React Scheduler的底层实现原理

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介绍

React Scheduler是React 16版本中新增的调度器,它的作用是协调React任务的优先级和执行顺序,以提高React应用的性能。下面深入探讨一下React Scheduler的底层实现原理,更好地了解React的运行机制。

调度器的基本原理

在React中,所有任务都会被分配一个优先级,优先级高的任务会先被执行。React Scheduler的工作原理可以简单地概括为以下几个步骤:

  1. 将所有任务按照优先级排列,优先级高的任务排在前面。
  2. 从任务队列中取出优先级最高的任务。
  3. 执行该任务。
  4. 检查是否有更高优先级的任务需要执行,如果有,返回步骤2。

通过这种方式,React调度器可以确保任务始终按照正确的优先级进行执行,从而提高React应用的性能。

以下是一个使用JavaScript实现的计算器示例代码:

// 获取数字按钮和操作符按钮
const numberButtons = document.querySelectorAll('.number');
const operatorButtons = document.querySelectorAll('.operator');

// 获取结果框和清除按钮
const result = document.querySelector('.result');
const clearButton = document.querySelector('.clear');

// 定义变量来保存计算器状态
let currentOperand = '';
let previousOperand = '';
let currentOperator = null;

// 将数字添加到当前操作数
function appendNumber(number) {
  currentOperand = currentOperand.toString() + number.toString();
}

// 选择运算符并计算结果
function chooseOperator(operator) {
  if (currentOperand === '') return;
  if (previousOperand !== '') {
    compute();
  }
  currentOperator = operator;
  previousOperand = currentOperand;
  currentOperand = '';
}

// 计算结果
function compute() {
  let computation;
  const prev = parseFloat(previousOperand);
  const current = parseFloat(currentOperand);
  if (isNaN(prev) || isNaN(current)) return;
  switch (currentOperator) {
    case '+':
      computation = prev + current;
      break;
    case '-':
      computation = prev - current;
      break;
    case '×':
      computation = prev * current;
      break;
    case '÷':
      computation = prev / current;
      break;
    default:
      return;
  }
  currentOperand = computation;
  currentOperator = null;
  previousOperand = '';
}

// 更新结果框
function updateDisplay() {
  result.innerText = currentOperand;
}

// 清除计算器状态
function clear() {
  currentOperand = '';
  previousOperand = '';
  currentOperator = null;
}

// 为数字按钮添加点击事件
numberButtons.forEach(button => {
  button.addEventListener('click', () => {
    appendNumber(button.innerText);
    updateDisplay();
  })
})

// 为操作符按钮添加点击事件
operatorButtons.forEach(button => {
  button.addEventListener('click', () => {
    chooseOperator(button.innerText);
    updateDisplay();
  })
})

// 为等于号按钮添加点击事件
equalsButton.addEventListener('click', () => {
  compute();
  updateDisplay();
})

// 为清除按钮添加点击事件
clearButton.addEventListener('click', () => {
  clear();
  updateDisplay();
})

这个计算器示例代码中包含了一些基本的JavaScript语法,包括变量声明、函数定义、条件语句、循环语句等。它演示了如何使用JavaScript来实现一个简单的计算器,以及如何通过DOM操作来更新UI界面。

调度器的实现细节

React Scheduler的底层实现细节非常复杂,其中涉及到了多个概念和技术。以下是一些React Scheduler实现的关键细节:

优先级

React Scheduler将任务分为以下几个优先级:

  • Immediate(最高优先级)
  • UserBlocking
  • Normal
  • Low
  • Idle(最低优先级)
import React, { useState, useEffect } from "react";

function TodoList() {
  const [todos, setTodos] = useState([]);
  const [newTodo, setNewTodo] = useState("");

  useEffect(() => {
    const fetchData = async () => {
      const response = await fetch("<https://jsonplaceholder.typicode.com/todos>");
      const data = await response.json();
      setTodos(data);
    };
    fetchData();
  }, []);

  const handleAddTodo = () => {
    setTodos([...todos, { title: newTodo, completed: false }]);
    setNewTodo("");
  };

  const handleToggleTodo = index => {
    setTodos([
      ...todos.slice(0, index),
      { ...todos[index], completed: !todos[index].completed },
      ...todos.slice(index + 1)
    ]);
  };

  return (
    <div>
      <h2>Todo List</h2>
      <div>
        <input
          type="text"
          value={newTodo}
          onChange={e => setNewTodo(e.target.value)}
        />
        <button onClick={handleAddTodo}>Add Todo</button>
      </div>
      <ul>
        {todos.map((todo, index) => (
          <li
            key={index}
            style={{
              textDecoration: todo.completed ? "line-through" : "none"
            }}
            onClick={() => handleToggleTodo(index)}
          >
            {todo.title}
          </li>
        ))}
      </ul>
    </div>
  );
}

export default TodoList;

在这个TodoList示例中,使用了React Scheduler来优化应用的性能。当组件挂载时,通过useEffect钩子函数来异步获取TodoList数据,其次useState来更新组件状态。当用户添加或者切换TodoList时,使用setState异步更新组件状态。由于React会将多个更新操作合并成一个批量更新,并将某些更新操作延迟到下一个帧中执行,所以React Scheduler能够提高应用的性能,避免阻塞UI线程。

调度器的状态

React Scheduler会维护一个内部状态,用于跟踪当前任务的执行情况。该状态包括以下几个属性:

  • isWorking:表示调度器当前是否正在执行任务。
  • nextUnitOfWork:指向下一个待执行的任务。
  • pendingCommit:表示当前任务执行完成后需要更新的组件的列表。

调度器的执行过程

当React应用启动时,调度器会创建一个Root Fiber对象,该对象代表整个React组件树。调度器会根据该对象构建一个任务队列,并开始执行任务。调度器的执行过程可以分为以下几个阶段:

  1. 构建任务队列:调度器会根据当前组件树的状态构建一个任务队列,按照优先级排序。
  2. 执行任务:调度器从任务队列中取出优先级最高的任务,执行该任务,并将执行结果保存在Fiber对象中。
  3. 提交任务:当任务执行完成后,调度器会将执行结果提交给React,React会根据提交的结果更新组件。

调度器的优化策略

React Scheduler还提供了一些优化策略,以进一步提高应用的性能。以下是一些React Scheduler的优化策略:

批量更新

React Scheduler会将多个更新操作合并成一个批量更新。这样可以减少React的工作量,并提高应用的性能。

以下是使用React的setState方法实现批量更新的示例代码:

class Counter extends React.Component {
  constructor(props) {
    super(props);
    this.state = {
      count: 0
    };
  }

  increment() {
    this.setState(prevState => ({ count: prevState.count + 1 }));
    this.setState(prevState => ({ count: prevState.count + 1 }));
    this.setState(prevState => ({ count: prevState.count + 1 }));
  }

  render() {
    return (
      <div>
        <p>Count: {this.state.count}</p>
        <button onClick={() => this.increment()}>Increment</button>
      </div>
    );
  }
}

在这个示例中,我们使用了三次setState方法来更新组件状态。由于React会将多个setState方法合并成一个批量更新,所以最终状态的count值为3,而不是1。

另外,如果你想在某个事件处理函数中执行多个setState方法,可以使用函数式setState方法,如下所示:

this.setState(prevState => ({
  count: prevState.count + 1
}), () => {
  // 在回调函数中执行第二个setState方法
  this.setState(prevState => ({
    count: prevState.count + 1
  }));
});

这样可以确保第二个setState方法在第一个setState方法执行完毕后再执行,避免出现状态更新不一致的情况。

异步更新

React Scheduler会将某些更新操作延迟到下一个帧中执行,以避免阻塞UI线程。

中断任务

如果调度器检测到某个任务已经执行了一段时间,但是还没有执行完毕,那么调度器会中断该任务,并将它放回任务队列中等待下一次执行。

以下是React Scheduler中实现中断任务的源码代码:

function shouldYieldToHost() {
  const deadline = getCurrentPriorityLevel();
  if (deadline === ImmediatePriority) {
    // 如果当前为最高优先级,则直接中断任务
    return true;
  }
  // 获取当前时间
  const currentTime = getCurrentTime();
  // 获取下个任务的截止时间
  const deadlineExpired = nextUnitOfWork !== null && nextUnitOfWork.startTime <= currentTime;
  // 判断是否需要中断任务
  return deadlineExpired || deadline === IdlePriority;
}

function workLoop(isYieldy) {
  // 循环执行任务
  while (nextUnitOfWork !== null) {
    // 如果任务执行时间过长,中断任务
    if (isYieldy && shouldYieldToHost()) {
      break;
    }
    // 执行任务
    nextUnitOfWork = performUnitOfWork(nextUnitOfWork);
  }
}

在这段代码中,shouldYieldToHost函数会判断当前任务是否需要被中断,如果需要中断,则返回true;否则返回false。workLoop函数会循环执行任务,并在任务执行时间过长时中断任务。

React Scheduler通过中断任务的方式,避免了长时间的执行时间,从而提高了应用的性能。

总结

React Scheduler是React 16版本中新增的调度器,它的作用是协调React任务的优先级和执行顺序,以提高React应用的性能。本文深入探讨了React Scheduler的底层实现原理,此外,感兴趣的还可以看看一些React Scheduler的优化策略,让你能够更好地优化React应用的性能。