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精读《React 18》

React 18 带来了几个非常实用的新特性,同时也没有额外的升级成本,值得仔细看一看。

下面是几个关键信息:

精读

总的来说,React 18 带来了 3 大新特性:

  • Automatic batching。
  • Concurrent APIS。
  • SSR for Suspense。

同时为了开启新的特性,需要进行简单的 render 函数升级。

Automatic batching

batching 是指,React 可以将回调函数中多个 setState 事件合并为一次渲染。

也就是说,setState 并不是实时修改 State 的,而将多次 setState 调用合并起来仅触发一次渲染,既可以减少程序数据状态存在中间值导致的不稳定性,也可以提升渲染性能。可以理解为如下代码所示:

function handleClick() {
  setCount((c) => c + 1);
  setFlag((f) => !f);
  // 仅触发一次渲染
}
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但可惜的是,React 18 以前,如果在回调函数的异步调用中执行 setState,由于丢失了上下文,无法做合并处理,所以每次 setState 调用都会立即触发一次重渲染:

function handleClick() {
  // React 18 以前的版本
  fetch(/*...*/).then(() => {
    setCount((c) => c + 1); // 立刻重渲染
    setFlag((f) => !f); // 立刻重渲染
  });
}
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而 React 18 带来的优化便是,任何情况都可以合并渲染了!即使在 promisetimeout 或者 event 回调中调用多次 setState,也都会合并为一次渲染:

function handleClick() {
  // React 18+
  fetch(/*...*/).then(() => {
    setCount((c) => c + 1);
    setFlag((f) => !f);
    // 仅触发一次渲染
  });
}
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当然如果你非要 setState 调用后立即重渲染也行,只需要用 flushSync 包裹:

function handleClick() {
  // React 18+
  fetch(/*...*/).then(() => {
    ReactDOM.flushSync(() => {
      setCount((c) => c + 1); // 立刻重渲染
      setFlag((f) => !f); // 立刻重渲染
    });
  });
}
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开启这个特性的前提是,将 ReactDOM.render 替换为 ReactDOM.createRoot 调用方式。

新的 ReactDOM Render API

升级方式很简单:

const container = document.getElementById("app");

// 旧 render API
ReactDOM.render(<App tab="home" />, container);

// 新 createRoot API
const root = ReactDOM.createRoot(container);
root.render(<App tab="home" />);
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API 修改的主要原因还是语义化,即当我们多次调用 render 时,不再需要重复传入 container 参数,因为在新的 API 中,container 已经提前绑定到 root 了。

ReactDOM.hydrate 也被 ReactDOM.hydrateRoot 代替:

const root = ReactDOM.hydrateRoot(container, <App tab="home" />);
// 注意这里不用调用 root.render()
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这样的好处是,后续如果再调用 root.render(<Appx />) 进行重渲染,我们不用关心这个 root 来自 createRoot 或者 hydrateRoot,因为后续 API 行为表现都一样,减少了理解成本。

Concurrent APIS

首先要了解 Concurrent Mode 是什么。

简单来说,Concurrent Mode 就是一种可中断渲染的设计架构。什么时候中断渲染呢?当一个更高优先级渲染到来时,通过放弃当前的渲染,立即执行更高优先级的渲染,换来视觉上更快的响应速度。

有人可能会说,不对啊,中断渲染后,之前渲染的 CPU 执行不就浪费了吗,换句话说,整体执行时常增加了。这句话是对的,但实际上用户对页面交互及时性的感知是分为两种的,第一种是即时输入反馈,第二种是这个输入带来的副作用反馈,比如更新列表。其中,即使输入反馈只要能优先满足,即便副作用反馈更慢一些,也会带来更好的体验,更不用说副作用反馈大部分情况会因为即使输入反馈的变化而作废。

由于 React 将渲染 DOM 树机制改为两个双向链表,并且渲染树指针只有一个,指向其中一个链表,因此可以在更新完全发生后再切换指针指向,而在指针切换之前,随时可以放弃对另一颗树的修改。

以上是背景输入。React 18 提供了三个新的 API 支持这一模式,分别是:

  • startTransition。
  • useDeferredValue。

后两个文档还未放出,所以本文只介绍第一个 API:startTransition。首先看一下用法:

import { startTransition } from "react";

// 紧急更新:
setInputValue(input);

// 标记回调函数内的更新为非紧急更新:
startTransition(() => {
  setSearchQuery(input);
});
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简单来说,就是被 startTransition 回调包裹的 setState 触发的渲染 被标记为不紧急的渲染,这些渲染可能被其他紧急渲染所抢占。

比如这个例子,当 setSearchQuery 更新的列表内容很多,导致渲染时 CPU 占用 100% 时,此时用户又进行了一个输入,即触发了由 setInputValue 引起的渲染,此时由 setSearchQuery 引发的渲染会立刻停止,转而对 setInputValue 渲染进行支持,这样用户的输入就能快速反映在 UI 上,代价是搜索列表响应稍慢了一些。而一个 transition 被打断的状态可以通过 isPending 访问到:

import { useTransition } from "react";
const [isPending, startTransition] = useTransition();
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其实这比较符合操作系统的设计理念,我们知道在操作系统是通过中断响应底层硬件事件的,中断都非常紧急(因为硬件能存储的消息队列非常有限,操作系统不能即使响应,硬件的输入可能就丢失了),因此要支持抢占式内核,并在中断到来时立刻执行中断(可能把不太紧急的操作放到下半部执行)。

对前端交互来说,用户角度发出的 “中断” 一般来自键盘或鼠标的操作,但不幸的是,前端框架甚至是 JS 都过于上层,它们无法自动识别:

  1. 哪些代码是紧急中断产生的。比如 onClick 就一定是用户鼠标点击产生的吗?不一定,可能是 xxx.onClick 主动触发的,而非用户触发。
  2. 用户触发的就一定是紧急中断吗?不一定,比如键盘输入后,setInputValue 是紧急的,而更新查询列表的 setSearchQuery 就是非紧急的。

我们要理解到前端场景对用户操作感知的局限性,才能理解为什么必须手动指定更新的紧急程度,而不能像操作系统一样,上层程序无需感知中断的存在。

SSR for Suspense

完整名称是:Streaming SSR with selective hydration。

即像水流一样,打造一个从服务端到客户端持续不断的渲染管线,而不是 renderToString 那样一次性渲染机制。selective hydration 表示选择性水合,水合指的是后端内容打到前端后,JS 需要将事件绑定其上,才能响应用户交互或者 DOM 更新行为,而在 React 18 之前,这个操作必须是整体性的,而水合过程可能比较慢,会引起全局的卡顿,所以选择性水合可以按需优先进行水合。

所以这个特性其实是转为 SSR 准备的,而功能启用载体就是 Suspense(所以以后不要再认为 Suspense 只是一个 loading 作用)。其实在 Suspense 设计之初,就是为了解决服务端渲染问题,只是一开始只实装了客户端测的按需加载功能,后面你会逐渐发现 React 团地逐渐赋予了 Suspense 更多强大能力。

SSR for Suspense 解决三个主要问题:

  • SSR 模式下,如果不同模块取数效率不同,会因为最慢的一个模块拖慢整体 HTML 吞吐时间,这可能导致体验还不如非 SSR 来的好。举一个极端情况,假设报表中一个组件依赖了慢查询,需要五分钟数据才能出来,那么 SSR 的后果就是白屏时间拉长到 5 分钟。
  • 即便 SSR 内容打到了页面上,由于 JS 没有加载完毕,所以根本无法进行 hydration,整个页面处于无法交互状态。
  • 即便 JS 加载完了,由于 React 18 之前只能进行整体 hydration,可能导致卡顿,导致首次交互响应不及时。

在 React 18 的 server render 中,只要使用 pipeToNodeWritable 代替 renderToString 并配合 Suspense 就能解决上面三个问题。

使用 pipeToNodeWriteable 可以看 这个例子

最大的区别在于,服务端渲染由简单的 res.send 改成了 res.socket,这样渲染就从单次行为变成了持续性的行为。

那么 React 18 的 SSR 到底有怎样的效果呢?这篇介绍文档 的图建议看一看,非常直观,这里我简要描述一下:

  1. <Suspense> 包裹的区块,在服务端渲染时不会阻塞首次吞吐,而且在这个区块准备完毕后(包括异步取数)再实时打到页面中(以 HTML 模式,此时还没有 hydration),在此之前返回的是 fallback 的内容。
  2. hydration 的过程也是逐步的,这样不会导致一下执行所有完整的 js 导致页面卡顿(hydration 其实就是 React 里写的回调注册、各类 Hooks,整个应用的量非常庞大)。
  3. hydration 因为被拆成多部,React 还会提前监听鼠标点击,并提前对点击区域优先级进行 hydration,甚至能抢占已经在其他区域正在进行中的 hydration。

那么总结一下,新版 SSR 性能提高的秘诀在于两个字:按需。

而这个难点在于,SSR 需要后端到前端的配合,在 React 18 之前,后端到前端的过程完全没有优化,而现在将 SSR HTML 的吞吐改成多次,按需,并且水合过程中还支持抢占,因此性能得到进一步提升。

总结

结合起来看,React 18 关注点在于更快的性能以及用户交互响应效率,其设计理念处处包含了中断与抢占概念。

以后提起前端性能优化,我们就多了一些应用侧的视角(而不仅仅是工程化视角),从以下两个应用优化视角有效提升交互反馈速度:

  1. 随时中断的框架设计,第一优先级渲染用户最关注的 UI 交互模块。
  2. 从后端到前端 “顺滑” 的管道式 SSR,并将 hydration 过程按需化,且支持被更高优先级用户交互行为打断,第一优先水合用户正在交互的部分。

讨论地址是:精读《React 18》· Issue #336 · dt-fe/weekly

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