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一文看懂React17新特性——啟發(fā)式更新算法

猿友 2020-08-14 15:52:19 瀏覽數(shù) (6028)
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三天前，React團隊發(fā)布了React17的第一個RC版本，這個版本最大的特性就是“無新特性”。

那么，從v16到v17這一年多時間React團隊究竟在做什么？

遙想從v15到v16，React團隊花了兩年時間將源碼架構(gòu)中的Stack Reconciler重構(gòu)為Fiber Reconciler，事情一定沒有這么簡單。

事實上，這次版本更迭確實有“新特性” —— 替換了內(nèi)部使用的啟發(fā)式更新算法。

只不過這個特性對開發(fā)者是無感知的。

本文接下來將講述如下內(nèi)容：

  • 起源：為什么會出現(xiàn)啟發(fā)式更新算法？
  • 現(xiàn)狀：React16的啟發(fā)式更新算法及他的不足
  • 未來：React17的啟發(fā)式更新算法

為什么會出現(xiàn)啟發(fā)式更新算法

框架的運行性能是框架設(shè)計者在設(shè)計框架時需要重點關(guān)注的點。

Vue使用模版語法，可以在編譯時對確定的模版作出優(yōu)化。

而React純JS寫法太過靈活，使他在編譯時優(yōu)化方面先天不足。

所以，React的優(yōu)化主要在運行時。

React15的痛點

在運行時優(yōu)化方面，React一直在努力。

比如，React15實現(xiàn)了batchedUpdates（批量更新）。

即同一事件回調(diào)函數(shù)上下文中的多次setState只會觸發(fā)一次更新。

但是，如果單次更新就很耗時，頁面還是會卡頓（這在一個維護時間很長的大應(yīng)用中是很常見的）。

這是因為React15的更新流程是同步執(zhí)行的，一旦開始更新直到頁面渲染前都不能中斷。

為了解決同步更新長時間占用線程導(dǎo)致頁面卡頓的問題，也為了探索運行時優(yōu)化的更多可能，React開始重構(gòu)并一直持續(xù)至今。

重構(gòu)的目標是實現(xiàn)Concurrent Mode（并發(fā)模式）。

（推薦教程：React教程）

Concurrent Mode

Concurrent Mode的目的是實現(xiàn)一套可中斷/恢復(fù)的更新機制。

其由兩部分組成：

  • 一套協(xié)程架構(gòu)
  • 基于協(xié)程架構(gòu)的啟發(fā)式更新算法

其中，協(xié)程架構(gòu)就是React16中實現(xiàn)的Fiber Reconciler。

我們可以將Fiber Reconciler理解為React自己實現(xiàn)的Generator。

Fiber Reconciler從理念到源碼的詳細介紹見這里

協(xié)程架構(gòu)使更新可以在需要的時機被中斷，這樣瀏覽器就有時間完成樣式布局與樣式繪制，減少卡頓（掉幀）的出現(xiàn)。

當(dāng)瀏覽器進入下一次事件循環(huán)，協(xié)程架構(gòu)可以恢復(fù)中斷或者拋棄之前的更新，重新開始新的更新流程。

啟發(fā)式更新算法就是控制協(xié)程架構(gòu)工作方式的算法。

React16的啟發(fā)式更新算法

啟發(fā)式更新算法的啟發(fā)式指什么呢？

啟發(fā)式指不通過顯式的指派，而是通過優(yōu)先級調(diào)度更新。

其中優(yōu)先級來源于人機交互的研究成果。

比如：

人機交互的研究成果表明：

  • 當(dāng)用戶在輸入框輸入內(nèi)容時，希望輸入的內(nèi)容能實時響應(yīng)在輸入框
  • 當(dāng)異步請求數(shù)據(jù)后，即使等待一會兒再顯示內(nèi)容，用戶也是可以接受的

基于此，在React16中

輸入框輸入內(nèi)容觸發(fā)的更新優(yōu)先級 > 請求數(shù)據(jù)返回后觸發(fā)更新優(yōu)先級

算法實現(xiàn) 在React16、17中，在組件內(nèi)執(zhí)行this.setState后會在該組件對應(yīng)的fiber節(jié)點內(nèi)產(chǎn)生一種鏈表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)update。

其中，update.expirationTimes為類似時間戳的字段，表示優(yōu)先級。

expirationTimes從字面意義理解為過期時間。

該值離當(dāng)前時間越接近，該update 優(yōu)先級越高。

當(dāng)update.expirationTimes超過當(dāng)前時間，則代表該update過期，優(yōu)先級變?yōu)樽罡撸赐剑?/p>

一棵fiber樹的多個fiber節(jié)點可能存在多個update。

每次Fiber Reconciler調(diào)度更新時，會在所有fiber節(jié)點的所有update.expirationTimes中選擇一個expirationTimes（一般選擇最大的），作為本次更新的優(yōu)先級。

并從根fiber節(jié)點開始向下構(gòu)建新的fiber樹。

構(gòu)建過程中如果某個fiber節(jié)點包含update，且

update.expirationTimes >= expirationTimes

則該update對應(yīng)的state變化會體現(xiàn)在本次更新中。

可以理解為：每次更新，都會選定一個優(yōu)先級（expirationTimes），最終頁面會渲染為該優(yōu)先級對應(yīng)update的快照。

舉個例子，我們有如圖所示fiber樹，當(dāng)前還沒有更新產(chǎn)生，所以沒有構(gòu)建中的fiber樹。

沒更新產(chǎn)生

當(dāng)在 C 創(chuàng)建一個低優(yōu)先級update，調(diào)度更新，本次更新選擇的優(yōu)先級為低優(yōu)先級。

開始構(gòu)建新的fiber樹（圖右側(cè)）。

構(gòu)建新的fiber樹

此時，我們在 D 創(chuàng)建一個高優(yōu)先級update。

這會中斷進行中的低優(yōu)先級更新，重新開始以高優(yōu)先級生成一棵fiber樹。

由于之前的更新被中斷，還沒有任何渲染操作，此時視圖中（左圖）還沒有任何變化。

優(yōu)先級update

本次更新選定的優(yōu)先級為高優(yōu)先級，C 的update（低優(yōu)先級）會被跳過。

更新完成后新的fiber樹會被渲染到視圖中。

新的fiber樹

由于 C 被跳過，所以不會在視圖（左圖）中體現(xiàn)。

接下來我們在 E 觸發(fā)一次高優(yōu)先級update。

C 雖然包含低優(yōu)先級update，但隨著時間的推移，他的expirationTimes已經(jīng)過期，變?yōu)楦邇?yōu)先級。

C變?yōu)楦邇?yōu)先級

所以本次更新會有 C E 兩個fiber節(jié)點產(chǎn)生變化。

最終完成更新后，視圖如下：

最終更新

算法缺陷

如果只考慮中斷/繼續(xù)這樣的 CPU 操作，以expirationTimes大小作為衡量優(yōu)先級依據(jù)的模型可以很好工作。

但是expirationTimes模型不能滿足 IO 操作（Suspense）。

在該模型下，高優(yōu)先級 IO 任務(wù)（Suspense）會中斷低優(yōu)先級 CPU 任務(wù)。

還記得么，每次更新，都是以某一優(yōu)先級作為整棵樹的優(yōu)先級更新標準，而不僅僅是某一組件，即使更新的源頭（update）確實是某個組件產(chǎn)生的。

expirationTimes模型只能區(qū)分是否>=expirationTimes這種情況。

為了拓展Concurrent Mode能力邊界，需要一種更細粒度的啟發(fā)式優(yōu)先級更新算法。

（推薦教程：React入門實例教程）

React17啟發(fā)式更新算法

最理想的模型是：可以指定任意幾個優(yōu)先級，更新會以這些優(yōu)先級對應(yīng)update生成頁面快照。

但是現(xiàn)有架構(gòu)下，該方案實現(xiàn)上有瓶頸。

妥協(xié)之下，React17的解決方案是：指定一個連續(xù)的優(yōu)先級區(qū)間，每次更新都會以區(qū)間內(nèi)包含的優(yōu)先級生成對應(yīng)頁面快照。

這種優(yōu)先級區(qū)間模型被稱為lanes（車道模型）。

具體做法是：使用一個31位的二進制代表31種可能性。

  • 其中每個bit被稱為一個lane（車道），代表優(yōu)先級
  • 某幾個lane組成的二進制數(shù)被稱為一個lanes，代表一批優(yōu)先級

可以從源碼中看到，從藍線一路劃下去，每個bit都對應(yīng)一個lane或lanes。

對應(yīng)lanes

當(dāng)update產(chǎn)生，會根據(jù)React16同樣的啟發(fā)式方式，獲得如下優(yōu)先級的一種：

export const SyncLanePriority: LanePriority = 17; export const SyncBatchedLanePriority: LanePriority = 16; export const InputDiscreteLanePriority: LanePriority = 14; export const InputContinuousLanePriority: LanePriority = 12; export const DefaultLanePriority: LanePriority = 10; export const TransitionShortLanePriority: LanePriority = 8; export const TransitionLongLanePriority: LanePriority = 6;

其中值越高，優(yōu)先級越大。

比如：

  • 點擊事件回調(diào)中觸發(fā)this.setState產(chǎn)生的update會獲得InputDiscreteLanePriority。
  • 同步的update會獲得SyncLanePriority。

接下來，update會以priority為線索尋找沒被占用的lane。

如果當(dāng)前fiber樹已經(jīng)存在更新且更新的lanes包含了該lane，則update需要尋找其他lane。

比如，InputDiscreteLanePriority對應(yīng)的lanes為InputDiscreteLanes。

// 第4、5位為1 const InputDiscreteLanes: Lanes = 0b0000000000000000000000000011000;

該lanes包含第4、5位 2 個 bit位。

如果其中

// 第五位為1 0b0000000000000000000000000010000

第五位的lane已經(jīng)被占用，則該update可以嘗試占有后一個，即

// 第四位為1 0b0000000000000000000000000001000

如果InputDiscreteLanes的兩個lane都被占用，則該update的優(yōu)先級會下降到InputContinuousLanePriority并繼續(xù)尋找空余的lane。

這個過程就像：購物中心每一層（不同優(yōu)先級）都有一個露天停車場（lanes），停車場有多個車位（lane）。

我們先開車到頂樓找車位（lane），如果沒有車位就下一樓繼續(xù)找。

直到找到空余車位。

由于lanes可以包含多個lane，可以很方便的區(qū)分 IO 操作（Suspense）與 CPU 操作。

當(dāng)構(gòu)建fiber樹進入構(gòu)建Suspense子樹時，會將Suspense的lane插入本次更新選定的lanes中。

當(dāng)構(gòu)建離開Suspense子樹時，會將Suspense lane從本次更新的lanes中移除。

（推薦微課：React微課）

總結(jié)

React16的expirationTimes模型只能區(qū)分是否>=expirationTimes決定節(jié)點是否更新。

React17的lanes模型可以選定一個更新區(qū)間，并且動態(tài)的向區(qū)間中增減優(yōu)先級，可以處理更細粒度的更新。

以上就是關(guān)于React17的新特性--啟發(fā)式更新算法的相關(guān)介紹了，希望對大家有所幫助。

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