从React调度系统看前端性能优化：高优先级与低优先级任务的权衡之道

庚云
237 阅读7分钟

引言

React，作为最流行的前端框架之一，其调度系统的设计是其核心优势, 是每一位前端开发者都应该了解的。本文将深入探讨React如何通过其调度系统实现高优先级任务打断低优先级任务，从而确保用户交互的及时响应。

为了方便各位掘友阅读，本文将从以下主题展开:

  1. React调度系统基础
  2. Fiber架构的核心作用
  3. 高优先级任务的插入与执行
  4. 时间切片技术详解
  5. 协作式调度的实现
  6. 最佳实践与性能优化
  7. 案例分析

React调度系统基础

1. 什么是React调度系统？

React调度系统是一个复杂的机制，负责管理和调度所有需要在浏览器中执行的任务。这些任务包括DOM更新、事件处理、数据获取等。调度系统的核心目标是确保高优先级任务（如用户输入）能够优先执行，而不会被低优先级任务（如数据渲染）阻塞。

2. 任务优先级的分类与定义

React将任务分为不同的优先级，常见的优先级包括：

  • Immediate：立即执行，最高优先级。
  • UserBlocking：用户阻塞型，例如用户输入。
  • Normal：正常优先级，例如数据获取。
  • Low：低优先级，例如日志记录。
  • Idle：闲置优先级，例如后台任务。

image.png

Fiber架构的核心作用

1. Fiber架构简介

Fiber架构是React 16引入的一种新的 reconciler 实现，它重新实现了React的核心算法，以支持任务的中断和恢复。Fiber节点是React元素的内部表示，每个Fiber节点代表一个工作单元。

2. Fiber节点如何存储任务信息

每个Fiber节点存储了任务的相关信息，包括任务的类型、优先级、状态等。以下是一个简化的Fiber节点结构：

const fiber = {
  tag: WorkTag, // 任务类型
  key: null | string, // 唯一标识
  elementType: any, // 元素类型
  type: any, // 元素类型
  stateNode: any, // 与Fiber相关的DOM节点或组件实例
  return: Fiber | null, // 父Fiber节点
  child: Fiber | null, // 子Fiber节点
  sibling: Fiber | null, // 兄弟Fiber节点
  index: number, // 索引
  ref: null | (((handle: mixed) => void) & { _stringRef: ?string }) | RefObject, // 引用
  pendingProps: any, // 待处理的props
  memoizedProps: any, // 已处理的props
  updateQueue: mixed, // 更新队列
  memoizedState: any, // 已处理的状态
  dependencies: Dependencies | null, // 依赖
  mode: TypeOfMode, // 模式
  effectTag: SideEffectTag, // 副作用标签
  nextEffect: Fiber | null, // 下一个副作用Fiber节点
  firstEffect: Fiber | null, // 第一个副作用Fiber节点
  lastEffect: Fiber | null, // 最后一个副作用Fiber节点
  expirationTime: ExpirationTime, // 过期时间
  childExpirationTime: ExpirationTime, // 子Fiber节点的过期时间
  alternate: Fiber | null, // 备用Fiber节点
};

3. Fiber架构如何支持任务的中断与恢复

Fiber架构通过虚拟调用栈（virtual call stack）来支持任务的中断和恢复。当一个高优先级任务需要执行时，React可以中断当前正在执行的低优先级任务，转而执行高优先级任务。任务的恢复则是通过保存和恢复Fiber节点的状态来实现的。

高优先级任务的插入与执行

1. 调度器任务队列的管理

React的调度器维护一个任务队列，任务队列中的任务按照优先级排序。高优先级任务总是排在低优先级任务之前。调度器会定期检查任务队列，并执行优先级最高的任务。

2. 高优先级任务如何插入队列

当一个高优先级任务（如用户输入）出现时，React会创建一个新的任务，并将其插入到任务队列的合适位置。插入操作会根据任务的优先级进行排序，确保高优先级任务能够尽快得到执行。

function insertTask(taskQueue, newTask) {
  let i = 0;
  while (i < taskQueue.length && newTask.priority <= taskQueue[i].priority) {
    i++;
  }
  taskQueue.splice(i, 0, newTask);
}

3. 中断低优先级任务的机制

当一个高优先级任务插入队列并准备执行时，React会中断当前正在执行的低优先级任务。中断操作通过保存当前Fiber节点的状态，并转而执行高优先级任务来实现。

function interruptTask(currentTask) {
  saveFiberState(currentTask); // 保存当前Fiber节点的状态
  currentTask.isInterrupted = true; // 标记任务被中断
  executeTask(taskQueue.shift()); // 执行队列中的下一个任务（高优先级任务）
}

时间切片技术详解

1. 时间切片技术的概念

时间切片技术是React调度系统中的一个重要特性，它允许React将任务分割成多个小的时间片（time slices），每个时间片执行一小部分任务，然后让出主线程给其他任务。

2. 如何将任务分割成多个时间片

React使用requestIdleCallback API来实现时间切片。requestIdleCallback允许React在浏览器空闲时执行低优先级任务，从而避免阻塞主线程。

function workLoop(deadline) {
  while (nextUnitOfWork && deadline.timeRemaining() > 0) {
    nextUnitOfWork = performUnitOfWork(nextUnitOfWork);
  }
  if (nextUnitOfWork) {
    requestIdleCallback(workLoop);
  }
}

3. 时间切片如何支持高优先级任务的打断

时间切片技术允许React在每个时间片结束时检查是否有更高优先级的任务需要执行。如果有，React会中断当前的时间片，转而执行高优先级任务。

function performUnitOfWork(fiber) {
  // 执行当前Fiber节点的工作
  // ...

  // 检查是否有更高优先级的任务
  if (hasHigherPriorityTask()) {
    return null; // 中断当前时间片
  }

  // 继续下一个Fiber节点的工作
  return fiber.child;
}

协作式调度的实现

1. 协作式调度的原理

协作式调度是一种允许任务在执行过程中主动让出执行权的调度方式。React通过Fiber架构和时间切片技术实现了协作式调度，确保高优先级任务能够及时执行。

image.png

2. 任务如何主动让出执行权

在React中，任务可以通过调用特定的API（如requestIdleCallback）来主动让出执行权。当一个任务让出执行权时，调度器会检查任务队列中是否有更高优先级的任务需要执行。

function performWork(deadline) {
  while (workInProgress && deadline.timeRemaining() > 0) {
    workInProgress = performUnitOfWork(workInProgress);
  }
  if (workInProgress) {
    requestIdleCallback(performWork);
  }
}

3. 高优先级任务如何抢占执行

当一个高优先级任务插入队列时，调度器会中断当前正在执行的低优先级任务，转而执行高优先级任务。中断操作通过保存当前Fiber节点的状态，并转而执行高优先级任务来实现。

function interruptTask(currentTask) {
  saveFiberState(currentTask); // 保存当前Fiber节点的状态
  currentTask.isInterrupted = true; // 标记任务被中断
  executeTask(taskQueue.shift()); // 执行队列中的下一个任务（高优先级任务）
}

最佳实践与性能优化

1. 避免常见的调度错误

  • 避免长时间运行的任务，尽量将任务分割成小块，通过时间切片技术来执行。
  • 合理设置任务优先级，确保高优先级的任务能够及时执行。

2. 如何合理设置任务优先级

  • 根据任务的紧急程度和重要性，合理设置任务的优先级。
  • 使用React提供的API（如React.useEffect和React.useLayoutEffect）来管理任务的优先级。

3. 使用React调度系统的注意事项

  • 避免在低优先级任务中执行高耗时的操作，以免影响高优先级任务的执行。
  • 使用React的性能监控工具（如Profiler）来监控和分析应用的性能，及时发现和解决性能瓶颈。

案例分析

1. 实际项目中如何应用调度系统

在一个实时聊天应用中，用户发送消息是高优先级的任务，而自动保存草稿是低优先级的任务。通过React的调度系统，可以确保用户的消息总是能第一时间发送出去，而不会被自动保存草稿的任务所阻塞。

2. 高优先级打断低优先级的实际效果

在一个电商应用中，用户点击“立即购买”按钮是高优先级的任务，而商品列表的渲染是低优先级的任务。通过React的调度系统，可以确保用户的购买操作能够及时响应，而不会被商品列表的渲染所阻塞。

总结

React的调度系统通过Fiber架构、时间切片技术和协作式调度，确保高优先级的任务能够及时执行，提升用户体验的。假如你是react技术栈，建议这方面知识你一定要了解，有不同意见欢迎评论区讨论。

假如文章对你有帮助，请给@庚云 一键三连，万分感谢🙇‍

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