React 18三：Concurrent Mode

在前面的文章中,我们对 React 18 的整体架构和 Fiber 架构进行了深入探讨。其中,Concurrent Mode 是 React 18 引入的一种新的渲染模式,旨在提高应用的响应性和性能。在本文中,我们将基于 React 18 的源码,深入剖析 Concurrent Mode 的实现原理,包括时间切片的工作原理、优先级调度的实现细节、Scheduler 的工作流程,以及 Reconciler 与 Scheduler 的协作机制。

Concurrent Mode 的核心概念

在探讨 Concurrent Mode 的实现原理之前,让我们先回顾一下其核心概念:

1. 时间切片 (Time Slicing):将长任务分解为小的任务单元,每个单元只执行一小段时间,然后让出控制权,避免长时间阻塞主线程。
2. 优先级调度:根据任务的紧急程度,动态调整任务的执行顺序。高优先级的任务可以打断低优先级的任务。
3. 可中断的渲染:在渲染过程中,如果有更高优先级的任务需要执行,React 可以中断当前的渲染,先执行高优先级的任务,然后再恢复渲染。

这些概念的引入,使得 React 能够更加智能地调度任务和资源,提高应用的响应性和性能。

时间切片的工作原理

时间切片是 Concurrent Mode 的核心机制之一。它的主要目的是将长任务分解为小的任务单元,每个单元只执行一小段时间,然后让出控制权,避免长时间阻塞主线程。

在 React 18 中,时间切片的实现主要依赖于 Scheduler 和 Reconciler 两个模块。下面是时间切片的简化工作流程:

当一个任务开始执行时,Scheduler 会为其分配一个时间片 (通常为 5ms)。在这个时间片内,任务可以连续执行。如果任务在时间片内完成,则直接结束;如果任务执行时间超过了时间片,则 Scheduler 会中断任务的执行,保存当前的进度,并让出控制权给浏览器,以便响应用户交互或执行其他高优先级的任务。

当浏览器有空闲时间时,Scheduler 会恢复之前中断的任务,并继续执行,直到任务完成或再次超过时间片。

通过这种时间切片机制,React 可以将长任务分解为多个小的任务单元,避免长时间阻塞主线程,提高应用的响应性。

在源码中,时间切片的实现主要涉及以下函数和模块:

• Scheduler_runWithPriority (packages/scheduler/src/Scheduler.js):设置任务的优先级,并开始执行任务。
• workLoopConcurrent (packages/react-reconciler/src/ReactFiberWorkLoop.js):Concurrent 模式下的工作循环,负责执行任务并在时间片用尽时让出控制权。
• shouldYield (packages/react-reconciler/src/ReactFiberWorkLoop.js):判断是否需要让出控制权,即是否超过了时间片。

优先级调度的实现细节

优先级调度是 Concurrent Mode 的另一个核心机制。它允许 React 根据任务的紧急程度,动态调整任务的执行顺序。高优先级的任务可以打断低优先级的任务,从而提供更好的用户体验。

在 React 18 中,优先级调度的实现主要依赖于 Scheduler 模块和 Lane 模型。Scheduler 负责管理任务队列和分配时间片,而 Lane 模型则用于表示任务的优先级。

下面是 Lane 模型的简化示意图:

在 Lane 模型中,优先级从高到低依次为:

1. Sync Lane:最高优先级,用于同步任务,如用户交互。
2. InputContinuousHydration Lane:次高优先级,用于连续的用户输入。
3. DefaultHydration Lane:默认优先级,用于大多数任务,如状态更新。
4. Idle Lane:最低优先级,用于可延迟的任务,如数据预取。

当一个任务被创建时,React 会根据其紧急程度分配一个或多个 Lane。例如,用户点击按钮触发的更新会被分配到 Sync Lane,而数据预取的任务则会被分配到 Idle Lane。

Scheduler 在执行任务时,会优先执行高优先级的任务。如果在执行低优先级任务时,有新的高优先级任务被创建,Scheduler 会中断当前任务,转而执行高优先级任务,等高优先级任务完成后,再恢复之前的任务。

在源码中,优先级调度的实现主要涉及以下函数和模块:

• unstable_runWithPriority (packages/scheduler/src/Scheduler.js):设置任务的优先级,并开始执行任务。
• ensureRootIsScheduled (packages/react-reconciler/src/ReactFiberWorkLoop.js):确保根节点被调度,即将任务加入调度队列。
• scheduleUpdateOnFiber (packages/react-reconciler/src/ReactFiberWorkLoop.js):在 Fiber 节点上调度更新,即创建更新任务并分配优先级。

Scheduler 的工作流程

Scheduler 是 React 18 中负责任务调度和时间片管理的模块。它的主要职责包括:

1. 管理任务队列:将新创建的任务按照优先级插入队列,并根据优先级和时间片决定执行顺序。
2. 分配时间片:为每个任务分配一定的执行时间,避免长时间阻塞主线程。
3. 中断和恢复任务:在时间片用尽或有更高优先级任务时,中断当前任务,并在恢复后继续执行。

下面是 Scheduler 的简化工作流程图:

当一个新的任务被创建时,Scheduler 会将其按照优先级插入任务队列。如果队列为空,或新任务的优先级高于当前正在执行的任务,则 Scheduler 会中断当前任务,转而执行新任务。

在执行任务时,Scheduler 会为其分配一个时间片。如果任务在时间片内完成,则直接结束;如果任务执行时间超过了时间片,则 Scheduler 会中断任务的执行,保存当前的进度,并将任务重新加入队列,等待下一次调度。

当所有任务都执行完成后,Scheduler 会进入空闲状态,等待新的任务到来。

在源码中,Scheduler 的实现主要位于以下文件:

• packages/scheduler/src/Scheduler.js:Scheduler 的核心实现,包括任务调度、时间片管理等。
• packages/scheduler/src/SchedulerHostConfig.js:Scheduler 的平台适配层,用于与不同的宿主环境 (如浏览器、Node.js) 进行交互。

Reconciler 与 Scheduler 的协作

Reconciler 和 Scheduler 是 React 18 中两个紧密协作的模块。Reconciler 负责管理 Fiber 树的构建和更新,而 Scheduler 则负责调度 Reconciler 的工作。

下面是 Reconciler 与 Scheduler 协作的简化流程图:

当一个更新任务被创建时 (如通过 setState 或 useState 等 API),Reconciler 会首先处理这个更新,判断是否需要调度。如果需要调度 (如当前有其他任务正在执行),则 Reconciler 会将任务交给 Scheduler 进行调度。

Scheduler 接收到任务后,会将其插入任务队列,并根据优先级和时间片决定何时执行。当轮到该任务执行时,Scheduler 会通知 Reconciler 开始工作。

Reconciler 在执行任务时,会遍历 Fiber 树,对比新旧 Fiber 节点的差异,并标记需要更新的节点。如果在遍历过程中超过了时间片,Reconciler 会中断任务,将控制权交还给 Scheduler,并等待下一次调度。

当所有任务都执行完成后,Reconciler 会将标记的更新提交给 Renderer,由 Renderer 负责将更新应用到实际的 UI 上。

在源码中,Reconciler 与 Scheduler 的协作主要涉及以下函数:

• scheduleUpdateOnFiber (packages/react-reconciler/src/ReactFiberWorkLoop.js):在 Fiber 节点上调度更新,即创建更新任务并交给 Scheduler 调度。
• performConcurrentWorkOnRoot (packages/react-reconciler/src/ReactFiberWorkLoop.js):执行 Concurrent 模式下的更新任务,包括 Fiber 树的构建和更新。
• ensureRootIsScheduled (packages/react-reconciler/src/ReactFiberWorkLoop.js):确保根节点被调度,即将任务加入 Scheduler 的调度队列。

总结

本文深入探讨了 React 18 Concurrent Mode 的实现原理,包括时间切片的工作原理、优先级调度的实现细节、Scheduler 的工作流程,以及 Reconciler 与 Scheduler 的协作机制。

通过引入时间切片和优先级调度,Concurrent Mode 使得 React 能够更加智能地调度任务和资源,避免长时间阻塞主线程,提高应用的响应性和性能。Scheduler 作为 Concurrent Mode 的核心模块,负责管理任务队列、分配时间片、中断和恢复任务,是实现时间切片和优先级调度的关键。

Reconciler 与 Scheduler 的紧密协作,则保证了 React 的更新流程能够与调度机制无缝衔接。Reconciler 负责处理更新任务,并在需要时将任务交给 Scheduler 调度,而 Scheduler 则负责控制任务的执行时机和时长,实现可中断的渲染。

通过对 Concurrent Mode 实现原理的深入理解,开发者可以更好地利用 React 18 的新特性,优化应用的性能,提供更好的用户体验。同时,这也为进一步探索 React 18 的其他特性 (如 Suspense、Transitions 等) 奠定了基础。

在后续的文章中,我们将继续探讨 React 18 的其他特性和原理。