react?Scheduler?實(shí)現(xiàn)示例教程
正文
最近在看react源碼,react構(gòu)建fiber樹這一塊邏輯還比較好理解,但是一旦涉及到任務(wù)調(diào)度相關(guān)的邏輯,看起來是一頭霧水。在參考了一些資料和react scheduler源碼后,我決定來實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單版的scheduler,相信跟著本文的思路實(shí)現(xiàn)一遍,就可以理解為什么react需要有scheduler這個(gè)東西來調(diào)度任務(wù)。
簡(jiǎn)單的背景知識(shí):
我們知道現(xiàn)在大部分設(shè)備的幀率都是60fps,也就是說瀏覽器每16.7ms會(huì)繪制一次。如果頁面上有一些動(dòng)畫,那么16.7s繪制一次,看起來是比較流暢的。
簡(jiǎn)單的css動(dòng)畫
先來寫一個(gè)簡(jiǎn)單的css動(dòng)畫:一個(gè)普通的div左右滑動(dòng)
<!DOCTYPE html> <html lang="en"> <head> <meta charset="UTF-8"> <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge"> <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0"> <title>Document</title> <style> #block { width: 50px; height: 50px; margin: 0 0; background-color: #ddd; animation: move 5s linear infinite; position: absolute; } @keyframes move { 0% { left: 0; } 25% { left: 100px; } 50% { left: 200px; } 75% { left: 100px; } 100% { left: 0; } } </style> </head> <body> <div id="block"></div> </body> </html>
使用谷歌瀏覽器的性能錄制面板可以看到:
在主線程上,一幀的時(shí)間是16.7ms,我們放大看看一幀時(shí)間里面,瀏覽器做了什么:
完成一次繪制需要執(zhí)行Schedule Style Recalculation, Recalculate Style, Layout, Pre-Paint, Paint, Composite Layers。這里我們不細(xì)究在每個(gè)階段瀏覽器做了什么,只需要關(guān)注這個(gè)渲染是在主線程上進(jìn)行,由CPU完成的就行了。通常每16.7ms瀏覽器會(huì)繪制一次,但是如果本輪事件循環(huán)有任務(wù)在執(zhí)行,那么需要等任務(wù)執(zhí)行完再進(jìn)行繪制。如果任務(wù)耗時(shí)過長(zhǎng),繪制次數(shù)就會(huì)變少,也就是所謂“掉幀”。因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在頁面非常簡(jiǎn)單,沒有js任務(wù),所以瀏覽器每16.7ms繪制一次,動(dòng)畫看起來很流暢。
現(xiàn)在我們來加上一個(gè)按鈕,點(diǎn)擊之后會(huì)創(chuàng)建5個(gè)任務(wù),每個(gè)任務(wù)耗時(shí)20ms,并且馬上執(zhí)行。
<body> <button id="btn">click me</button> </body>
綁定事件:
const works = []; const btn = document.getElementById('btn'); btn.onclick = function () { for (let i = 0; i < 5; i++) { works.push(macroTask) } flushWork(); } function macroTask(){ const start = new Date().getTime(); while (new Date().getTime() - start < 20) {} } function flushWork(){ while(works.length){ const work = works.shift(); work.call(null); } }
點(diǎn)擊按鈕會(huì)發(fā)現(xiàn),正在滑動(dòng)的div卡頓了一下,通過下圖可以看到,瀏覽器直到5個(gè)宏任務(wù)完成后才會(huì)執(zhí)行渲染,在這段時(shí)間里面,頁面不能更新,也不能響應(yīng)用戶操作。
etTimeout來實(shí)現(xiàn)
如果點(diǎn)擊按鈕要執(zhí)行成千上百個(gè)任務(wù),那么瀏覽器會(huì)卡死很長(zhǎng)一段時(shí)間,這顯然是不能接受的。最簡(jiǎn)單的改造方法是執(zhí)行一個(gè)任務(wù)后,把后續(xù)的任務(wù)處理放到下一個(gè)事件循環(huán),讓瀏覽器可以在本輪事件循環(huán)執(zhí)行繪制。精通瀏覽器原理的你肯定知道可以利用setTimeout來實(shí)現(xiàn):
const works = []; const btn = document.getElementById('btn'); btn.onclick = function () { for (let i = 0; i < 50; i++) { works.push(macroTask) } flushWork(); } function macroTask(){ const start = Date.now(); while (Date.now() - start < 20) {} } function flushWork(){ workLoop(); } function workLoop(){ const work = works.shift(); if(work){ work.call(null); // 只執(zhí)行一個(gè)任務(wù),后面的下個(gè)事件循環(huán)再處理 setTimeout(workLoop, 0); } }
打開控制臺(tái)分析一下:
現(xiàn)在可以看到,現(xiàn)在每個(gè)宏任務(wù)都沒有連在一起,它們?cè)诓煌氖录h(huán)里執(zhí)行。每個(gè)任務(wù)完成后,瀏覽器都會(huì)執(zhí)行一次繪制,就算要執(zhí)行的任務(wù)非常多,動(dòng)畫也不會(huì)卡住不動(dòng)了。
但是,仔細(xì)觀察一下,后面的宏任務(wù)間隔好像都比較大,放大看間隔大概是4ms左右。我們現(xiàn)在一個(gè)任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間是20ms,超過了16.7ms,事實(shí)上頁面已經(jīng)有一點(diǎn)卡頓了。主線程資源這么緊張,每個(gè)事件循環(huán)居然還要浪費(fèi)4ms,這肯定是不能接受的。很多人應(yīng)該都聽說過setTimeout的最小延時(shí)限制,大概意思就是雖然你是setTimeout零秒,實(shí)際上嵌套多層之后,至少要過4ms左右,宏任務(wù)才會(huì)進(jìn)入到任務(wù)隊(duì)列。
循環(huán)處理
setTimeout不能用了,有其他替代方案嗎?答案是有的,我們可以使用MessageChannel來把任務(wù)放到宏任務(wù)隊(duì)列。 MessageChannel的用法就不詳細(xì)介紹了,簡(jiǎn)單地說,就是利用這個(gè)api,我們可以監(jiān)聽一個(gè)message事件,當(dāng)事件觸發(fā)的時(shí)候,事件處理函數(shù)這個(gè)任務(wù)會(huì)加入到宏任務(wù)隊(duì)列。對(duì)應(yīng)我們的例子,我們就可以綁定onmessage的時(shí)候執(zhí)行workLoop, 在workLoop里面只執(zhí)行一個(gè)任務(wù),如果還有任務(wù)沒有執(zhí)行,那就postMessage,在下一個(gè)事件循環(huán)繼續(xù)處理。
const channel = new MessageChannel(); const port2 = channel.port2; const port1 = channel.port1; port1.onmessage = workLoop; const works = []; const btn = document.getElementById('btn'); btn.onclick = function () { for (let i = 0; i < 50; i++) { works.push(macroTask) } flushWork(); } function macroTask(){ const start = Date.now(); while (Date.now() - start < 20) {} } function flushWork(){ workLoop(); } function workLoop(){ const work = works.shift(); if(work){ work.call(null); port2.postMessage(null); } }
重新執(zhí)行后再分析一下,宏任務(wù)之間基本沒有間隔了:
目前我們的最小任務(wù)單元的執(zhí)行時(shí)間是20ms。因?yàn)槌^了16.7ms會(huì)導(dǎo)致頁面變卡頓,所以實(shí)際上我們應(yīng)該確保單個(gè)任務(wù)不能超過16.7ms。假設(shè)經(jīng)過合理的設(shè)計(jì),我們的最小任務(wù)單元執(zhí)行時(shí)間不會(huì)超過2ms(這里隨機(jī)設(shè)置成1ms或2ms)。然后再來看看點(diǎn)擊按鈕后執(zhí)行1000個(gè)任務(wù)會(huì)怎么樣。
const channel = new MessageChannel(); const port2 = channel.port2; const port1 = channel.port1; port1.onmessage = workLoop; const works = []; const btn = document.getElementById('btn'); btn.onclick = function () { for (let i = 0; i < 1000; i++) { works.push(macroTask) } flushWork(); } function macroTask(){ const time = [1, 2]; const zeroOrOne = Math.round(Math.random()); const start = Date.now(); while (Date.now() - start < time[zeroOrOne]) {} } function flushWork(){ workLoop(); } function workLoop(){ const work = works.shift(); if(work){ work.call(null); port2.postMessage(null); } }
分析運(yùn)行結(jié)果,可以看到現(xiàn)在瀏覽器繪制的幀率還是沒有60fps,我們的任務(wù)占據(jù)主線程時(shí)間太長(zhǎng)了。所以我們需要一種機(jī)制,使得在一幀的時(shí)間內(nèi)盡可能執(zhí)行多個(gè)任務(wù),而且留有充足的時(shí)間給瀏覽器繪制頁面和響應(yīng)用戶交互。
最終我們的設(shè)計(jì)方案是:在一個(gè)事件循環(huán)里面,我們只占用主線程5ms, 超過5ms就把主線程控制權(quán)交還給瀏覽器,在下一個(gè)事件循環(huán)處理任務(wù)。
具體思路
聲明一個(gè)全局隊(duì)列taskQueue存放任務(wù);
聲明一個(gè)全局變量startTime表示任務(wù)調(diào)度的開始時(shí)間, 當(dāng)接受到onmessage事件時(shí),獲取當(dāng)前時(shí)間賦值給startTime,然后開始調(diào)度任務(wù);
調(diào)度任務(wù):從taskQueue隊(duì)列中取出一個(gè)任務(wù),獲取當(dāng)前時(shí)間currentTime, 計(jì)算currentTime - startTime,如果大于或等于5ms,說明調(diào)度任務(wù)時(shí)長(zhǎng)已經(jīng)達(dá)到5ms了,break出循環(huán),如果隊(duì)列里還有任務(wù),postMessage交出主線程控制權(quán),等下個(gè)事件循環(huán)再調(diào)度任務(wù)。
瀏覽器繪制完頁面,響應(yīng)用戶交互后,在下一個(gè)事件循環(huán)再次調(diào)度任務(wù),重新計(jì)算currentTime,startTime,此時(shí)它們的差值一定不會(huì)超過5ms, 取出一個(gè)任務(wù)執(zhí)行,然后更新currentTime。再次進(jìn)入while循環(huán),判斷currentTime - startTime是否大于5ms, 大于5ms就交出控制權(quán),否則繼續(xù)執(zhí)行下一個(gè)任務(wù)。
改造后的代碼:
const channel = new MessageChannel(); const port2 = channel.port2; const port1 = channel.port1; port1.onmessage = performWorkUntilDeadline; const taskQueue = []; let startTime = -1; const frameYieldMs = 5; // 任務(wù)的連續(xù)執(zhí)行時(shí)間不能超過5ms let currentTask = null; // 用來保存當(dāng)前的任務(wù) btn.onclick = function () { for (let i = 0; i < 1000; i++) { taskQueue.push(macroTask) } // 在下個(gè)事件循環(huán)開始調(diào)度任務(wù) port2.postMessage(null); } function performWorkUntilDeadline() { startTime = performance.now(); // 更新開始時(shí)間 let hasMoreWork = true; try { hasMoreWork = flushWork(); } finally { currentTask = null; if(hasMoreWork) { port2.postMessage(null); } } } function flushWork(){ return workLoop(); } function workLoop() { // 這里用currentTask全局變量來保存當(dāng)前任務(wù)看起來似乎有點(diǎn)丑。 // 其實(shí)是為了后續(xù)實(shí)現(xiàn)任務(wù)優(yōu)先級(jí)和任務(wù)插隊(duì)功能,先不管,就這么寫。 currentTask = taskQueue[0]; while(currentTask) { if(shouldYieldToHost()) { break; } currentTask.call(null); taskQueue.shift(); // 執(zhí)行完的任務(wù)從隊(duì)列中刪除 currentTask = taskQueue[0]; // 繼續(xù)拿下一個(gè)任務(wù) } if(currentTask) { // 還有任務(wù)需要在下個(gè)事件循環(huán)處理 return true; } } function shouldYieldToHost() { // 是否應(yīng)該掛起任務(wù) const currentTime = performance.now(); if(currentTime - startTime < frameYieldMs) { return false; } return true; } function macroTask(){ const time = [1, 2]; const zeroOrOne = Math.round(Math.random()); const start = performance.now(); while (performance.now() - start < time[zeroOrOne]) {} }
好了我們?cè)倏纯催\(yùn)行結(jié)果:瀏覽器的幀率現(xiàn)在已經(jīng)可以保持在60fps了,效果已經(jīng)很不錯(cuò)了。但是目前我們的任務(wù)隊(duì)列只是一個(gè)普通的先進(jìn)先出隊(duì)列,并沒有實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級(jí)和任務(wù)插隊(duì)功能。下一篇文章我們將繼續(xù)跟著react的實(shí)現(xiàn)思路,用最小堆來實(shí)現(xiàn)優(yōu)先隊(duì)列。
以上就是react Scheduler 實(shí)現(xiàn)示例教程的詳細(xì)內(nèi)容,更多關(guān)于react Scheduler 教程的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章!
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