快捷導(dǎo)航

react?Scheduler?實(shí)現(xiàn)示例教程

更新時(shí)間：2022年09月17日 10:21:30 作者：fangjiapeng

這篇文章主要為大家介紹了react?Scheduler?實(shí)現(xiàn)示例教程，有需要的朋友可以借鑒參考下，希望能夠有所幫助，祝大家多多進(jìn)步，早日升職加薪

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。