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react 源码分析:实现 react 时间分片

作者:flyzz177
  • 2023-02-07
    浙江
  • 本文字数:4125 字

    阅读完需:约 14 分钟

我们常说的调度,可以分为两大模块,时间分片优先级调度


  • 时间分片的异步渲染是优先级调度实现的前提

  • 优先级调度在异步渲染的基础上引入优先级机制控制任务的打断、替换


本节将从时间分片的实现剖析react的异步渲染原理,阅读本文你讲可以了解


  1. 时间分片是什么

  2. 为什么需要时间分片

  3. 时间分片在 react 中是如何运行的

  4. 时间分片的极简实现

什么是时间分片

上文提到过,时间分片其实就是一个固定连续有间隔的时间区间


固定:时间分片是工作时长是固定的


连续:分片之间是连续的,当前分片内有工作没做完,会留到下个分片继续


有间隔:在进入下一个分片前,会有一定时间的间隔


这些解释比较抽象,可以更加通俗去理解


固定:每天固定工作 8 小时


连续:每天都要上班


有间隔:明天上班前会休息一段时间

为什么需要时间分片

我们知道,react最重要,也是最耗时的任务是节点遍历。


设想一个页面上有一万个 DOM 节点,如果我们用同步的方式一个个遍历完需要花费多少时间。而且如果是同步遍历的话,遍历的过程中,JS 线程一直会霸占主线程,导致阻塞了浏览器的其他线程,导致卡顿的情况出现。


换个思路解决这个遍历问题,能不能遍历一会,休息一会,休息的过程中就可以把主线程交还给渲染线程和事件线程,这样就能及时渲染节点和响应用户事件,避免造成卡顿。


为了实现遍历一会,休息一会,我们可以将整个过程分解为以下三个步骤


  1. 分片开启

  2. 分片中断、分片重启

  3. 延迟执行


这三个步骤与时间分片的三个特性一一对应

实现分片开启 - 固定

时间分片是独立于React的节点遍历流程的,所以只需要把节点遍历的入口函数以回调函数的形式传入即可,这样就可以让时间分片来决定节点遍历执行时机。


// 节点遍历的入口函数function Reconcile协调() {    节点遍历()}function Schedule调度() {    创建分片(Reconcile协调)}
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第一步,需要将时间分片要调度的函数抽象为一个任务对象


function 创建分片(需要被调度的函数) {    const 新的任务 = {        callback: 需要被调度的函数    }}
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第二步,设定分片工作时长,为了方便后续,可以直接计算过期时间。分片工作时长一般为5ms,但Scheduler会根据任务优先级有所调整,这里为了更好理解,先默认5ms


const taskQueue = []function 创建分片(需要被调度的函数) {    const 新的任务 = {        callback: 需要被调度的函数,        expirationTime: performance.now() + 5000    }    taskQueue.push(新的任务)    发起异步调度()}
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每次分片的创建其实都是新一轮调度的开始,所以在末尾会发起异步调度

为什么用 performance.now()而不用 Date.now()

performance.now()返回当前页面的停留时间,Date.now()返回当前系统时间。但不同的是performance.now()精度更高,且比Date.now()更可靠


  1. performance.now()返回的是微秒级的,Date.now()只是毫秒级

  2. performance.now()一个恒定的速率慢慢增加的,它不会受到系统时间的影响。Date.now()受到系统时间影响,系统时间修改Date.now()也会改变

实现分片中断、重启 - 连续

分片中断

我们在第一章已经将React的虚拟DOM结构树形结构优化成链表结构,所以能轻松使用 while 循环实现可中断的遍历


那么如果要将遍历任务时间分片相结合,且实现分片中断功能的话,只需要在 while 循环出加入分片时间过期的校验即可


function 分片过期校验() {    return (perfromance.now() - 分片开启时间) >= 5000}let 需要被遍历的幸运儿节点 = nullfunction 构建节点() {    /** * ...在这里进行节点构建工作 */    需要被遍历的幸运儿节点 = 需要被遍历的幸运儿节点.next}function 节点遍历() {    while (需要被遍历的幸运儿节点 != null && !分片过期校验()) {        构建节点()    }}function Schedule调度() {    创建分片(Reconcile协调)}
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分片重启

分片重启意思就是上一轮时间分片因为过期中断了,需要重新发起一轮时间分片。


实现的思路是,在上一轮分片结束之后判断是否还需要开启下一轮分片,需要的话则重新发起一轮异步调度即可,


function 分片过期校验() {    return (perfromance.now() - 分片开启时间) >= 5000}function 分片事件循环() {    let 栈顶任务 = taskQueue.peek()
while (栈顶任务) { if (分片过期校验()) break const 栈顶任务回调 = 栈顶任务.callback() if (typeof 栈顶任务回调 == 'function') { // 当前任务还没有执行完,继续搞 栈顶任务.callback = 栈顶任务回调 } else { // 当前任务已执行完,弹出队列 taskQueue.pop() } 栈顶任务 = taskQueue.peek() }
// 还有任务哦 if (栈顶任务) return true return false}
function 分片执行() { 分片开启时间 = performance.now() var 是否还有任务未执行完毕 try { 是否还有任务未执行完毕 = 分片事件循环() } finally { // 分片重启 if (是否还有任务未执行) 发起异步调度() }}
function 发起异步调度() { // 这里实际上是异步执行,看下面有间隔 分片执行()}
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重启的条件就是判断分片任务队列中是否还有任务,有的话就发起下一轮的时间分片

实现延迟执行 - 有间隔

有间隔的本质是延迟 JS 的执行,让浏览器有喘息的时间,去处理其他线程的任务,哪如何把主线程控制权交还给浏览器呢??


可以使用异步特性发起下一轮时间分片,实现延迟执行


function 发起异步调度() {    // 将主线程短暂的交还给浏览器    setTimeout(() => {        分片执行()    }, 0)}
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为什么选择宏任务实现异步执行

微任务无法真正达到交还主线程控制权的要求。


因为一轮事件循环,是先执行一个宏任务,然后再清空微任务队列里面的任务,如果在清空微任务队列的过程中,依然有新任务插入到微任务队列中的话,还是把这些任务执行完毕才会释放主线程。所以微任务不合适。


相关参考视频讲解:进入学习

时间分片异步执行方案的演进

为什么不是setTimeout


因为 setTimeout 的递归层级过深的话,延迟就不是 1ms,而是 4ms,这样会造成延迟时间过长


为什么不是requestAnimationFrame


requestAnimationFramed 是在微任务执行完之后,浏览器重排重绘之前执行,执行的时机是不准确的。如果 raf 之前 JS 的执行时间过长,依然会造成延迟


为什么不是requestIdleCallback


requestIdleCallback 的执行时机是在浏览器重排重绘之后,也就是浏览器的空闲时间执行。其实执行的时机依然是不准确的,raf 执行的 JS 代码耗时可能会过长


为什么是 MessageChannel


MessageChannel 的执行时机比 setTimeout 靠前


在 React 中,异步执行优先使用setImmediate,其次是MessageChannel,最后是setTimeout,都是根据浏览器对这些的特性支持程度决定的。

时间分片简单实现

下面会整合上面的所有代码,模拟出最简单的时间分片实现(不包含优先级机制)


Scheduler.js


const taskQueue = []let 分片开启时间 = -1
// **时间分片核心**const 分片过期校验 = () => { return (perfromance.now() - 分片开启时间) >= 5000}function 分片事件循环() { let 栈顶任务 = taskQueue.peek()
while (栈顶任务) { // 每执行完一个任务,都要校验一下分片是否过期 if (分片过期校验()) break const 栈顶任务回调 = 栈顶任务.callback() if (typeof 栈顶任务回调 == 'function') { // 当前任务还没有执行完,继续搞 栈顶任务.callback = 栈顶任务回调 } else { // 当前任务已执行完,弹出队列 taskQueue.pop() } 栈顶任务 = taskQueue.peek() }
// 还有任务哦 if (栈顶任务) return true return false}
function 分片执行() { 分片开启时间 = performance.now() var 是否还有任务未执行完毕 try { 是否还有任务未执行完毕 = 分片事件循环() } finally { // **时间分片核心:分片重启** if (是否还有任务未执行) 发起异步调度() }}// 实例化 MessageChannelconst channel = new MessageChannel()const port2 = channel.port2channel.port1.onmessage = 分片执行
function 发起异步调度() { // 向通道1发消息,通道1收到消息就会执行分片任务 // **时间分片核心:延迟执行** port2.postMessage(null)}function 创建分片(需要被调度的函数) { // **时间分片核心:分片开启** const 新的任务 = { callback: 需要被调度的函数, expirationTime: performance.now() + 5000 } taskQueue.push(新的任务) 发起异步调度()}export default { 创建分片, 分片过期校验}
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ReactDOM.js


import * as Scheduler from './Scheduler'const {    创建分片,    分片过期校验} = Scheduler
let 需要被遍历的幸运儿节点 = nullfunction 构建节点() { /** * ...在这里进行节点构建工作 */ 需要被遍历的幸运儿节点 = 需要被遍历的幸运儿节点.next}function 节点遍历() { // **时间分片核心:分片中断** while (需要被遍历的幸运儿节点 != null && !分片过期校验()) { 构建节点() }}function Schedule调度() { 创建分片(Reconcile协调)}function 调度入口() { 需要被遍历的幸运儿节点 = react应用根节点 Schedule调度()}调度入口()
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这段时间分片的伪代码相对于 react 中源码的实现,少了很多逻辑判断,并且集中了起来,应该会相对好理解很多。


如果还是觉得有点晦涩,可以重点关注伪代码中标有时间分片核心注释的代码,结合上文提到的概念理解

总结

读完这篇文章估计你可能对时间分片的概念已经有所有了解了,是不是觉得react16的新特性之一时间分片,也并没有想象中的神秘。


总的下来,时间分片就是由简单的三个模块组成:


  1. 分片开启

  2. 分片中断、重启

  3. 延迟执行


时间分片是 Scheduler 调度器两大特性中的一个,另一个是任务的优先级调度,接下来可能会花两到三篇的篇幅去讲解。在源码阅读的过程中,我觉得时间分片的实现已经非常惊艳了,没想到后面优先级调度的设计对我更是无可匹敌的冲击。


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