React Concurrent Mode三连：是什么/为什么/怎么做

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发布于 2020-11-10 11:31:46

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发布于 2020-11-10 11:31:46

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最近发布的React v17.0没有包含新特性。

究其原因，v17.0主要的工作在于源码内部对Concurrent Mode的支持。所以v17版本也被称为“垫脚石”版本。

本文会详细介绍Concurrent Mode的来龙去脉，以及这套体系从底层架构到上层API的实现。

由于跨度比较长，细节难免缺失。对文中提到的细节的进一步补足，欢迎关注我的工粽号 —— 魔术师卡颂，给你一份完整的源码学习方案。

是什么？

Concurrent Mode是什么？你可以从官网Concurrent 模式介绍[1]了解其基本概念。

一句话概括：

Concurrent 模式是一组 React 的新功能，可帮助应用保持响应，并根据用户的设备性能和网速进行适当的调整。

为了让应用保持响应，我们需要先了解是什么在制约应用保持响应？

我们日常使用App，浏览网页时，有两类场景会制约保持响应：

当遇到大计算量的操作或者设备性能不足使页面掉帧，导致卡顿。
发送网络请求后，由于需要等待数据返回才能进一步操作导致不能快速响应。

这两类场景可以概括为：

CPU的瓶颈
IO的瓶颈

CPU的瓶颈

当项目变得庞大、组件数量繁多时，就容易遇到CPU的瓶颈。

考虑如下Demo，我们向视图中渲染3000个li：

function App() {
  const len = 3000;
  return (
    <ul>
      {Array(len).fill(0).map((_, i) => <li>{i}</li>)}
    </ul>
  );
}

const rootEl = document.querySelector("#root");
ReactDOM.render(<App/>, rootEl);

主流浏览器刷新频率为60Hz，即每（1000ms / 60Hz）16.6ms浏览器刷新一次。

我们知道，JS可以操作DOM，GUI渲染线程与JS线程是互斥的。所以JS脚本执行和浏览器布局、绘制不能同时执行。

在每16.6ms时间内，需要完成如下工作：

JS脚本执行 -----  样式布局 ----- 样式绘制

当JS执行时间过长，超出了16.6ms，这次刷新就没有时间执行样式布局和样式绘制了。

在Demo中，由于组件数量繁多（3000个），JS脚本执行时间过长，页面掉帧，造成卡顿。

可以从打印的执行堆栈图看到，JS执行时间为73.65ms，远远多于一帧的时间。

如何解决这个问题呢？

答案是：在浏览器每一帧的时间中，预留一些时间给JS线程，React利用这部分时间更新组件（可以看到，在源码[2]中，预留的初始时间是5ms）。

当预留的时间不够用时，React将线程控制权交还给浏览器使其有时间渲染UI，React则等待下一帧时间到来继续被中断的工作。

这种将长任务分拆到每一帧中，像蚂蚁搬家一样一次执行一小段任务的操作，被称为时间切片（time slice）

所以，解决CPU瓶颈的关键是实现时间切片，而时间切片的关键是：将同步的更新变为可中断的异步更新。

IO的瓶颈

网络延迟是前端开发者无法解决的。如何在网络延迟客观存在的情况下，减少用户对网络延迟的感知？

React给出的答案是将人机交互研究的结果整合到真实的 UI 中[3]。

这里我们以业界人机交互最顶尖的苹果举例，在IOS系统中：

点击“设置”面板中的“通用”，进入“通用”界面：

作为对比，再点击“设置”面板中的“Siri与搜索”，进入“Siri与搜索”界面：

你能感受到两者体验上的区别么？

事实上，点击“通用”后的交互是同步的，直接显示后续界面。

而点击“Siri与搜索”后的交互是异步的，需要等待请求返回后再显示后续界面。

但从用户感知来看，这两者的区别微乎其微。

这里的窍门在于：点击“Siri与搜索”后，先在当前页面停留了一小段时间，这一小段时间被用来请求数据。

当“这一小段时间”足够短时，用户是无感知的。如果请求时间超过一个范围，再显示loading的效果。

试想如果我们一点击“Siri与搜索”就显示loading效果，即使数据请求时间很短，loading效果一闪而过。用户也是可以感知到的。

为此，React实现了Suspense[4]、useDeferredValue[5]。

在源码内部，为了支持这些特性，同样需要将同步的更新变为可中断的异步更新。

Concurrent Mode自底向上

底层基础决定了上层API的实现，接下来让我们了解下，Concurrent Mode自底向上都包含哪些组成部分，才能实现上文提到的功能。

底层架构 —— Fiber架构

从上文我们了解到，为了解决CPU、IO瓶颈，最关键的一点是：实现异步可中断的更新。

基于这个前提，React花费2年时间重构完成了Fiber架构。

Fiber机构的意义在于，他将单个组件作为工作单元，使以组件为粒度的“异步可中断的更新”成为可能。

架构的驱动力 —— Scheduler

如果我们同步运行Fiber架构（通过ReactDOM.render），则Fiber架构与重构前并无区别。

但是当我们配合时间切片，就能根据宿主环境性能，为每个工作单元分配一个可运行时间，实现“异步可中断的更新”。

于是，scheduler[6]（调度器）产生了。

Scheduler能保证我们的长任务被拆分到每一帧不同的task中。

当我们为上文讲到的渲染3000个li的Demo开启Concurrent Mode：

// 通过使用ReactDOM.unstable_createRoot开启Concurrent Mode
// ReactDOM.render(<App/>, rootEl);  
ReactDOM.unstable_createRoot(rootEl).render(<App/>);

可以看到，每段JS脚本执行时间大体在5ms左右。

这样浏览器就有剩余时间执行样式布局和样式绘制，减少掉帧的可能性。

Fiber架构配合Scheduler实现了Concurrent Mode的底层刚需 —— “异步可中断的更新”。

架构运行策略 —— lane模型

到目前为止，通过Scheduler，React可以控制更新在Fiber架构中运行/中断/继续运行。

基于当前的架构，当一次更新在运行过程中被中断，过段时间再继续运行，这就是“异步可中断的更新”。

当一次更新在运行过程中被中断，转而重新开始一次新的更新，我们可以说：后一次更新打断了前一次更新。

这就是优先级的概念：后一次更新的优先级更高，他打断了正在进行的前一次更新。

多个优先级之间如何互相打断？优先级能否升降？本次更新应该赋予什么优先级？

这就需要一个模型控制不同优先级之间的关系与行为，于是lane模型诞生了。

lane模型通过将不同优先级赋值给一个位，通过31位的位运算来操作优先级

如下是不同优先级的定义：

export const NoLanes: Lanes = /*                        */ 0b0000000000000000000000000000000;
export const NoLane: Lane = /*                          */ 0b0000000000000000000000000000000;

export const SyncLane: Lane = /*                        */ 0b0000000000000000000000000000001;
export const SyncBatchedLane: Lane = /*                 */ 0b0000000000000000000000000000010;

export const InputDiscreteHydrationLane: Lane = /*      */ 0b0000000000000000000000000000100;
const InputDiscreteLanes: Lanes = /*                    */ 0b0000000000000000000000000011000;

// 省略...

上层实现

现在，我们可以说：

从源码层面讲，Concurrent Mode是一套可控的“多优先级更新架构”。

那么基于该架构之上可以实现哪些有意思的功能？我们举几个例子：

batchedUpdates

如果我们在一次事件回调中触发多次更新，他们会被合并为一次更新进行处理。

如下代码执行只会触发一次更新：

onClick() {
  this.setState({stateA: 1});
  this.setState({stateB: false});
  this.setState({stateA: 2});
}

这种合并多个更新的优化方式被称为batchedUpdates。

batchedUpdates在很早的版本就存在了，不过之前的实现局限很多（脱离当前上下文环境的更新不会被合并）。

在Concurrent Mode中，是以优先级为依据对更新进行合并的，使用范围更广。

Suspense

Suspense[7]可以在组件请求数据时展示一个pending状态。请求成功后渲染数据。

本质上讲Suspense内的组件子树比组件树的其他部分拥有更低的优先级。

useDeferredValue

useDeferredValue[8]返回一个延迟响应的值，该值可能“延后”的最长时间为timeoutMs。

例子：

const deferredValue = useDeferredValue(value, { timeoutMs: 2000 });

在useDeferredValue内部会调用useState并触发一次更新。

这次更新的优先级很低，所以当前如果有正在进行中的更新，不会受useDeferredValue产生的更新影响。所以useDeferredValue能够返回延迟的值。

当超过timeoutMs后useDeferredValue产生的更新还没进行（由于优先级太低一直被打断），则会再触发一次高优先级更新。

总结

除了以上介绍的实现，可以预见，当v17完美支持Concurrent Mode后，v18会迎来一大波基于Concurrent Mode的库。

参考资料

[1]

Concurrent 模式介绍: https://zh-hans.reactjs.org/docs/concurrent-mode-intro.html

[2]

源码: https://github.com/facebook/react/blob/1fb18e22ae66fdb1dc127347e169e73948778e5a/packages/scheduler/src/forks/SchedulerHostConfig.default.js#L119

[3]

将人机交互研究的结果整合到真实的 UI 中: https://zh-hans.reactjs.org/docs/concurrent-mode-intro.html#putting-research-into-production

[4]

Suspense: https://zh-hans.reactjs.org/docs/concurrent-mode-suspense.html

[5]

useDeferredValue: https://zh-hans.reactjs.org/docs/concurrent-mode-reference.html#usedeferredvalue

[6]

scheduler: https://github.com/facebook/react/tree/master/packages/scheduler

[7]

Suspense: https://zh-hans.reactjs.org/docs/concurrent-mode-suspense.html

[8]

useDeferredValue: https://zh-hans.reactjs.org/docs/concurrent-mode-reference.html#usedeferredvalue