2022-09-16React00
请注意,本文编写于 618 天前,最后修改于 618 天前,其中某些信息可能已经过时。

为什么需要调度?

大家都知道 JS 和渲染引擎是一个互斥关系。如果 JS 在执行代码,那么渲染引擎工作就会被停止。假如我们有一个很复杂的复合组件需要重新渲染,那么调用栈可能会很长

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调用栈过长,再加上如果中间进行了复杂的操作,就可能导致长时间阻塞渲染引擎带来不好的用户体验,调度就是来解决这个问题的。

React 会根据任务的优先级去分配各自的 expirationTime,在过期时间到来之前先去处理更高优先级的任务,并且高优先级的任务还可以打断低优先级的任务(因此会造成某些生命周期函数多次被执行),从而实现在不影响用户体验的情况下去分段计算更新(也就是时间分片)。

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React 如何实现调度

React 实现调度主要靠两块内容:

  1. 计算任务的 expriationTime
  2. 实现 requestIdleCallback 的 polyfill 版本

接下来就让笔者为大家一一介绍着两块内容。

expriationTime

expriationTime 在前文简略的介绍过它的作用,这个时间可以帮助我们对比不同任务之间的优先级以及计算任务的 timeout。

那么这个时间是如何计算出来的呢?

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当前时间指的是 performance.now(),这个 API 会返回一个精确到毫秒级别的时间戳(当然也并不是高精度的),另外浏览器也并不是所有都兼容 performance API 的。如果使用 Date.now() 的话那么精度会更差,但是为了方便起见,我们这里统一把当前时间认为是 performance.now()

常量指的是根据不同优先级得出的一个数值,React 内部目前总共有五种优先级,分别为:

var ImmediatePriority = 1;
var UserBlockingPriority = 2;
var NormalPriority = 3;
var LowPriority = 4;
var IdlePriority = 5;

它们各自的对应的数值都是不同的,具体的内容如下

var maxSigned31BitInt = 1073741823;

// Times out immediately
var IMMEDIATE_PRIORITY_TIMEOUT = -1;
// Eventually times out
var USER_BLOCKING_PRIORITY = 250;
var NORMAL_PRIORITY_TIMEOUT = 5000;
var LOW_PRIORITY_TIMEOUT = 10000;
// Never times out
var IDLE_PRIORITY = maxSigned31BitInt;

也就是说,假设当前时间为 5000 并且分别有两个优先级不同的任务要执行。前者属于 ImmediatePriority,后者属于 UserBlockingPriority,那么两个任务计算出来的时间分别为 4999 和 5250。通过这个时间可以比对大小得出谁的优先级高,也可以通过减去当前时间获取任务的 timeout

requestIdleCallback

说完了 expriationTime,接下来的主题就是实现 requestIdleCallback 了,我们首先来了解下该函数的作用

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该函数的回调方法会在浏览器的空闲时期依次调用, 可以让我们在事件循环中执行一些任务,并且不会对像动画和用户交互这样延迟敏感的事件产生影响。

在上图中我们也可以发现,该回调方法是在渲染以后才执行的。那么介绍完了函数的作用,接下来就来说说它的兼容性吧。

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这个函数的兼容性并不是很好,并且它还有一个致命的缺陷:

注意

requestIdleCallback is called only 20 times per second - Chrome on my 6x2 core Linux machine, it's not really useful for UI work.

也就是说 requestIdleCallback 只能一秒调用回调 20 次,这个完全满足不了现有的情况,由此 React 团队才打算自己实现这个函数。

如何实现 requestIdleCallback

实现 requestIdleCallback 函数的核心只有一点,如何多次在浏览器空闲时且是渲染后才调用回调方法?

说到多次执行,那么肯定得使用定时器了。在多种定时器中,唯有 requestAnimationFrame 具备一定的精确度,因此 requestAnimationFrame 就是当下实现 requestIdleCallback 的一个步骤。

requestAnimationFrame 的回调方法会在每次重绘前执行,另外它还存在一个瑕疵:页面处于后台时该回调函数不会执行,因此我们需要对于这种情况做个补救措施

rAFID = requestAnimationFrame(function(timestamp) {
	// cancel the setTimeout
	localClearTimeout(rAFTimeoutID);
	callback(timestamp);
});
rAFTimeoutID = setTimeout(function() {
	// 定时 100 毫秒是算是一个最佳实践
	localCancelAnimationFrame(rAFID);
	callback(getCurrentTime());
}, 100);

requestAnimationFrame 不执行时,会有 setTimeout 去补救,两个定时器内部可以互相取消对方。

使用 requestAnimationFrame 只完成了多次执行这一步操作,接下来我们需要实现如何知道当前浏览器是否空闲呢?

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大家都知道在一帧当中,浏览器可能会响应用户的交互事件、执行 JS、进行渲染的一系列计算绘制。假设当前我们的浏览器支持 1 秒 60 帧,那么也就是说一帧的时间为 16.6 毫秒。如果以上这些操作超过了 16.6 毫秒,那么就会导致渲染没有完成并出现掉帧的情况,继而影响用户体验;如果以上这些操作没有耗时 16.6 毫秒的话,那么我们就认为当下存在空闲时间让我们可以去执行任务。

因此接下去我们需要计算出当前帧是否还有剩余时间让我们使用。

let frameDeadline = 0
let previousFrameTime = 33
let activeFrameTime = 33
let nextFrameTime = performance.now() - frameDeadline + activeFrameTime
if (
	nextFrameTime < activeFrameTime &&
	previousFrameTime < activeFrameTime
) {
	if (nextFrameTime < 8) {
		nextFrameTime = 8;
	}
	activeFrameTime =
		nextFrameTime < previousFrameTime ? previousFrameTime : nextFrameTime;
} else {
	previousFrameTime = nextFrameTime;
}

以上这部分代码核心就是得出每一帧所耗时间及下一帧的时间。简单来说就是假设当前时间为 5000,浏览器支持 60 帧,那么 1 帧近似 16 毫秒,那么就会计算出下一帧时间为 5016。

得出下一帧时间以后,我们只需对比当前时间是否小于下一帧时间即可,这样就能清楚地知道是否还有空闲时间去执行任务。

那么最后一步操作就是如何在渲染以后才去执行任务。这里就需要用到事件循环的知识了

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想必大家都知道微任务宏任务的区别,这里就不再赘述这部分的内容了。从上图中我们可以发现,在渲染以后只有宏任务是最先会被执行的,因此宏任务就是我们实现这一步的操作了。

但是生成一个宏任务有很多种方式并且各自也有优先级,那么为了最快地执行任务,我们肯定得选择优先级高的方式。在这里我们选择了 MessageChannel 来完成这个任务,不选择 setImmediate 的原因是因为兼容性太差。

到这里为止,requestAnimationFrame + 计算帧时间及下一帧时间 + MessageChannel 就是我们实现 requestIdleCallback 的三个关键点了。

调度的流程

上文说了这么多,这一小节我们将来梳理一遍调度的整个流程。

  • 首先每个任务都会有各自的优先级,通过当前时间加上优先级所对应的常量我们可以计算出 expriationTime,高优先级的任务会打断低优先级任务
  • 在调度之前,判断当前任务是否过期,过期的话无须调度,直接调用 port.postMessage(undefined),这样就能在渲染后马上执行过期任务了
  • 如果任务没有过期,就通过 requestAnimationFrame 启动定时器,在重绘前调用回调方法
  • 在回调方法中我们首先需要计算每一帧的时间以及下一帧的时间,然后执行 port.postMessage(undefined)
  • channel.port1.onmessage 会在渲染后被调用,在这个过程中我们首先需要去判断当前时间是否小于下一帧时间。如果小于的话就代表我们尚有空余时间去执行任务;如果大于的话就代表当前帧已经没有空闲时间了,这时候我们需要去判断是否有任务过期,过期的话不管三七二十一还是得去执行这个任务。如果没有过期的话,那就只能把这个任务丢到下一帧看能不能执行了

调度不会仅仅只有 React 拥有

在未来,调度这个功能不会仅仅只有 React 才拥有。因为 React 已经尝试把调度这个模块单独抽离成一个库,这个库在未来能够被大家置入到自己的应用中去提高用户体验。

最后

阅读源码是一个很枯燥的过程,但是收益也是巨大的。如果你在阅读的过程中有任何的问题,都欢迎你在评论区与我交流。

另外写这系列是个很耗时的工程,需要维护代码注释,还得把文章写得尽量让读者看懂,最后还得配上画图,如果你觉得文章看着还行,就请不要吝啬你的点赞。

本文作者:毛超颖

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