100行代码实现React核心调度功能

时间:2022-06-01 22:07:35

100行代码实现React核心调度功能

大家好,我卡颂。

想必大家都知道React有一套基于Fiber架构的调度系统。这套调度系统的基本功能包括:

  • 更新有不同优先级
  • 一次更新可能涉及多个组件的render,这些render可能分配到多个宏任务中执行(即时间切片)
  • 高优先级更新会打断进行中的低优先级更新

本文会用100行代码实现这套调度系统,让你快速了解React的调度原理。

我知道你不喜欢看大段的代码,所以本文会以图+代码片段的形式讲解。

文末有完整的在线Demo,你可以自己上手玩玩。

开整!

准备工作

我们用work这一数据结构代表一份工作,work.count代表这份工作要重复做某件事的次数。

在Demo中要重复做的事是“执行insertItem方法,向页面插入”:

  1. const insertItem = (content: string) => {
  2. const ele = document.createElement('span');
  3. ele.innerText = `${content}`;
  4. contentBox.appendChild(ele);
  5. };

所以,对于如下work:

  1. const work1 = {
  2. count: 100
  3. }

代表:执行100次insertItem向页面插入100个。

work可以类比React的一次更新,work.count类比这次更新要render的组件数量。所以Demo是对React更新流程的类比

来实现第一版的调度系统,流程如图:

100行代码实现React核心调度功能

包括三步:

  1. 向workList队列(用于保存所有work)插入work
  2. schedule方法从workList中取出work,传递给perform
  3. perform方法执行完work的所有工作后重复步骤2

代码如下:

  1. // 保存所有work的队列
  2. const workList: work[] = [];
  3. // 调度
  4. function schedule() {
  5. // 从队列尾取一个work
  6. const curWork = workList.pop();
  7. if (curWork) {
  8. perform(curWork);
  9. }
  10. }
  11. // 执行
  12. function perform(work: Work) {
  13. while (work.count) {
  14. work.count--;
  15. insertItem();
  16. }
  17. schedule();
  18. }

为按钮绑定点击交互,最基本的调度系统就完成了:

  1. button.onclick = () => {
  2. workList.unshift({
  3. count: 100
  4. })
  5. schedule();
  6. }

点击button就能插入100个。

用React类比就是:点击button,触发同步更新,100个组件render

接下来我们将其改造成异步的。

Scheduler

React内部使用Scheduler完成异步调度。

Scheduler是独立的包。所以可以用他改造我们的Demo。

Scheduler预置了5种优先级,从上往下优先级降低:

  • ImmediatePriority,最高的同步优先级
  • UserBlockingPriority
  • NormalPriority
  • LowPriority
  • IdlePriority,最低优先级

scheduleCallback方法接收优先级与回调函数fn,用于调度fn:

  1. // 将回调函数fn以LowPriority优先级调度
  2. scheduleCallback(LowPriority, fn)

在Scheduler内部,执行scheduleCallback后会生成task这一数据结构:

  1. const task1 = {
  2. expiration: startTime + timeout,
  3. callback: fn
  4. }

task1.expiration代表task1的过期时间,Scheduler会优先执行过期的task.callback。

expiration中startTime为当前开始时间,不同优先级的timeout不同。

比如,ImmediatePriority的timeout为-1,由于:

  1. startTime - 1 < startTime

所以ImmediatePriority会立刻过期,callback立刻执行。

而IdlePriority对应timeout为1073741823(最大的31位带符号整型),其callback需要非常长时间才会执行。

callback会在新的宏任务中执行,这就是Scheduler调度的原理。

用Scheduler改造Demo

改造后的流程如图:

100行代码实现React核心调度功能

改造前,work直接从workList队列尾取出:

  1. // 改造前
  2. const curWork = workList.pop();

改造后,work可以拥有不同优先级,通过priority字段表示。

比如,如下work代表「以NormalPriority优先级插入100个」:

  1. const work1 = {
  2. count: 100,
  3. priority: NormalPriority
  4. }

改造后每次都使用最高优先级的work:

  1. // 改造后
  2. // 对workList排序后取priority值最小的(值越小,优先级越高)
  3. const curWork = workList.sort((w1, w2) => {
  4. return w1.priority - w2.priority;
  5. })[0];

改造后流程的变化

由流程图可知,Scheduler不再直接执行perform,而是通过执行scheduleCallback调度perform.bind(null, work)。

即,满足一定条件的情况下,生成新task:

  1. const someTask = {
  2. callback: perform.bind(null, work),
  3. expiration: xxx
  4. }

同时,work的工作也是可中断的。在改造前,perform会同步执行完work中的所有工作:

  1. while (work.count) {
  2. work.count--;
  3. insertItem();
  4. }

改造后,work的执行流程随时可能中断:

  1. while (!needYield() && work.count) {
  2. work.count--;
  3. insertItem();
  4. }

needYield方法的实现(何时会中断)请参考文末在线Demo

高优先级打断低优先级的例子

举例来看一个高优先级打断低优先级的例子:

插入一个低优先级work,属性如下

  1. const work1 = {
  2. count: 100,
  3. priority: LowPriority
  4. }

经历schedule(调度),perform(执行),在执行了80次工作时,突然插入一个高优先级work,此时:

  1. const work1 = {
  2. // work1已经执行了80次工作,还差20次执行完
  3. count: 20,
  4. priority: LowPriority
  5. }
  6. // 新插入的高优先级work
  7. const work2 = {
  8. count: 100,
  9. priority: ImmediatePriority
  10. }

work1工作中断,继续schedule。由于work2优先级更高,会进入work2对应perform,执行100次工作

work2执行完后,继续schedule,执行work1剩余的20次工作

在这个例子中,我们需要区分2个「打断」的概念:

在步骤3中,work1执行的工作被打断。这是微观角度的「打断」

由于work1被打断,所以继续schedule。下一个执行工作的是更高优的work2。work2的到来导致work1被打断,这是宏观角度的「打断」

之所以要区分「宏/微观」,是因为「微观的打断」不一定意味着「宏观的打断」。

比如:work1由于时间切片用尽,被打断。没有其他更高优的work与他竞争schedule的话,下一次perform还是work1。

这种情况下微观下多次打断,但是宏观来看,还是同一个work在执行。这就是「时间切片」的原理。

调度系统的实现原理

以下是调度系统的完整实现原理:

100行代码实现React核心调度功能

对照流程图来看:

100行代码实现React核心调度功能

总结

本文是React调度系统的简易实现,主要包括两个阶段:

  • schedule
  • perform

如果你对代码的具体实现感兴趣,下面是完整Demo地址。

参考资料

[1]Scheduler:

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

[2]完整Demo地址:

https://codesandbox.io/s/xenodochial-alex-db74g?file=/src/index.ts

原文链接:https://mp.weixin.qq.com/s/uuxHlanqyN2HneYOz7DMVw