React | 2020-06-01 23:50:48 969次 11次
模拟实现 react16 的 fiber 和 hooks 架构，分析简要其设计原理，方便后续阅读 react 源码。react16 中采用了全新的 fiber 架构模式，即所有任务进行分片渲染，采用链表结构，划分任务优先级。在之前的架构模式中如果这是一个很大并且层级很深的组件，react 渲染它需要几十甚至几百毫秒，期间它会一直占用浏览器主线程，任何其他的操作（包括用户的点击，鼠标移动等操作）都无法执行。fiber 的出现，其实并不是为了减少组件的渲染时间，事实上也并不会减少，最重要的是现在可以使得一些更高优先级的任务，如用户的操作能够优先执行，提高用户的体验，因为 react 本身就是一个纯粹的渲染框架。
一、概念介绍
屏幕刷新频率：屏幕每秒出现图像的次数。普通笔记本为60Hz。1000 / 60 ≈16.67 ，所以计算机每16.7ms刷新一次，由于人眼的视觉停留，所以看起来是流畅的移动。即每一帧的时间为 16.7ms，那么意味着如果我们的代码运行时间超过了这个时间，就会产生视觉卡顿。
渲染帧：指浏览器一次完整绘制过程，帧之间的时间间隔是 DOM 视图更新的最小间隔。 每一次渲染都要在 16ms 内页面才够流畅不会有卡顿感。 这段时间内浏览器需要完成事件如下图所示：
Composite 负责计算旋转、缩放等，并没有真正合成，同时使用 css3D 会变成合成层元素，进入GPU进程渲染，提升效率。
栅格化是指将图转化为位图。绘制列表只是用来记录绘制顺序和绘制指令的列表，而实际绘制操作是由渲染引擎中的合成线程来完成的。当图层对应的绘制列表准备好之后，主线程会将绘制列表提交给合成线程。 合成线程会根据用户所能见的窗口范围划分，将一些大的图层化分为图块，根据图块来优先生成位图，生成位图的操作是由栅格化来执行。渲染进程维护栅格化的线程池，所有的图块栅格化操作都会在此执行。最终将位图和参数composite合并渲染到屏幕。
栅格化会使用GPU进程中的GPU来进行加速，使用GPU进程生成位图的过程叫快速栅格化，通过这个方式生成的位图会被保存在GPU内存中，这样当渲染进程的主线程发生阻塞的时候，合成线程以及GPU进程不会受其影响，可正常运行。
二、requestAnimationFrame
requestAnimationFrame 会在每一帧开始时候被执行，可用来实现一些动画效果，和 setTimeout 定时器相比，它的性能会更好，不会丢帧，并且它会与屏幕刷新同步执行，即屏幕页面处于未激活的状态下，该页面的屏幕刷新任务会被系统暂停，被激活时动画从上次停留的地方继续执行，节约 CPU 开销。
定时器的缺点就很明显了，第一它的时间无法确保，要等到当前脚本的所有同步任务（无法确保运行时间）执行完才会被执行回调。第二是刷新频率受屏幕分辨率和屏幕尺寸影响，不同设备的屏幕刷新率可能不同，setTimeout 只能设置固定的时间间隔，这个时间和屏幕刷新间隔可能不同。
通过如下函数证明 requestAnimationFrame 的优势在于渲染时能事先通知正确的渲染时机：
let startTime = Date.now();
function test(){
let current = Date.now();
//打印的是开始准备执行的时候到真正执行的时间的时间差
console.log(current - startTime);
startTime = current;
requestAnimationFrame(test);
}
test()三、requestIdleCallback
requestIdleCallback 的作用是是在浏览器一帧的剩余空闲时间内执行调用函数队列，如果浏览器当前帧没有空闲时间则下一帧渲染时候再调用（可通过 timeRemaining() 判断当前帧剩余时间）,如果指定了 timeout 超时时间，就算当前帧没有空闲时间也必须调用传入的函数队列。下面创建一些耗时任务队列来看下这个 api 的使用：
//睡眠
function sleep(delay) {
for (var start = Date.now(); Date.now() - start <= delay;) { }
}const works = [
() => {
console.log('第1个任务开始');
// 如果本帧中此函数没有渲染完 则会阻塞渲染 必须执行完此函数才会进入下一帧
//一帧16.6 此任务中严重超时，下面两个任务肯定会在下一帧去执行了
sleep(2000);
console.log('第1个任务结束 ');
},
() => {
console.log('第2个任务开始');
sleep(21);
console.log('第2个任务结束 ');
},
() => {
console.log('第3个任务开始');
sleep(20);
console.log('第3个任务结束 ');
}
]
//指定timeout超时时间，告诉 浏览器在1000毫秒后，即使没有空闲时间也必须执行
requestIdleCallback(workLoop, { timeout: 1000 });
function workLoop(deadline) {
console.log(`本帧的剩余时间为${parseInt(deadline.timeRemaining())}`);
//如果此帧的剩余时间超过0,或者此已经超时了 并且当前任务队列中还有待执行任务
/
while ((deadline.timeRemaining() > 1 || deadline.didTimeout) && works.length > 0) {
performUnitOfWork();
}
/如果没有剩余时间了，就需要放弃执行任务控制权，执行权交还给浏览器
//还有未完成的任务则继续执行此方法
if (works.length > 0) {
window.requestIdleCallback(workLoop, { timeout: 1000 });
}
}
//执行单个任务 切分为一个单元
function performUnitOfWork() {
//shift取出数组中的第1个元素
works.shift()();
}到这里，react的最基本的思想已经形成了，就是任务分片，然后根据浏览器当前帧是否有空闲时间来执行我们的任务，保证如动画或输入响应等优先级高的任务先执行，尽可能使界面不发生卡顿。
但 requestIdleCallback 的支持性仅仅谷歌浏览器支持，另外它的 FPS 只有 20, 这远远低于页面流畅度的要求！(一般 FPS 为 60 时对用户来说是感觉流程的, 即一帧时间为 16.7 ms), 所以这个需要对这个方法兼容处理。
四、requestIdleCallback模拟实现
① 如果有优先级更高的任务, 则通过 postMessage 触发步骤四, 否则如果 requestAnimationFrame 在当前帧没有安排任务, 则开始一个帧的流程;
② 在一个帧的流程中调用 requestAnimationFrameWithTimeout 函数, 该函数调用了 requestAnimationFrame, 并对执行时间超过 100ms 的任务用 setTimeout 放到下一个事件队列中处理;
③ 执行 requestAnimationFrame 中的回调函数 animationTick, 在该回调函数中得到当前帧的截止时间 frameDeadline, 并通过 postMessage 触发步骤四;
④ 通过 onmessage 接受 postMessage 指令, 触发消息事件的执行。在 onmessage 函数中根据 frameDeadline - currentTime <= 0 判断任务是否可以在当前帧执行，如果可以的话执行该任务, 否则进入下一帧的调用。
let requestHostCallback;
let cancelHostCallback;
let shouldYieldToHost; //代表当前帧过期了
let getCurrentTime;
const ANIMATION_FRAME_TIMEOUT = 100;
let rAFID;
let rAFTimeoutID;
// ② 调用 requestAnimationFrame, 并对执行时间超过 100 ms 的任务用 setTimeout 进行处理
const requestAnimationFrameWithTimeout = function (callback) {
rAFID = requestAnimationFrame(function (timestamp) {
clearTimeout(rAFTimeoutID);
// animationTick 并传入当前开始执行时间（系统默认给出）
callback(timestamp);
});
// 这是一个兜底处理，和上面的方法相互竞争(谁先执行则就取消对方的话语权)
//如果在一帧中某个任务执行时间超过 100 ms 则终止该帧的执行并将该任务放入下一个事件队列中
rAFTimeoutID = setTimeout(function () {
//取消动画执行帧
cancelAnimationFrame(rAFID);
callback(getCurrentTime());
}, ANIMATION_FRAME_TIMEOUT);
};
getCurrentTime = function () {
//返回值表示为从time origin(当前文档生命周期的开始)之后到当前调用时经过的时间
return performance.now();
};
let scheduledHostCallback = null; // 每一个任务
let isMessageEventScheduled = false; // 消息事件是否执行
let timeoutTime = -1; //超时时间
let isAnimationFrameScheduled = false;
let isFlushingHostCallback = false;
let frameDeadline = 0; // 当前帧的截止时间
// 假设最开始的 FPS(feet per seconds) 为 30, 但这个值会随着动画帧调用的频率而动态变化
let previousFrameTime = 33; // 一帧的时间: 1000 / 30 ≈ 33
//会被动态计算
let activeFrameTime = 33;
shouldYieldToHost = function () {
// 当前帧的截止时间比当前时间小则为true，代表当前帧过期了
return frameDeadline <= getCurrentTime();
};
const channel = new MessageChannel();
const port = channel.port2;
// ④ 接受 `postMessage` 指令, 触发消息事件的执行。在其中判断任务是否在当前帧执行，如果在的话执行该任务
//onmessage的回调函数的调用时机是在一帧的paint完成之后,所以适合做一些重型任务，也能保证页面流畅不卡顿
// 1、如果当前帧没过期，说明当前帧有富余时间，可以执行任务
// 2、如果当前帧过期了，说明当前帧没有时间了，这里再看一下当前任务firstCallbackNode是否过期，如果过期了也要执行任务；如果当前任务没过期，说明不着急，那就先不执行去下一帧再说。
channel.port1.onmessage = function (event) {
isMessageEventScheduled = false;
const prevScheduledCallback = scheduledHostCallback;
const prevTimeoutTime = timeoutTime;
scheduledHostCallback = null;
timeoutTime = -1;
const currentTime = getCurrentTime();
let didTimeout = false; // 是否过期
// 如果当前帧已经没有时间剩余, 检查是否有 timeout 参数，如果有的话是否已经超过这个时间
// 帧start ==================================== frameDeadline帧end
// 帧start ==== currentTime 不能超过 =========== frameDeadline帧end
if (frameDeadline - currentTime <= 0) {
if (prevTimeoutTime !== -1 && prevTimeoutTime <= currentTime) {
// didTimeout 为 true 后, 在当前帧中执行(针对优先级较高的任务)
didTimeout = true;
} else {
// 在下一帧中执行
if (!isAnimationFrameScheduled) {
isAnimationFrameScheduled = true;
requestAnimationFrameWithTimeout(animationTick);
}
scheduledHostCallback = prevScheduledCallback;
timeoutTime = prevTimeoutTime;
return;
}
}
//进行执行任务
if (prevScheduledCallback !== null) {
isFlushingHostCallback = true;
try {
prevScheduledCallback(didTimeout);
} finally {
isFlushingHostCallback = false;
}
}
};
// 计算每一帧的截止时间
const animationTick = function (rafTime) {
// 有任务再进行递归，在每一帧的开头处开始工作，没任务的话不需要工作
if (scheduledHostCallback !== null) {
requestAnimationFrameWithTimeout(animationTick);
} else {
//没有任务了，退出
isAnimationFrameScheduled = false;
return;
}
// 当前帧开始调用动画的时间 - 上一帧调用动画的截止时间 + 当前帧执行的时间，用来计算下一帧有多少时间是留给react 去执行调度的
let nextFrameTime = rafTime - frameDeadline + activeFrameTime;
//如果调度执行时间没有超过一帧时间
if (nextFrameTime < activeFrameTime && previousFrameTime < activeFrameTime) {
if (nextFrameTime < 8) {
//React 不支持每一帧比 8ms 还要短，即 120 帧
nextFrameTime = 8;
}
// 将 activeFrameTime 的值减小相当于调高 FPS
// 如果上个帧里的调度回调结束得早的话，那么就有多的时间给下个帧的调度时间
activeFrameTime =
nextFrameTime < previousFrameTime ? previousFrameTime : nextFrameTime;
} else {
previousFrameTime = nextFrameTime;
}
frameDeadline = rafTime + activeFrameTime; // 当前帧的截止时间
if (!isMessageEventScheduled) {
isMessageEventScheduled = true;
port.postMessage(undefined); // 最后进入第④步, 通过 postMessage 触发消息事件。
}
};
// DOM 环境下 requestIdleCallback 的实现
requestHostCallback = function (callback, absoluteTimeout) {
//当前待执行任务
scheduledHostCallback = callback;
//指定最大等待执行时间，这里接收一个Number 原生api是Object {timeout: 1000}
timeoutTime = absoluteTimeout;
if (isFlushingHostCallback || absoluteTimeout < 0) {
// 针对优先级较高的任务不等下一个帧，在当前帧通过 postMessage 尽快执行
port.postMessage(undefined);
} else if (!isAnimationFrameScheduled) {
// ① 如果 rAF 在当前帧没有安排任务, 则开始一个帧的流程
isAnimationFrameScheduled = true;
requestAnimationFrameWithTimeout(animationTick);
}
};
cancelHostCallback = function () {
scheduledHostCallback = null;
isMessageEventScheduled = false;
timeoutTime = -1;
};使用：
...
requestHostCallback(workLoop);
function workLoop(deadline) {
console.log(deadline)
if(deadline){
//当前帧没有剩余时间了，任务过期，需要立即执行
//react中会 //获取当前时间 //判断如果队首任务时间比当前时间小，说明过期了
//执行队首任务，把队首任务从链表移除，并把第二个任务置为队首任务。
//执行任务可能产生新的任务，再把新任务插入到任务链表
//强制执行过期任务
performUnitOfWork();
}else{
//当前帧还有时间则继续执行
do{
performUnitOfWork();
//这里需要手动判断是否过期
} while (!shouldYieldToHost() && works.length > 0)
}
if (works.length > 0) {//说明还有未完成的任务
requestHostCallback(workLoop);
}
}
...这个模拟是实现的过程中，最最重要和难以理解的点是 animationTick 中关于 frameDeadline 的计算，它是整个算法的核心。
下一篇开始 react 模拟实现第二部分。
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