react?Scheduler?實現(xiàn)示例教程

更新時間：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，祝大家多多進步，早日升職加薪

正文

最近在看react源碼，react構建fiber樹這一塊邏輯還比較好理解，但是一旦涉及到任務調度相關的邏輯，看起來是一頭霧水。在參考了一些資料和react scheduler源碼后，我決定來實現(xiàn)一個簡單版的scheduler，相信跟著本文的思路實現(xiàn)一遍，就可以理解為什么react需要有scheduler這個東西來調度任務。

簡單的背景知識：

我們知道現(xiàn)在大部分設備的幀率都是60fps,也就是說瀏覽器每16.7ms會繪制一次。如果頁面上有一些動畫，那么16.7s繪制一次，看起來是比較流暢的。

簡單的css動畫

先來寫一個簡單的css動畫：一個普通的div左右滑動

<!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，一幀的時間是16.7ms，我們放大看看一幀時間里面，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。這里我們不細究在每個階段瀏覽器做了什么，只需要關注這個渲染是在主線程上進行，由CPU完成的就行了。通常每16.7ms瀏覽器會繪制一次，但是如果本輪事件循環(huán)有任務在執(zhí)行，那么需要等任務執(zhí)行完再進行繪制。如果任務耗時過長，繪制次數(shù)就會變少，也就是所謂“掉幀”。因為我們現(xiàn)在頁面非常簡單，沒有js任務，所以瀏覽器每16.7ms繪制一次，動畫看起來很流暢。

現(xiàn)在我們來加上一個按鈕，點擊之后會創(chuàng)建5個任務，每個任務耗時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);
    }
}

點擊按鈕會發(fā)現(xiàn)，正在滑動的div卡頓了一下，通過下圖可以看到，瀏覽器直到5個宏任務完成后才會執(zhí)行渲染，在這段時間里面，頁面不能更新，也不能響應用戶操作。

etTimeout來實現(xiàn)

如果點擊按鈕要執(zhí)行成千上百個任務，那么瀏覽器會卡死很長一段時間，這顯然是不能接受的。最簡單的改造方法是執(zhí)行一個任務后，把后續(xù)的任務處理放到下一個事件循環(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)行一個任務，后面的下個事件循環(huán)再處理
        setTimeout(workLoop, 0);
    }
}

打開控制臺分析一下：

現(xiàn)在可以看到，現(xiàn)在每個宏任務都沒有連在一起，它們在不同的事件循環(huán)里執(zhí)行。每個任務完成后，瀏覽器都會執(zhí)行一次繪制，就算要執(zhí)行的任務非常多，動畫也不會卡住不動了。

但是，仔細觀察一下，后面的宏任務間隔好像都比較大，放大看間隔大概是4ms左右。我們現(xiàn)在一個任務的執(zhí)行時間是20ms，超過了16.7ms，事實上頁面已經(jīng)有一點卡頓了。主線程資源這么緊張，每個事件循環(huán)居然還要浪費4ms，這肯定是不能接受的。很多人應該都聽說過setTimeout的最小延時限制，大概意思就是雖然你是setTimeout零秒，實際上嵌套多層之后，至少要過4ms左右，宏任務才會進入到任務隊列。

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來把任務放到宏任務隊列。 MessageChannel的用法就不詳細介紹了，簡單地說，就是利用這個api，我們可以監(jiān)聽一個message事件，當事件觸發(fā)的時候，事件處理函數(shù)這個任務會加入到宏任務隊列。對應我們的例子，我們就可以綁定onmessage的時候執(zhí)行workLoop, 在workLoop里面只執(zhí)行一個任務，如果還有任務沒有執(zhí)行，那就postMessage，在下一個事件循環(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，宏任務之間基本沒有間隔了：

目前我們的最小任務單元的執(zhí)行時間是20ms。因為超過了16.7ms會導致頁面變卡頓，所以實際上我們應該確保單個任務不能超過16.7ms。假設經(jīng)過合理的設計，我們的最小任務單元執(zhí)行時間不會超過2ms（這里隨機設置成1ms或2ms）。然后再來看看點擊按鈕后執(zhí)行1000個任務會怎么樣。

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);
    }
}

分析運行結果，可以看到現(xiàn)在瀏覽器繪制的幀率還是沒有60fps，我們的任務占據(jù)主線程時間太長了。所以我們需要一種機制，使得在一幀的時間內盡可能執(zhí)行多個任務，而且留有充足的時間給瀏覽器繪制頁面和響應用戶交互。

最終我們的設計方案是：在一個事件循環(huán)里面，我們只占用主線程5ms, 超過5ms就把主線程控制權交還給瀏覽器，在下一個事件循環(huán)處理任務。

具體思路

聲明一個全局隊列taskQueue存放任務；

聲明一個全局變量startTime表示任務調度的開始時間, 當接受到onmessage事件時，獲取當前時間賦值給startTime，然后開始調度任務；

調度任務：從taskQueue隊列中取出一個任務，獲取當前時間currentTime, 計算currentTime - startTime，如果大于或等于5ms，說明調度任務時長已經(jīng)達到5ms了，break出循環(huán)，如果隊列里還有任務，postMessage交出主線程控制權，等下個事件循環(huán)再調度任務。

瀏覽器繪制完頁面，響應用戶交互后，在下一個事件循環(huán)再次調度任務，重新計算currentTime，startTime,此時它們的差值一定不會超過5ms, 取出一個任務執(zhí)行，然后更新currentTime。再次進入while循環(huán)，判斷currentTime - startTime是否大于5ms, 大于5ms就交出控制權，否則繼續(xù)執(zhí)行下一個任務。

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; // 任務的連續(xù)執(zhí)行時間不能超過5ms
let currentTask = null; // 用來保存當前的任務
btn.onclick = function () {
    for (let i = 0; i < 1000; i++) {
        taskQueue.push(macroTask)
    }
    // 在下個事件循環(huán)開始調度任務
    port2.postMessage(null);
}
function performWorkUntilDeadline() {
    startTime = performance.now(); // 更新開始時間
    let hasMoreWork = true;
    try {
        hasMoreWork = flushWork();
    } finally {
        currentTask = null;
        if(hasMoreWork) {
            port2.postMessage(null);
        }
    }
}
function flushWork(){
    return workLoop();
}
function workLoop() {
    // 這里用currentTask全局變量來保存當前任務看起來似乎有點丑。
    // 其實是為了后續(xù)實現(xiàn)任務優(yōu)先級和任務插隊功能，先不管，就這么寫。
    currentTask = taskQueue[0];
    while(currentTask) {
        if(shouldYieldToHost()) {
            break;
        }
        currentTask.call(null);
        taskQueue.shift(); // 執(zhí)行完的任務從隊列中刪除
        currentTask = taskQueue[0]; // 繼續(xù)拿下一個任務
    }
    if(currentTask) {
        // 還有任務需要在下個事件循環(huán)處理
        return true;
    }
}
function shouldYieldToHost() {
    // 是否應該掛起任務
    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]) {}
}

好了我們再看看運行結果：瀏覽器的幀率現(xiàn)在已經(jīng)可以保持在60fps了，效果已經(jīng)很不錯了。但是目前我們的任務隊列只是一個普通的先進先出隊列，并沒有實現(xiàn)優(yōu)先級和任務插隊功能。下一篇文章我們將繼續(xù)跟著react的實現(xiàn)思路，用最小堆來實現(xiàn)優(yōu)先隊列。