任务。这可能导致 UI 变得无响应，特别是在处理大型复杂应用时。想象一下，当 React 正在更新一个大型列表时，用户正在输入框中打字——打字体验可能会变得迟缓和令人沮丧。

这种同步特性造成了瓶颈。 调用堆栈会随着每个需要更新的组件而增长，从而阻塞主线程，直到更新完成。 随着 Web 应用的复杂性不断增加以及用户对响应能力的期望日益提高，这个问题变得越来越尖锐。

React Fiber 简介：一种全新的协调方法

React Fiber 通过将渲染过程分解为更小的、异步的工作单元来解决同步协调过程的局限性。这些工作单元被称为“fiber”。 每个 fiber 代表一个组件实例，React 可以根据其优先级暂停、恢复或放弃对某个 fiber 的工作。这种中断渲染过程的能力正是 React Fiber 实现基于优先级的渲染的关键。

React Fiber 的核心概念

• Fibers： 代表要完成的工作单元，类似于树形结构中的组件。每个 Fiber 都包含有关组件状态、属性以及与其他组件关系的信息。
• 工作循环 (Work Loop)： React Fiber 的核心，负责处理 fibers 并更新 DOM。
• 调度器 (Schedulers)： 管理工作的优先级和执行。
• 优先级 (Priority Levels)： 用于根据任务的重要性对其进行分类（例如，用户输入事件的优先级高于后台更新）。

React Fiber 工作循环

React Fiber 工作循环是新协调算法的核心。它负责遍历组件树、处理 fibers 并更新 DOM。工作循环以连续的方式运行，不断检查是否有工作要做。关键在于，如果出现更高优先级的任务，工作循环可以随时被中断。这是通过使用调度器来实现的。

工作循环的阶段

工作循环包含两个主要阶段：

1. 渲染阶段 (Render Phase)： 此阶段确定需要对 DOM 进行哪些更改。React 遍历组件树，比较当前状态和新状态，并识别需要更新的组件。 此阶段是纯粹的，可以被暂停、中止或重新启动，而不会产生副作用。它会创建一个“副作用列表 (effect list)”，这是一个包含所有需要应用于 DOM 的变更的链表。
2. 提交阶段 (Commit Phase)： 此阶段将更改应用于 DOM。此阶段是同步的，不能被中断。这对于确保 UI 保持一致至关重要。

中断如何工作

调度器在管理中断方面扮演着至关重要的角色。它为每个任务分配一个优先级，例如用户输入、网络请求或后台更新。工作循环不断检查调度器，看是否有任何更高优先级的任务等待执行。如果发现更高优先级的任务，工作循环会暂停当前任务，将控制权交还给浏览器，并允许执行更高优先级的任务。一旦更高优先级的任务完成，工作循环就可以从它中断的地方继续执行之前的任务。

可以这样想：你正在处理一个大型电子表格（渲染阶段），这时你的老板打来电话（一个更高优先级的任务）。你会立即停止处理电子表格去接电话。通话结束后，你再回到电子表格，从你离开的地方继续工作。

基于优先级的渲染

基于优先级的渲染是 React Fiber 中断能力的主要优势。它允许 React 根据任务的重要性来确定其优先级，确保最重要的任务首先执行。这带来了响应更灵敏、更流畅的用户体验。

优先级类型

React 定义了几个优先级，每个都具有不同的重要性级别：

• 立即优先级 (Immediate Priority)： 用于需要立即执行的任务，例如用户输入事件。
• 用户阻塞优先级 (User-Blocking Priority)： 用于阻塞用户界面的任务，例如动画和过渡。
• 普通优先级 (Normal Priority)： 用于大多数更新。
• 低优先级 (Low Priority)： 用于非时间关键型任务，例如后台更新和分析。
• 空闲优先级 (Idle Priority)： 用于可以在浏览器空闲时执行的任务，例如预取数据。

基于优先级渲染的实际应用示例

想象一个场景：当 React 正在更新一个大型数据列表时，用户正在输入框中打字。如果没有 React Fiber，打字体验可能会变得迟缓和令人沮丧，因为 React 正忙于更新列表。然而，有了 React Fiber，React 可以将用户输入事件的优先级置于列表更新之上。这意味着 React 将暂停列表更新，处理用户输入，然后恢复列表更新。这确保了打字体验保持流畅和响应迅速。

另一个例子：考虑一个社交媒体信息流。 更新新评论的显示应该优先于加载那些更旧、相关性较低的内容。 Fiber 允许这种优先级划分，确保用户首先看到最新的活动。

对开发者的实际意义

理解 React Fiber 基于优先级的渲染对开发者有几个实际意义：

• 优化关键路径： 识别最关键的用户交互，并确保它们以最高优先级处理。
• 推迟非关键任务： 将非关键任务（如后台更新和分析）推迟到较低的优先级。
• 使用 `useDeferredValue` Hook： 这是 React 18 中引入的钩子，它允许您推迟对 UI 中不太关键部分的更新。这对于提高感知性能非常有价值。
• 使用 `useTransition` Hook： 此钩子允许您将更新标记为过渡，这会告诉 React 在处理更新时保持 UI 的响应性。
• 避免长时间运行的任务： 将长时间运行的任务分解为更小、更易于管理的块，以避免阻塞主线程。

React Fiber 和基于优先级渲染的优势

React Fiber 和基于优先级的渲染提供了几个显著的优势：

• 提高响应能力： 即使在执行计算密集型操作时，React 也能保持响应。
• 更流畅的用户体验： 即使用户与复杂的应用程序交互，也能体验到更流畅、更平滑的 UI。
• 更好的性能： React 可以优化渲染过程并避免不必要的更新。
• 增强用户感知： 通过优先处理可见更新并推迟不太重要的任务，React 提高了应用程序的感知性能。

挑战与考量

虽然 React Fiber 提供了显著的优势，但也存在一些需要注意的挑战和考量：

• 增加的复杂性： 理解 React Fiber 的架构和工作循环可能具有挑战性。
• 调试： 调试异步渲染可能比调试同步渲染更复杂。
• 兼容性： 虽然 React Fiber 向后兼容大多数现有的 React 代码，但一些较旧的组件可能需要更新。 在升级过程中，仔细的测试总是必要的。
• 潜在的“饿死”问题： 如果总是有更高优先级的任务在等待，低优先级的任务可能永远不会被执行。 为了避免这种情况，正确的优先级划分至关重要。

全球应用实例

思考以下这些全球性的例子，它们展示了 React Fiber 的优势：

• 电子商务平台（全球）： 一个拥有数千种商品的电商网站可以使用 React Fiber 来优先显示产品详情和用户交互（如添加到购物车、筛选结果），而不是更新产品推荐等次要任务。 这确保了无论用户身在何处或网速如何，都能获得快速响应的购物体验。
• 金融交易平台（伦敦、纽约、东京）： 一个显示快速变化市场数据的实时交易平台必须优先更新当前价格和订单簿，而不是显示历史图表或新闻源。React Fiber 实现了这种优先级划分，确保交易员能以最小延迟获取最关键的信息。
• 教育平台（印度、巴西、美国）： 一个拥有互动练习和视频讲座的在线学习平台可以使用 React Fiber 来优先处理练习期间的用户输入和视频流播放，而不是更新课程进度条等次要任务。这为网络连接状况各异地区的学生确保了流畅且引人入胜的学习体验。
• 社交媒体应用（全球）： 一个社交媒体平台需要优先显示新帖子和通知，而不是加载旧内容或执行后台数据同步。React Fiber 使得向用户优先展示“新鲜事”成为可能，而像“推荐好友”这类非即时性需求则可以稍后更新。

使用 Fiber 优化 React 应用的最佳实践

• 分析您的应用程序： 使用 React DevTools 来识别性能瓶颈和 React 花费最多渲染时间的区域。这将帮助您精确定位可能导致速度变慢的组件。
• 记忆化技术： 利用 `React.memo`、`useMemo` 和 `useCallback` 来防止组件不必要的重新渲染。这些技术允许您缓存昂贵计算或比较的结果，并且仅在输入发生变化时才重新渲染。
• 代码分割： 将您的应用程序分解成可以按需加载的更小代码块。这减少了初始加载时间并提高了应用程序的感知性能。使用 `React.lazy` 和 `Suspense` 来实现代码分割。
• 大型列表虚拟化： 如果您正在渲染大型数据列表，请使用虚拟化技术，只渲染屏幕上当前可见的项目。像 `react-window` 和 `react-virtualized` 这样的库可以帮助您高效地实现虚拟化。
• 防抖和节流： 实现防抖和节流来限制由用户输入或其他事件触发的更新频率。这可以防止过多的重新渲染并提高性能。
• 优化图像和资产： 压缩图像和其他资产以减小其文件大小并改善加载时间。使用响应式图像根据用户的屏幕尺寸提供不同大小的图像。
• 定期监控性能： 持续监控应用程序的性能，并识别可能出现的任何新瓶颈。使用 Google PageSpeed Insights 和 WebPageTest 等性能监控工具来跟踪关键指标并确定改进领域。

结论

React Fiber 的工作循环中断和基于优先级的渲染是构建高性能、响应迅速的 React 应用程序的强大工具。通过理解 React Fiber 的工作原理并应用最佳实践，开发者可以创造出即使在处理复杂 UI 和大型数据集时也流畅、平滑且引人入胜的用户体验。 随着 React 的不断发展，Fiber 的架构改进将继续是构建现代 Web 应用的基石，以满足全球用户的需求。

采纳本指南中概述的概念和技术，将使您能够充分利用 React Fiber 的潜力，在各种平台和设备上提供卓越的用户体验，从而提高用户满意度并推动业务成功。 请记住，要不断学习和适应 React 开发不断变化的格局，以保持领先地位，构建真正出色的 Web 应用程序。