React 中的优先级管理

React内部对于优先级的管理, 根据功能的不同分为LanePriority, SchedulerPriority, ReactPriorityLevel3 种类型. 本文基于[email protected], 梳理源码中的优先级管理体系.

React是一个声明式, 高效且灵活的用于构建用户界面的 JavaScript 库. React 团队一直致力于实现高效渲染, 其中有 2 个十分有名的演讲:

2017 年 Lin Clark 的演讲中介绍了fiber架构和可中断渲染.
2018 年 Dan 在 JSConf 冰岛的演讲进一步介绍了时间切片(time slicing)和异步渲染(suspense)等特性.

演讲中所展示的可中断渲染,时间切片(time slicing),异步渲染(suspense)等特性, 在源码中得以实现都依赖于优先级管理.

在[email protected]源码中, 一共有2套优先级体系和1套转换体系, 在深入分析之前, 再次回顾一下(reconciler 运作流程):

React内部对于优先级的管理, 贯穿运作流程的 4 个阶段(从输入到输出), 根据其功能的不同, 可以分为 3 种类型:

fiber优先级(LanePriority): 位于react-reconciler包, 也就是Lane(车道模型).
调度优先级(SchedulerPriority): 位于scheduler包.
优先级等级(ReactPriorityLevel) : 位于react-reconciler包中的SchedulerWithReactIntegration.js, 负责上述 2 套优先级体系的转换.

预备知识

在深入分析 3 种优先级之前, 为了深入理解LanePriority, 需要先了解Lane, 这是[email protected]的新特性.

Lane (车道模型)

英文单词lane翻译成中文表示"车道, 航道"的意思, 所以很多文章都将Lanes模型称为车道模型

Lane模型的源码在ReactFiberLane.js, 源码中大量使用了位运算(有关位运算的讲解, 可以参考React 算法之位运算).

首先引入作者对Lane的解释(相应的 pr), 这里简单概括如下:

Lane类型被定义为二进制变量, 利用了位掩码的特性, 在频繁运算的时候占用内存少, 计算速度快.
- Lane和Lanes就是单数和复数的关系, 代表单个任务的定义为Lane, 代表多个任务的定义为Lanes

Lane是对于expirationTime的重构, 以前使用expirationTime表示的字段, 都改为了lane

renderExpirationtime -> renderLanes
  update.expirationTime -> update.lane
  fiber.expirationTime -> fiber.lanes
  fiber.childExpirationTime -> fiber.childLanes
  root.firstPendingTime and root.lastPendingTime -> fiber.pendingLanes

使用Lanes模型相比expirationTime模型的优势:

Lanes把任务优先级从批量任务中分离出来, 可以更方便的判断单个任务与批量任务的优先级是否重叠.

// 判断: 单task与batchTask的优先级是否重叠
//1. 通过expirationTime判断
const isTaskIncludedInBatch = priorityOfTask >= priorityOfBatch;
//2. 通过Lanes判断
const isTaskIncludedInBatch = (task & batchOfTasks) !== 0;

// 当同时处理一组任务, 该组内有多个任务, 且每个任务的优先级不一致
// 1. 如果通过expirationTime判断. 需要维护一个范围(在Lane重构之前, 源码中就是这样比较的)
const isTaskIncludedInBatch =
  taskPriority <= highestPriorityInRange &&
  taskPriority >= lowestPriorityInRange;
//2. 通过Lanes判断
const isTaskIncludedInBatch = (task & batchOfTasks) !== 0;

Lanes使用单个 32 位二进制变量即可代表多个不同的任务, 也就是说一个变量即可代表一个组(group), 如果要在一个 group 中分离出单个 task, 非常容易.

在expirationTime模型设计之初, react 体系中还没有Suspense 异步渲染的概念.
现在有如下场景: 有 3 个任务, 其优先级 A > B > C, 正常来讲只需要按照优先级顺序执行就可以了.
但是现在情况变了: A 和 C 任务是CPU密集型, 而 B 是IO密集型(Suspense 会调用远程 api, 算是 IO 任务), 即 A(cpu) > B(IO) > C(cpu). 此时的需求需要将任务B从 group 中分离出来, 先处理 cpu 任务A和C.

// 从group中删除或增加task

//1. 通过expirationTime实现
// 0) 维护一个链表, 按照单个task的优先级顺序进行插入
// 1) 删除单个task(从链表中删除一个元素)
task.prev.next = task.next;
// 2) 增加单个task(需要对比当前task的优先级, 插入到链表正确的位置上)
let current = queue;
while (task.expirationTime >= current.expirationTime) {
  current = current.next;
}
task.next = current.next;
current.next = task;
// 3) 比较task是否在group中
const isTaskIncludedInBatch =
  taskPriority <= highestPriorityInRange &&
  taskPriority >= lowestPriorityInRange;

// 2. 通过Lanes实现
// 1) 删除单个task
batchOfTasks &= ~task;
// 2) 增加单个task
batchOfTasks |= task;
// 3) 比较task是否在group中
const isTaskIncludedInBatch = (task & batchOfTasks) !== 0;

通过上述伪代码, 可以看到Lanes的优越性, 运用起来代码量少, 简洁高效.

Lanes是一个不透明的类型, 只能在ReactFiberLane.js这个模块中维护. 如果要在其他文件中使用, 只能通过ReactFiberLane.js中提供的工具函数来使用.

分析车道模型的源码(ReactFiberLane.js中), 可以得到如下结论:

可以使用的比特位一共有 31 位(为什么? 可以参考React 算法之位运算中的说明).
共定义了18 种车道(Lane/Lanes)变量, 每一个变量占有 1 个或多个比特位, 分别定义为Lane和Lanes类型.
每一种车道(Lane/Lanes)都有对应的优先级, 所以源码中定义了 18 种优先级(LanePriority).
占有低位比特位的Lane变量对应的优先级越高
- 最高优先级为SyncLanePriority对应的车道为SyncLane = 0b0000000000000000000000000000001.
- 最低优先级为OffscreenLanePriority对应的车道为OffscreenLane = 0b1000000000000000000000000000000.

优先级区别和联系

在源码中, 3 种优先级位于不同的 js 文件, 是相互独立的.

注意:

LanePriority和SchedulerPriority从命名上看, 它们代表的是优先级
ReactPriorityLevel从命名上看, 它代表的是等级而不是优先级, 它用于衡量LanePriority和SchedulerPriority的等级.

LanePriority

LanePriority: 属于react-reconciler包, 定义于ReactFiberLane.js(见源码).

export const SyncLanePriority: LanePriority = 15;
export const SyncBatchedLanePriority: LanePriority = 14;

const InputDiscreteHydrationLanePriority: LanePriority = 13;
export const InputDiscreteLanePriority: LanePriority = 12;

// .....

const OffscreenLanePriority: LanePriority = 1;
export const NoLanePriority: LanePriority = 0;

与fiber构造过程相关的优先级(如fiber.updateQueue,fiber.lanes)都使用LanePriority.

由于本节重点介绍优先级体系以及它们的转换关系, 关于Lane(车道模型)在fiber树构造时的具体使用, 在fiber 树构造章节详细解读.

SchedulerPriority

SchedulerPriority, 属于scheduler包, 定义于SchedulerPriorities.js中(见源码).

export const NoPriority = 0;
export const ImmediatePriority = 1;
export const UserBlockingPriority = 2;
export const NormalPriority = 3;
export const LowPriority = 4;
export const IdlePriority = 5;

与scheduler调度中心相关的优先级使用SchedulerPriority.

ReactPriorityLevel

reactPriorityLevel, 属于react-reconciler包, 定义于SchedulerWithReactIntegration.js中(见源码).

export const ImmediatePriority: ReactPriorityLevel = 99;
export const UserBlockingPriority: ReactPriorityLevel = 98;
export const NormalPriority: ReactPriorityLevel = 97;
export const LowPriority: ReactPriorityLevel = 96;
export const IdlePriority: ReactPriorityLevel = 95;
// NoPriority is the absence of priority. Also React-only.
export const NoPriority: ReactPriorityLevel = 90;

LanePriority与SchedulerPriority通过ReactPriorityLevel进行转换

转换关系

为了能协同调度中心(scheduler包)和 fiber 树构造(react-reconciler包)中对优先级的使用, 则需要转换SchedulerPriority和LanePriority, 转换的桥梁正是ReactPriorityLevel.

在SchedulerWithReactIntegration.js中, 可以互转SchedulerPriority 和 ReactPriorityLevel:

// 把 SchedulerPriority 转换成 ReactPriorityLevel
export function getCurrentPriorityLevel(): ReactPriorityLevel {
  switch (Scheduler_getCurrentPriorityLevel()) {
    case Scheduler_ImmediatePriority:
      return ImmediatePriority;
    case Scheduler_UserBlockingPriority:
      return UserBlockingPriority;
    case Scheduler_NormalPriority:
      return NormalPriority;
    case Scheduler_LowPriority:
      return LowPriority;
    case Scheduler_IdlePriority:
      return IdlePriority;
    default:
      invariant(false, 'Unknown priority level.');
  }
}

// 把 ReactPriorityLevel 转换成 SchedulerPriority
function reactPriorityToSchedulerPriority(reactPriorityLevel) {
  switch (reactPriorityLevel) {
    case ImmediatePriority:
      return Scheduler_ImmediatePriority;
    case UserBlockingPriority:
      return Scheduler_UserBlockingPriority;
    case NormalPriority:
      return Scheduler_NormalPriority;
    case LowPriority:
      return Scheduler_LowPriority;
    case IdlePriority:
      return Scheduler_IdlePriority;
    default:
      invariant(false, 'Unknown priority level.');
  }
}

在ReactFiberLane.js中, 可以互转LanePriority 和 ReactPriorityLevel:

export function schedulerPriorityToLanePriority(
  schedulerPriorityLevel: ReactPriorityLevel,
): LanePriority {
  switch (schedulerPriorityLevel) {
    case ImmediateSchedulerPriority:
      return SyncLanePriority;
    // ... 省略部分代码
    default:
      return NoLanePriority;
  }
}

export function lanePriorityToSchedulerPriority(
  lanePriority: LanePriority,
): ReactPriorityLevel {
  switch (lanePriority) {
    case SyncLanePriority:
    case SyncBatchedLanePriority:
      return ImmediateSchedulerPriority;
    // ... 省略部分代码
    default:
      invariant(
        false,
        'Invalid update priority: %s. This is a bug in React.',
        lanePriority,
      );
  }
}

优先级使用

通过reconciler 运作流程中的归纳, reconciler从输入到输出一共经历了 4 个阶段, 在每个阶段中都会涉及到与优先级相关的处理. 正是通过优先级的灵活运用, React实现了可中断渲染,时间切片(time slicing),异步渲染(suspense)等特性.

在理解了优先级的基本思路之后, 接下来就正式进入 react 源码分析中的硬核部分(scheduler 调度原理和fiber树构造)

总结

本文介绍了 react 源码中有关优先级的部分, 并梳理了 3 种优先级之间的区别和联系. 它们贯穿了reconciler 运作流程中的 4 个阶段, 在 react 源码中所占用的代码量比较高, 理解它们的设计思路, 为接下来分析调度原理和fiber构造打下基础.