一 前言
首先带着疑问🤔️来看react中调度模式：
- react异步调度产生的原因；
- 什么是时间分片；
- React 如何模拟 requestIdleCallback？
- 调度流程？
- schduler如何实现中断、恢复、判断这个任务有没有执行完？
二 时间分片
在浏览器中首先有一个问题，GUI 渲染线程和 JS 引擎线程是相互排斥的，比如开发者用 js 写了一个遍历大量数据的循环，在执行 js 时候，会阻塞浏览器的渲染绘制，给用户直观的感受就是卡顿。为了解决问题React 将更新，交给浏览器自己控制，如果浏览器有绘制任务那么执行绘制任务，在空闲时间执行更新任务，就能解决卡顿问题了。
时间分片 / 时间切片
浏览器在每次执行一次时间循环都会做如下事情：
一个task(宏任务) -- 队列中全部job(微任务) -- requestAnimationFrame -- 浏览器重排/重绘 -- requestIdleCallback
在此后，如果没有其他事件，浏览器会进入休息时间，那么有的一些不是特别紧急 React 更新，就可以执行了。
React是怎么知道浏览器会有空闲时间呢？
requestIdleCallback，是谷歌浏览器提供的一个 API， 在浏览器有空余的时间，浏览器就会调用 requestIdleCallback 的回调。首先看一下 requestIdleCallback的基本用法：
requestIdleCallback(callback,{ timeout })
- callback 回调，浏览器空余时间执行回调函数。
- timeout 超时时间。如果浏览器长时间没有空闲，那么回调就不会执行，为了解决这个问题，可以通过 requestIdleCallback 的第二个参数指定一个超时时间。
模拟requestIdleCallback
但是 requestIdleCallback 目前只有谷歌浏览器支持 ，为了兼容每个浏览器，React需要自己实现一个 requestIdleCallback ，React中采用了task（宏任务）MessageChannel方式实现
MessageChannel 接口允许开发者创建一个新的消息通道，并通过它的两个 MessagePort 属性发送数据。
- MessageChannel.port1 只读返回 channel 的 port1 。
- MessageChannel.port2 只读返回 channel 的 port2 。
让我们看一下基于 MessageChannel 是如何工作的：
const channel = new MessageChannel();
const port = channel.port2;
channel.port1.onmessage = performWorkUntilDeadline;
function requestHostCallback(callback) {
scheduledHostCallback = callback;
if (!isMessageLoopRunning) {
isMessageLoopRunning = true;
port.postMessage(null);
}
}
- 实例化 MessageChannel，并创建两个 Port
- 设置 port1 的 handle 为
performWorkUntilDeadline requestHostCallback将发送消息，触发performWorkUntilDeadline
这里留下个疑问🤔 --- performWorkUntilDeadline这个函数做了什么
三 调度流程
React发生一次更新，会统一走ensureRootlsScheduled（调度应用）。
V18版本Concurrent模式会有低优先级--useTransition
- 对于正常更新会走performSyncWorkOnRoot逻辑，最后在workLoopSync。
- 对于低优先级的异步更新会走performConcurrentWorkOnRoot逻辑，最后会走workLoopConcurrent。
如下看一下workLoopSync，workLoopConcurrent。
react-reconciler/src/ReactFiberWorkLoop.js
function workLoopSync() {
while (workInProgress !== null) {
workInProgress = performUnitOfWork(workInProgress);
}
}
function workLoopConcurrent() {
while (workInProgress !== null && !shouldYield()) {
workInProgress = performUnitOfWork(workInProgress);
}
}
在一次更新调度过程中，workLoop会更新每一个待更新的fiber。他们的区别在于异步模式会调用一个shouldYield() ,如果浏览器器没有空余时间，shouldYeild会终止循环，直到浏览器有空闲后再继续遍历，从而达到终止渲染的目的，这样就解决了一次行遍历大量的fiber，导致浏览器没有时间执行一些渲染任务，导致页面卡顿。
scheduleCallback
无论是上述正常更新任务 workLoopSync 还是低优先级的任务 workLoopConcurrent ，都是由调度器 scheduleCallback 统一调度的。sheduleCallback做了什么呢？
function unstable_scheduleCallback(priorityLevel, callback, options) {
var currentTime = getCurrentTime(); // 现在的时间
var startTime; // 开始时间
if (typeof options === 'object' && options !== null) {
var delay = options.delay;
if (typeof delay === 'number' && delay > 0) {
startTime = currentTime + delay;
} else {
startTime = currentTime;
}
} else {
startTime = currentTime;
}
var timeout;
switch (priorityLevel) { // 调度任务的优先级
case ImmediatePriority:
timeout = IMMEDIATE_PRIORITY_TIMEOUT;
break;
case UserBlockingPriority:
timeout = USER_BLOCKING_PRIORITY_TIMEOUT;
break;
case IdlePriority:
timeout = IDLE_PRIORITY_TIMEOUT;
break;
case LowPriority:
timeout = LOW_PRIORITY_TIMEOUT;
break;
case NormalPriority:
default:
timeout = NORMAL_PRIORITY_TIMEOUT;
break;
}
var expirationTime = startTime + timeout; //超时时间
// 创建一个任务
var newTask = {
id: taskIdCounter++,
callback,
priorityLevel,
startTime,
expirationTime,
sortIndex: -1,
};
if (enableProfiling) {
newTask.isQueued = false;
}
// 开始时间大于现在时间
if (startTime > currentTime) {
// 通过开始时间排序
newTask.sortIndex = startTime;
push(timerQueue, newTask); // 放入timeQueue
// 当taskQueue队列没有任务 timerQueue中优先最高的任务是刚创建任务时
if (peek(taskQueue) === null && newTask === peek(timerQueue)) {
// 是否有延时任务
if (isHostTimeoutScheduled) {
// cancelHostTimeout 用于清除requestHostTimeout 延时执行 handleTimeout。
cancelHostTimeout();
} else {
isHostTimeoutScheduled = true;
}
// 执行setTimeout
requestHostTimeout(handleTimeout, startTime - currentTime);
}
} else {
// 通过 expirationTime 排序
newTask.sortIndex = expirationTime;
push(taskQueue, newTask); // 放入taskQueue队列
if (enableProfiling) {
markTaskStart(newTask, currentTime);
newTask.isQueued = true;
}
// 没有处于调度中的任务， 然后向浏览器请求一帧，浏览器空闲执行 flushWork
if (!isHostCallbackScheduled && !isPerformingWork) {
isHostCallbackScheduled = true;
requestHostCallback(flushWork);
}
}
return newTask;
}
看完上面代码你会了解到：
timeout是根据调度优先级来生成，React 为了防止 requestIdleCallback 中的任务由于浏览器没有空闲时间而卡死，所以设置了 5 个优先级。Immediate-1 需要立刻执行。UserBlocking250ms 超时时间250ms，一般指的是用户交互。Normal5000ms 超时时间5s，不需要直观立即变化的任务，比如网络请求。Low10000ms 超时时间10s，肯定要执行的任务，但是可以放在最后处理。Idle一些没有必要的任务，可能不会执行。
- 会创建一个新的task，task会带着一些参数
- 当 startTime > currentTime，意味着当前任务是被设置为 delay，task.sortIndex 被 startTime 赋值，并向 timerQueue push task，并依据任务的开始时间(
startTime)排序 - Else 的情况，也就是 当前任务没有设置 delay，task.sortIndex 被 expirationTime 赋值，并向 taskQueue push task，并依据任务的过期时间(
expirationTime) - 在startTime < currentTime 会执行
requestHostCallback(flushWork)，也就会申请时间切片，调度flushWork - 如果任务没有过期，用 requestHostTimeout 延时执行 handleTimeout。
上述代码看完你还会有下面疑惑🤔：
- 调用requestIdleCallback，后续做了什么
- flushWork起到了什么作用
- requestHostTimeout、cancelHostTimeout、handleTimeout做了什么？ -- 这个留到最后
performWorkUntilDeadline
回头看看时间分片，Scheduler调用requestIdleCallback申请时间切片时，flushWork作为参数传入并赋值给scheduledHostCallback，channel.port1这时候执行performWorkUntilDeadline，
接下来看一看performWorkUntilDeadline的实现
const performWorkUntilDeadline = () => {
// scheduledHostCallback 来自于 requestHostCallback 中的 callback ,也就是flushWork
if (scheduledHostCallback !== null) {
const currentTime = getCurrentTime();
// Yield after `yieldInterval` ms, regardless of where we are in the vsync
// cycle. This means there's always time remaining at the beginning of
// the message event.
deadline = currentTime + yieldInterval;
const hasTimeRemaining = true;
// If a scheduler task throws, exit the current browser task so the
// error can be observed.
//
// Intentionally not using a try-catch, since that makes some debugging
// techniques harder. Instead, if `scheduledHostCallback` errors, then
// `hasMoreWork` will remain true, and we'll continue the work loop.
let hasMoreWork = true;
try {
// 执行flushWork
hasMoreWork = scheduledHostCallback(hasTimeRemaining, currentTime);
} finally {
if (hasMoreWork) {
// If there's more work, schedule the next message event at the end
// of the preceding one.
port.postMessage(null);
} else {
isMessageLoopRunning = false;
scheduledHostCallback = null;
}
}
} else {
isMessageLoopRunning = false;
}
// Yielding to the browser will give it a chance to paint, so we can
// reset this.
needsPaint = false;
};
yieldInterval被定义为 5ms，代表了调用的最小间隔scheduledHostCallback来自于requestHostCallback中的 callback，也就是flushWork- 调用
scheduledHostCallback，并返回当前是否有更多的任务需要执行。如果有将会递归调用performWorkUntilDeadline
flushWork
function flushWork(hasTimeRemaining, initialTime) {
if (enableProfiling) {
markSchedulerUnsuspended(initialTime);
}
// We'll need a host callback the next time work is scheduled.
isHostCallbackScheduled = false;
// 如果有延时任务，那么先暂定延时任务
if (isHostTimeoutScheduled) {
// We scheduled a timeout but it's no longer needed. Cancel it.
isHostTimeoutScheduled = false;
cancelHostTimeout();
}
isPerformingWork = true;
const previousPriorityLevel = currentPriorityLevel;
try {
if (enableProfiling) {
try {
return workLoop(hasTimeRemaining, initialTime);
} catch (error) {
if (currentTask !== null) {
const currentTime = getCurrentTime();
markTaskErrored(currentTask, currentTime);
currentTask.isQueued = false;
}
throw error;
}
} else {
// No catch in prod code path.
return workLoop(hasTimeRemaining, initialTime);
}
} finally {
currentTask = null;
currentPriorityLevel = previousPriorityLevel;
isPerformingWork = false;
if (enableProfiling) {
const currentTime = getCurrentTime();
markSchedulerSuspended(currentTime);
}
}
}
- 重置了
isHostTimeoutScheduled的状态，确保在 flush 执行时，可以让新的任务被 schedule - flushWork 如果有延时任务执行的话，那么会先暂停延时任务
flushWork返回了workLoop()的结果,下面看看workLoop()
workLoop
function workLoop(hasTimeRemaining, initialTime) {
let currentTime = initialTime;
advanceTimers(currentTime);
// 将taskQueue中第一个取出来
currentTask = peek(taskQueue);
while (
currentTask !== null &&
!(enableSchedulerDebugging && isSchedulerPaused)
) {
if (
currentTask.expirationTime > currentTime &&
(!hasTimeRemaining || shouldYieldToHost())
) {
// This currentTask hasn't expired, and we've reached the deadline.
break;
}
const callback = currentTask.callback;
if (typeof callback === 'function') {
currentTask.callback = null;
currentPriorityLevel = currentTask.priorityLevel;
const didUserCallbackTimeout = currentTask.expirationTime <= currentTime;
markTaskRun(currentTask, currentTime);
const continuationCallback = callback(didUserCallbackTimeout);
currentTime = getCurrentTime();
if (typeof continuationCallback === 'function') {
currentTask.callback = continuationCallback;
markTaskYield(currentTask, currentTime);
} else {
if (enableProfiling) {
markTaskCompleted(currentTask, currentTime);
currentTask.isQueued = false;
}
if (currentTask === peek(taskQueue)) {
pop(taskQueue);
}
}
advanceTimers(currentTime);
} else {
pop(taskQueue);
}
currentTask = peek(taskQueue);
}
// Return whether there's additional work
if (currentTask !== null) {
// 这里返回的true会返回给performWorkUntilDeadline中hasMoreWork，然后再次申请时间片
return true;
} else {
const firstTimer = peek(timerQueue);
if (firstTimer !== null) {
requestHostTimeout(handleTimeout, firstTimer.startTime - currentTime);
}
return false;
}
}
-
整个方法中，有很多次调用
advanceTimers，让我们稍后看一下实现 -
currentTask = peek(taskQueue)，peek taskQueue 中优先级最高的任务（不会从 Queue 移除 task） -
执行 Loop，如果 currentTask 存在
-
检查当前任务未过期的情况下 是否 当前有剩余时间 或者 需要让出给高优先级的任务
- 我们等下再来看
shouldYieldToHost
- 我们等下再来看
-
执行
currentTask.callback，并将当前任务是否过期作为参数。这个 callback 会根据当前是否过期状态，缓存当前执行结果，返回未来可能会继续执行的方法：continuationCallback- 是不是记起来了？ Fiber 可中断继续机制
- callback 返回也可能为 非函数，代表任务可能已经完成，将从 taskQueue 中 pop 掉该任务
currentTask.callback可以看到要符合continuationCallback的运作过程，所以这个函数是要满足一些设计才可以在 Scheduler 正常工作的
-
最后将从 taskQueue 中再 peek 一个任务出来，继续执行 loop
- 还记得刚才的
continuationCallback吗，如果上一个任务缓存了结果，那么并不会在后面 pop - 所以这里 peak 出来的任务，还是上一个被中断的任务
- 还记得刚才的
advanceTimers
function advanceTimers(currentTime) {
// Check for tasks that are no longer delayed and add them to the queue.
let timer = peek(timerQueue);
while (timer !== null) {
if (timer.callback === null) {
// Timer was cancelled.
pop(timerQueue);
} else if (timer.startTime <= currentTime) {
// Timer fired. Transfer to the task queue.
pop(timerQueue);
timer.sortIndex = timer.expirationTime;
push(taskQueue, timer);
if (enableProfiling) {
markTaskStart(timer, currentTime);
timer.isQueued = true;
}
} else {
// Remaining timers are pending.
return;
}
timer = peek(timerQueue);
}
}
advanceTimers的作用是将 timerTask 中已经到了执行时间的 task，push 到 taskQueue，
shouldYield 中止 workloop
function shouldYieldToHost() {
if (
enableIsInputPending &&
navigator !== undefined &&
navigator.scheduling !== undefined &&
navigator.scheduling.isInputPending !== undefined
) {
const scheduling = navigator.scheduling;
const currentTime = getCurrentTime();
if (currentTime >= deadline) {
// There's no time left. We may want to yield control of the main
// thread, so the browser can perform high priority tasks. The main ones
// are painting and user input. If there's a pending paint or a pending
// input, then we should yield. But if there's neither, then we can
// yield less often while remaining responsive. We'll eventually yield
// regardless, since there could be a pending paint that wasn't
// accompanied by a call to `requestPaint`, or other main thread tasks
// like network events.
if (needsPaint || scheduling.isInputPending()) {
// There is either a pending paint or a pending input.
return true;
}
// There's no pending input. Only yield if we've reached the max
// yield interval.
return currentTime >= maxYieldInterval;
} else {
// There's still time left in the frame.
return false;
}
} else {
// `isInputPending` is not available. Since we have no way of knowing if
// there's pending input, always yield at the end of the frame.
return getCurrentTime() >= deadline;
}
}
-
首先进行了 navigator.scheduling 这个 API 的宿主环境检测
- Update 11-19-2020: 在 Chrome 87 上已经可以使用该 API
navigator.scheduling.isInputPending()用来判断当前是否有用户的输入操作
-
如果当前时间不够了，将控制权还给主线程，去满足优先执行 Painting 和 User Input，
-
当然就算没有高优先级操作，最后还是会保证在一定的阈值让给主线程：
maxYieldInterval -
isInputPending不可用的情况下，直接计算任务，已经超时了返回true直接停止任务。
requestHostTimeout 、cancelHostTimeout
到此其实调度基本讲完毕，但还有异步调度流程，也就是在Scheduler中，当startTime > currentTime时候执行的是requestHostTimeout而不是requestIdleCallback,下面就看看requestHostTimeout将handleTimeout作为参数做了什么？
function requestHostTimeout(callback, ms) {
taskTimeoutID = setTimeout(() => {
callback(getCurrentTime());
}, ms);
}
function cancelHostTimeout() {
clearTimeout(taskTimeoutID);
taskTimeoutID = -1;
}
当有一个任务没有超时，React 把它放入 timerQueue中了，但是它什么时候执行呢 ？这个时候 Schedule 用 requestHostTimeout 让一个未过期的任务能够到达恰好过期的状态， 那么需要延迟 startTime - currentTime 毫秒就可以了。requestHostTimeout 就是通过 setTimeout 来进行延时指定时间的。而cancelHostTimeout就是用来清空这个延时器。
handleTimeout
延时指定时间后，调用的 handleTimeout 函数， handleTimeout 会把任务重新放在 requestHostCallback 调度。
function handleTimeout(currentTime) {
isHostTimeoutScheduled = false;
advanceTimers(currentTime);
if (!isHostCallbackScheduled) {
if (peek(taskQueue) !== null) {
isHostCallbackScheduled = true;
requestHostCallback(flushWork);
} else {
const firstTimer = peek(timerQueue);
if (firstTimer !== null) {
requestHostTimeout(handleTimeout, firstTimer.startTime - currentTime);
}
}
}
}
- 开启advanceTimers，将 timeQueue 中过期的任务转移到 taskQueue 中
- 没有处于调度中，判断有没有过期任务，没有的话调用requestHostCallback请求时间切片， 否则开启reaquestHostTimeout执行延时器。
至此调度和时间片完毕
小结
Scheduler大致运作原理
- scheduleCallback 开始执行任务，确立新任务在 Scheduler 的优先级以及排序索引和 Callback 等属性，并依据是否 delay 将任务按照 sortIndex 放入两个 Queue 中
- requestHostCallback 利用 MessageChannel 发送消息，在浏览器渲染后（也就是下一帧的开始）调用 performWorkUntilDeadline，并设置 deadline，执行 scheduledHostCallback 也就是 flushWork
- 在 flushWork 开始了 workLoop，不断去按照优先级执行 taskQueue 对应的任务，并且在执行前会检查当前时间是否超过 deadline，超过会让出主线程以执行高优先级任务。在执行期间会利用 advanceTimers 进行 taskQueue 和 timerQueue 的实时整理，task 的处理函数支持中断缓存结果，并返回 continuationCallback，未来继续执行
Scheduler中断、恢复、判断
- 判断：workLoop是在performWorkUntilDeadline函数里执行，这个函数调用是在这一帧有剩余时间时执行，workLoop会在执行时检查 当前任务未过期的情况下 是否 当前有剩余时间 或者 需要让出给高优先级的任务（shouldYieldToHost），shouldYieldToHost判断现在时间有没有超过到期时间。
- 恢复：是在performWorkUntilDeadline拿到workLoop返回值为true继续调用port.postMessage(null) 让他下一帧时继续执行过期任务队列的第一个 也就是上一帧没执行完的任务，continuationCallback里面缓存的就是上次未执行完的函数。
- 中断：是在workLoop中，shouldYieldToHost为ture时就会中断workLoop中while会执行break，那么这时候workInProgress就会不为空，那么就代表打断。
参考博客：
- 掘金 - 作者我不是外星人：react进阶实践指南
- www.zhihu.com/question/50…
