从0到1实现react（三）：实现任务调度

仓库地址：https://github.com/zhuxin0/mini-react/tree/1.2

React任务调度器 - 像厨师一样管理任务 👨‍🍳

🎯 前言：为什么需要任务调度？

想象一下，你是一个餐厅的主厨，同时要处理多个订单：

• 🍕 客人A点了披萨（需要20分钟）
• 🥗 客人B点了沙拉（需要5分钟）
• 🍝 客人C点了意面（需要15分钟）

如果你按顺序做菜，客人B要等25分钟才能吃到5分钟就能做好的沙拉！这就是没有调度的问题。

React也面临同样的问题：页面上有很多组件要更新，如何合理安排更新顺序，让用户体验最佳？这就需要一个聪明的"任务调度器"！

🏗️ 整体架构：我的厨房是这样运作的

🔄 任务调度流程图

graph TD
    A["🔥 组件更新触发<br/>客人下单"] --> B["📋 scheduleCallback<br/>厨师接单"]
    B --> C["🗂️ 任务入队列<br/>订单贴到厨房墙上"]
    C --> D["📢 MessageChannel<br/>厨房铃响了"]
    D --> E["👨‍🍳 workLoop开始<br/>厨师开始做菜"]
    E --> F["🥘 Fiber工作循环<br/>按菜谱一步步做"]
    F --> G["🍽️ DOM提交<br/>菜做好上桌"]

🏢 厨房内部结构

graph TB
    subgraph "🏪 调度器厨房"
        A["📋 scheduleCallback<br/>订单接收员"]
        B["📚 taskQueue<br/>订单优先级排序板"]
        C["🔔 MessageChannel<br/>厨房通知铃"]
        D["🔄 workLoop<br/>主厨工作台"]
    end
    
    subgraph "📊 最小堆-智能排序系统"
        E["👀 peek<br/>看最急的订单"]
        F["➕ push<br/>新订单插队"]
        G["❌ pop<br/>完成订单移除"]
    end
    
    subgraph "🍳 Fiber厨房流水线"
        H["🥘 wookloop<br/>总厨调度"]
        I["👨‍🍳 performUnitOfWork<br/>具体做菜"]
        J["🍽️ commitRoot<br/>上菜服务"]
    end
    
    A --> F
    F --> B
    B --> E
    C --> D
    D --> H
    H --> I
    I --> J

🔧 核心实现详解

1️⃣ 任务调度器 - 聪明的订单管理员

我的调度器就像一个超级聪明的餐厅经理，会这样工作：

// 📋 接收新订单（任务）
function scheduleCallback(callback) {
  let startTime = getCurrentTime(); // 🕐 记录下单时间
  
  // 🎫 创建订单小票
  const newTask = {
    id: taskIdCounter++,           // 订单号
    sortIndex: expirationTime,     // 🚨 紧急程度（越小越急）
    callback,                      // 📝 具体要做什么
    expirationTime,               // ⏰ 最晚完成时间
  };
  
  push(taskQueue, newTask);        // 📌 把订单贴到优先级板上
  requestHostCallback();          // 🔔 按铃通知厨师开工
}

// 🔔 按铃通知系统 - 用MessageChannel确保异步执行
function requestHostCallback() {
  port2.postMessage(null);        // "叮！有新订单！"
}

🤔 为什么用MessageChannel而不是setTimeout？

就像餐厅里，setTimeout像是"等一会再叫厨师"，但MessageChannel像是"立即按铃，但厨师会在下一个空闲时刻响应"。这样既不会阻塞当前工作，又能快速响应！

2️⃣ 最小堆 - 超级智能的优先级排序板

想象墙上有个神奇的订单板，新订单贴上去后会自动排序，最急的总在最上面！

// 👀 偷看最急的订单（不拿走）
export function peek(heap) {
  return heap.length === 0 ? null : heap[0]; // 最上面那张
}

// ➕ 新订单插队 - 自动找到正确位置
export function push(heap, node) {
  const len = heap.length;
  heap.push(node);           // 先贴到最下面
  siftUp(heap, node, len);   // 🔼 让它往上"冒泡"找位置
}

// 🔼 向上冒泡：比爸爸更急的订单要往上挤
function siftUp(heap, node, i) {
  let index = i;
  while (index > 0) {
    const parentIndex = (index - 1) >>> 1;  // 找到"爸爸"位置
    const parent = heap[parentIndex];
    
    if (compare(parent, node) > 0) {
      // 🚨 父订单没有我急，我要上去！
      heap[parentIndex] = node;
      heap[index] = parent;
      index = parentIndex;     // 继续往上挤
    } else {
      return; // 找到合适位置了
    }
  }
}

🧠 最小堆的智慧：

• 就像金字塔，最急的订单在顶端
• 每个"父订单"都比"子订单"更急
• 新订单会自动"冒泡"到正确位置
• 取走最急订单后，会自动重新排序

3️⃣ 工作循环 - 高效的厨师流水线

厨房铃响了！主厨开始工作：

// 🔔 铃声响起，主厨开始干活
port.onmessage = function (event) {
  workLoop();  // 开始工作循环
};

// 👨‍🍳 主厨的工作循环
function workLoop() {
  let currentTask = peek(taskQueue);  // 👀 看看最急的订单
  
  while (currentTask) {
    const { callback } = currentTask;
    currentTask.callback = null;       // 🗑️ 避免重复执行
    
    callback();                        // 🍳 开始做菜！
    
    pop(taskQueue);                    // ✅ 订单完成，撕掉
    currentTask = peek(taskQueue);     // 👀 看下一个订单
  }
}

这个工作循环就像是：

1. 👀 看墙上最急的订单
2. 🍳 按照订单做菜（执行callback）
3. ✅ 做完了撕掉订单
4. 🔄 继续看下一个订单
5. 重复直到没有订单

4️⃣ Fiber工作流 - 精细化的菜品制作

每个callback实际上是wookloop，它会精细化地处理每个组件：

// 🥘 总厨的精细化工作流程
function wookloop() {
  while (wip) {                    // 🔄 还有工作要做
    performUnitOfWork();           // 👨‍🍳 处理一个组件
  }
  
  if (!wip && wipRoot) {
    commitRoot(wipRoot);           // 🍽️ 所有菜做完了，可以上桌！
  }
}

// 👨‍🍳 处理单个组件（做一道菜）
function performUnitOfWork() {
  const { tag } = wip;             // 📋 看看这是什么类型的菜
  
  switch (tag) {
    case HostComponent:            // 🥬 普通HTML元素（基础食材）
      updateHostComponent(wip);
      break;
    case FunctionComponent:        // 🍝 函数组件（简单菜品）
      updateFunctionComponent(wip);
      break;
    case ClassComponent:           // 🍕 类组件（复杂菜品）
      updateClassComponent(wip);
      break;
  }
  
  // 🌳 深度优先遍历（像做套餐一样，先做配菜再做主菜）
  if (wip.child) {
    wip = wip.child;               // 👶 先处理子组件
    return;
  }
  
  // 🔄 没有子组件了，找兄弟或返回父级
  let next = wip;
  while (next) {
    if (next.sibling) {
      wip = next.sibling;          // 👫 处理兄弟组件
      return;
    }
    next = next.return;            // 👨‍👩‍👧‍👦 回到父组件
  }
  wip = null;                      // ✅ 所有工作完成
}

🎯 核心设计思想

💡 异步调度的智慧

🤔 为什么不直接同步执行所有任务？

想象一下，如果餐厅厨师一次性把所有菜都做完再上桌：

• ❌ 客人要等很久才能吃到第一道菜
• ❌ 厨房会被堵塞，新订单无法处理
• ❌ 无法根据客人需求调整优先级

我的调度器通过MessageChannel实现异步调度：

// 🔔 不阻塞当前执行，但会在下一个事件循环中执行
const channel = new MessageChannel();
const port = channel.port1;
const port2 = channel.port2;

port.onmessage = function (event) {
  workLoop(); // 在浏览器空闲时执行
};

function requestHostCallback() {
  port2.postMessage(null); // 立即发送，异步执行
}

🧠 最小堆的优势

为什么用最小堆而不是普通数组？

数据结构	插入时间	取最小值	删除最小值	比喻
普通数组	O(1)	O(n)	O(n)	📋 乱序的订单堆
排序数组	O(n)	O(1)	O(1)	📊 手动排序的订单
最小堆	O(log n)	O(1)	O(log n)	🏆 智能排序板

最小堆的神奇之处：

• 🚀 自动排序：新任务会自动找到正确位置
• ⚡ 高效访问：总能O(1)时间找到最急的任务
• 🔄 动态调整：删除任务后自动重新排序

🎭 Fiber架构的精髓

为什么要一个个组件处理，而不是一次性处理完？

这就像做满汉全席：

• 🍜 可中断：做汤的时候发现有更急的菜，可以先去处理
• 🥗 可恢复：处理完急事后，继续回来做汤
• 🍝 优先级：重要客人的菜优先做

🚀 性能优化亮点

1️⃣ 时间切片 Time Slicing

虽然我的简化版本没有实现完整的时间切片，但设计思路是：

// 🕐 理想中的时间切片（未实现）
function workLoopWithTimeSlicing() {
  let deadline = getCurrentTime() + 5; // 5ms时间片
  
  while (wip && getCurrentTime() < deadline) {
    performUnitOfWork();
  }
  
  if (wip) {
    // 还有工作要做，让出控制权，下次继续
    scheduleCallback(workLoopWithTimeSlicing);
  }
}

2️⃣ 批量更新 Batching

多个setState调用会被合并成一个任务：

// 🎯 用户点击按钮触发多次更新
onClick() {
  setCount1(c1 + 1);  // 第一次scheduleCallback
  setCount2(c2 + 1);  // 第二次scheduleCallback  
  setCount3(c3 + 1);  // 第三次scheduleCallback
}
// 📦 实际只会执行一次workLoop，处理所有更新

🔍 与真实React的对比

🎯 我实现的简化版

特性	实现程度	说明
任务调度	✅ 完整	scheduleCallback + MessageChannel
优先级队列	✅ 完整	最小堆实现
Fiber遍历	✅ 基础版	深度优先遍历
时间切片	❌ 未实现	可以扩展
优先级管理	❌ 简化	只有基础优先级

🌟 真实React的完整特性

• 🎨 多种优先级：Immediate、UserBlocking、Normal、Low、Idle
• ⏰ 完整时间切片：根据帧率动态调整时间片大小
• 🔄 任务饥饿检测：防止低优先级任务永远得不到执行
• 📊 性能分析：完整的profiling工具

🎉 总结与思考

🏆 我的实现亮点

1. 🧠 核心思想正确：异步调度 + 优先级队列 + 可中断渲染
2. 📚 数据结构合理：最小堆确保高效的优先级管理
3. 🔧 实现简洁清晰：核心逻辑不到100行代码
4. 🎯 易于理解扩展：为学习React原理提供了很好的基础

🚀 可以改进的地方

1. ⏰ 添加时间切片：让渲染过程真正可中断
2. 🎨 丰富优先级系统：支持更多优先级类型
3. 📊 性能监控：添加任务执行时间统计
4. 🔧 错误处理：更完善的错误边界处理

💭 深入思考

这个小小的调度器体现了React设计的核心哲学：

• 🎯 用户体验至上：确保界面始终响应用户操作
• 🧠 分而治之：复杂问题拆解成小任务逐个解决
• ⚡ 性能优化：通过智能调度避免阻塞主线程

---

💡 一句话总结：我用不到200行代码，实现了一个mini版的React任务调度器，它就像一个聪明的餐厅经理，能够智能地安排任务优先级，确保最重要的工作总是优先完成，让用户界面始终保持流畅响应！

🎯 下一步计划：添加时间切片功能，让这个调度器更接近真实的React实现！

🕐 完整时序图

以下是从用户操作到DOM更新的完整时序流程：

sequenceDiagram
    participant U as 👤用户操作
    participant R as 🎯React组件
    participant S as 📋调度器
    participant H as 📊最小堆
    participant M as 🔔MessageChannel
    participant W as 👨‍🍳WorkLoop
    participant F as 🥘Fiber
    participant D as 🌐DOM
    
    U->>R: 点击按钮/状态更新
    R->>S: scheduleUpdateOnFiber()
    S->>S: 创建newTask对象
    S->>H: push(taskQueue, newTask)
    H-->>H: 自动排序（siftUp）
    S->>M: requestHostCallback()
    M->>M: port2.postMessage()
    
    Note over M: 异步调度，不阻塞当前执行
    
    M->>W: port.onmessage触发
    W->>H: peek(taskQueue)
    H-->>W: 返回最高优先级任务
    
    loop 工作循环
        W->>W: 执行task.callback()
        W->>F: wookloop()
        
        loop Fiber工作循环  
            F->>F: performUnitOfWork()
            F->>F: 根据tag更新组件
            F->>F: 深度优先遍历
        end
        
        F->>D: commitRoot()
        D->>D: 实际DOM更新
        
        W->>H: pop(taskQueue)
        H-->>H: 重新排序（siftDown）
        W->>H: peek(taskQueue)
        H-->>W: 下一个任务或null
    end
    
    W-->>U: 界面更新完成

🎁 结语

通过这个mini React任务调度器的实现，我们深入理解了：

1. 🎯 异步调度的重要性：保证用户界面的响应性
2. 📊 数据结构的选择：最小堆让优先级管理变得高效
3. 🔄 可中断渲染的思想：Fiber架构的核心理念
4. 🎨 系统设计的艺术：简单的组件如何组合成强大的系统

这就是我的React简易任务调度器！虽然只有200行代码，但流程还是完整的