React Concurrent Mode三连:是什么/为什么/怎么做

开发 前端
本文会详细介绍Concurrent Mode的来龙去脉,以及这套体系从底层架构到上层API的实现。

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 最近发布的React v17.0没有包含新特性。

究其原因,v17.0主要的工作在于源码内部对Concurrent Mode的支持。所以v17版本也被称为“垫脚石”版本。

本文会详细介绍Concurrent Mode的来龙去脉,以及这套体系从底层架构到上层API的实现。

由于跨度比较长,细节难免缺失。对文中提到的细节的进一步补足,欢迎关注我的工粽号 —— 魔术师卡颂,给你一份完整的源码学习方案。

是什么?

Concurrent Mode是什么?你可以从官网Concurrent 模式介绍[1]了解其基本概念。

一句话概括:

  • Concurrent 模式是一组 React 的新功能,可帮助应用保持响应,并根据用户的设备性能和网速进行适当的调整。

为了让应用保持响应,我们需要先了解是什么在制约应用保持响应?

我们日常使用App,浏览网页时,有两类场景会制约保持响应:

  • 当遇到大计算量的操作或者设备性能不足使页面掉帧,导致卡顿。
  • 发送网络请求后,由于需要等待数据返回才能进一步操作导致不能快速响应。

这两类场景可以概括为:

  • CPU的瓶颈
  • IO的瓶颈

CPU的瓶颈

当项目变得庞大、组件数量繁多时,就容易遇到CPU的瓶颈。

考虑如下Demo,我们向视图中渲染3000个li:

  1. function App() { 
  2.   const len = 3000; 
  3.   return ( 
  4.     <ul> 
  5.       {Array(len).fill(0).map((_, i) => <li>{i}</li>)} 
  6.     </ul> 
  7.   ); 
  8.  
  9. const rootEl = document.querySelector("#root"); 
  10. ReactDOM.render(<App/>, rootEl);   

主流浏览器刷新频率为60Hz,即每(1000ms / 60Hz)16.6ms浏览器刷新一次。

我们知道,JS可以操作DOM,GUI渲染线程与JS线程是互斥的。所以JS脚本执行和浏览器布局、绘制不能同时执行。

在每16.6ms时间内,需要完成如下工作:

  1. JS脚本执行 -----  样式布局 ----- 样式绘制 

当JS执行时间过长,超出了16.6ms,这次刷新就没有时间执行样式布局和样式绘制了。

在Demo中,由于组件数量繁多(3000个),JS脚本执行时间过长,页面掉帧,造成卡顿。

可以从打印的执行堆栈图看到,JS执行时间为73.65ms,远远多于一帧的时间。

如何解决这个问题呢?

答案是:在浏览器每一帧的时间中,预留一些时间给JS线程,React利用这部分时间更新组件(可以看到,在源码[2]中,预留的初始时间是5ms)。

当预留的时间不够用时,React将线程控制权交还给浏览器使其有时间渲染UI,React则等待下一帧时间到来继续被中断的工作。

  • 这种将长任务分拆到每一帧中,像蚂蚁搬家一样一次执行一小段任务的操作,被称为时间切片(time slice)

所以,解决CPU瓶颈的关键是实现时间切片,而时间切片的关键是:将同步的更新变为可中断的异步更新。

IO的瓶颈

网络延迟是前端开发者无法解决的。如何在网络延迟客观存在的情况下,减少用户对网络延迟的感知?

React给出的答案是将人机交互研究的结果整合到真实的 UI 中[3]。

这里我们以业界人机交互最顶尖的苹果举例,在IOS系统中:

点击“设置”面板中的“通用”,进入“通用”界面:

作为对比,再点击“设置”面板中的“Siri与搜索”,进入“Siri与搜索”界面:

你能感受到两者体验上的区别么?

事实上,点击“通用”后的交互是同步的,直接显示后续界面。

而点击“Siri与搜索”后的交互是异步的,需要等待请求返回后再显示后续界面。

但从用户感知来看,这两者的区别微乎其微。

这里的窍门在于:点击“Siri与搜索”后,先在当前页面停留了一小段时间,这一小段时间被用来请求数据。

当“这一小段时间”足够短时,用户是无感知的。如果请求时间超过一个范围,再显示loading的效果。

试想如果我们一点击“Siri与搜索”就显示loading效果,即使数据请求时间很短,loading效果一闪而过。用户也是可以感知到的。

为此,React实现了Suspense[4]、useDeferredValue[5]。

在源码内部,为了支持这些特性,同样需要将同步的更新变为可中断的异步更新。

Concurrent Mode自底向上

底层基础决定了上层API的实现,接下来让我们了解下,Concurrent Mode自底向上都包含哪些组成部分,才能实现上文提到的功能。

底层架构 —— Fiber架构

从上文我们了解到,为了解决CPU、IO瓶颈,最关键的一点是:实现异步可中断的更新。

基于这个前提,React花费2年时间重构完成了Fiber架构。

Fiber机构的意义在于,他将单个组件作为工作单元,使以组件为粒度的“异步可中断的更新”成为可能。

架构的驱动力 —— Scheduler

如果我们同步运行Fiber架构(通过ReactDOM.render),则Fiber架构与重构前并无区别。

但是当我们配合时间切片,就能根据宿主环境性能,为每个工作单元分配一个可运行时间,实现“异步可中断的更新”。

于是,scheduler[6](调度器)产生了。

Scheduler能保证我们的长任务被拆分到每一帧不同的task中。

当我们为上文讲到的渲染3000个li的Demo开启Concurrent Mode:

  1. // 通过使用ReactDOM.unstable_createRoot开启Concurrent Mode 
  2. // ReactDOM.render(<App/>, rootEl);   
  3. ReactDOM.unstable_createRoot(rootEl).render(<App/>); 

可以看到,每段JS脚本执行时间大体在5ms左右。

这样浏览器就有剩余时间执行样式布局和样式绘制,减少掉帧的可能性。

Fiber架构配合Scheduler实现了Concurrent Mode的底层刚需 —— “异步可中断的更新”。

架构运行策略 —— lane模型

到目前为止,通过Scheduler,React可以控制更新在Fiber架构中运行/中断/继续运行。

基于当前的架构,当一次更新在运行过程中被中断,过段时间再继续运行,这就是“异步可中断的更新”。

当一次更新在运行过程中被中断,转而重新开始一次新的更新,我们可以说:后一次更新打断了前一次更新。

这就是优先级的概念:后一次更新的优先级更高,他打断了正在进行的前一次更新。

多个优先级之间如何互相打断?优先级能否升降?本次更新应该赋予什么优先级?

这就需要一个模型控制不同优先级之间的关系与行为,于是lane模型诞生了。

  • lane模型通过将不同优先级赋值给一个位,通过31位的位运算来操作优先级

如下是不同优先级的定义:

  1. export const NoLanes: Lanes = /*                        */ 0b0000000000000000000000000000000; 
  2. export const NoLane: Lane = /*                          */ 0b0000000000000000000000000000000; 
  3.  
  4. export const SyncLane: Lane = /*                        */ 0b0000000000000000000000000000001; 
  5. export const SyncBatchedLane: Lane = /*                 */ 0b0000000000000000000000000000010; 
  6.  
  7. export const InputDiscreteHydrationLane: Lane = /*      */ 0b0000000000000000000000000000100; 
  8. const InputDiscreteLanes: Lanes = /*                    */ 0b0000000000000000000000000011000; 
  9.  
  10. // 省略... 

上层实现

现在,我们可以说:

  • 从源码层面讲,Concurrent Mode是一套可控的“多优先级更新架构”。

那么基于该架构之上可以实现哪些有意思的功能?我们举几个例子:

batchedUpdates

如果我们在一次事件回调中触发多次更新,他们会被合并为一次更新进行处理。

如下代码执行只会触发一次更新:

  1. onClick() { 
  2.   this.setState({stateA: 1}); 
  3.   this.setState({stateB: false}); 
  4.   this.setState({stateA: 2}); 

这种合并多个更新的优化方式被称为batchedUpdates。

batchedUpdates在很早的版本就存在了,不过之前的实现局限很多(脱离当前上下文环境的更新不会被合并)。

在Concurrent Mode中,是以优先级为依据对更新进行合并的,使用范围更广。

Suspense

Suspense[7]可以在组件请求数据时展示一个pending状态。请求成功后渲染数据。

本质上讲Suspense内的组件子树比组件树的其他部分拥有更低的优先级。

useDeferredValue

useDeferredValue[8]返回一个延迟响应的值,该值可能“延后”的最长时间为timeoutMs。

例子:

  1. const deferredValue = useDeferredValue(value, { timeoutMs: 2000 }); 

在useDeferredValue内部会调用useState并触发一次更新。

这次更新的优先级很低,所以当前如果有正在进行中的更新,不会受useDeferredValue产生的更新影响。所以useDeferredValue能够返回延迟的值。

当超过timeoutMs后useDeferredValue产生的更新还没进行(由于优先级太低一直被打断),则会再触发一次高优先级更新。

总结

除了以上介绍的实现,可以预见,当v17完美支持Concurrent Mode后,v18会迎来一大波基于Concurrent Mode的库。

 

责任编辑:姜华 来源: 魔术师卡颂
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