实现 React requestIdleCallback 调度能力

1.前言

Elab掘金: React Fiber架构浅析[1] 已对 React Fiber架构 实现进行了浅析。React内部实现了该方法 requestIdleCallback，即一帧空闲执行任务，但Schedular + Lane 模式远比 requestIdleCallback 复杂的多。这里我们先通过了解 requestIdleCallback都做了些什么，再尝试通过 requestAnimationFrame + MessageChannel 来模拟 React 对一帧空闲判断的实现。

2.requestIdleCallback

window.requestIdleCallback()[2]

2.1 概念理解

图: 简单描述帧生命周期

RequestIdleCallback 简单的说，判断一帧有空闲时间，则去执行某个任务。

目的是为了解决当任务需要长时间占用主进程，导致更高优先级任务(如动画或事件任务)，无法及时响应，而带来的页面丢帧(卡死)情况。

故RequestIdleCallback 定位处理的是: 不重要且不紧急的任务。

RequestIdleCallback 参数说明:

• window.requestIdleCallback(callback[, options]); callback为要执行的回调函数，该函数会接收deadline作为对象。

1. //回调函数接收deadline
2.  
3. typeDeadline={
4.  
5. timeRemaining:()=>number//当前剩余的可用时间。即该帧剩余时间。
6.  
7. didTimeout:boolean//是否超时。
8.  
9. }
10.  
11.  
12.  
13. //接收回调任务
14.  
15. typeRequestIdleCallback=(cb:(deadline:Deadline)=>void,options?:Options)=>number

2.2 实现demo

requestIdleCallback 处理任务说明:

Demo: https://linjiayu6.github.io/FE-RequestIdleCallback-demo/

Github: RequestIdleCallback 实验[3]

1. constbindClick=id=>
2.  
3. element(id).addEventListener('click',Work.onAsyncUnit)
4.  
5. //绑定click事件
6.  
7. bindClick('btnA')
8.  
9. bindClick('btnB')
10.  
11. bindClick('btnC')
12.  
13.  
14.  
15. varWork={
16.  
17. //有1万个任务
18.  
19. unit:10000,
20.  
21. //处理单个任务需要处理如下
22.  
23. onOneUnit:function(){for(vari=0;i<=500000;i++){}},
24.  
25.  
26.  
27. //处理任务
28.  
29. onAsyncUnit:function(){
30.  
31. //空闲时间基准为1ms
32.  
33. constFREE_TIME=1
34.  
35. //执行到第几个任务
36.  
37. let_u=0
38.  
39.  
40.  
41. functioncb(deadline){
42.  
43. //当任务还没有被处理完&一帧还有的空闲时间>1ms
44.  
45. while(_u<Work.unit&&deadline.timeRemaining()>FREE_TIME){
46.  
47. Work.onOneUnit()
48.  
49. _u++
50.  
51. }
52.  
53. //任务干完,执行回调
54.  
55. if(_u>=Work.unit){
56.  
57. //执行回调
58.  
59. return
60.  
61. }
62.  
63. //任务没完成,继续等空闲执行
64.  
65. window.requestIdleCallback(cb)
66.  
67. }
68.  
69. window.requestIdleCallback(cb)
70.  
71. }
72.  
73. }

以上是 window.requestIdleCallback 的实现流程。

核心: 即浏览器去在一帧有空闲的情况下，去执行某个低优先级的任务。

2.3 缺陷

MAY BE OFFTOPIC: requestIdleCallback is called only 20 times per second - Chrome on my 6x2 core Linux machine, it's not really useful for UI work. requestAnimationFrame is called more often, but specific for the task which name suggests.[4]

• 实验 api，兼容情况一般。
• 实验结论: requestIdleCallback FPS只有20ms，正常情况下渲染一帧时长控制在16.67ms (1s / 60 = 16.67ms)。该时间是高于页面流畅的诉求。
• 个人认为: RequestIdleCallback 不重要且不紧急的定位。因为React渲染内容，并非是不重要且不紧急。不仅该api兼容一般，帧渲染能力一般，也不太符合渲染诉求，故React 团队自行实现。

3.React requestIdleCallback 实现实验

想要实现requestIdleCallback的处理，有2个点需要解决:

• When: 如何判断一帧是否有空闲?
• Where: 如果有了空闲，在一帧中哪里去执行任务?

3.1 requestAnimationFrame 计算一帧到期时间点

requestAnimationFrame[5]

是由系统来决定回调函数的执行时机。 它会把每一帧中的所有DOM操作集中起来，在一次重绘或回流中就完成，并且重绘或回流的时间间隔紧紧跟随屏幕的刷新频率，不会引起丢帧和卡顿。

浏览器刷新率在60Hz, 渲染一帧时长控制在16.67ms (1s / 60 = 16.67ms)。

DOMHighResTimeStamp[6]

requestAnimationFrame 参数如下:

1. //回调函数接收rafTime即开始执行一帧的开始时间
2.  
3. //接收回调任务
4.  
5. typeRequestAnimationFrame=(cb:(rafTime:number)=>void)

计算一帧用到期的时间点。

1. //计算出当前帧结束时间
2.  
3. vardeadlineTime;
4.  
5. window.selfRequestIdleCallback=function(cb){
6.  
7. requestAnimationFrame(rafTime=>{
8.  
9. //结束时间=开始时间+一帧用时16.667ms
10.  
11. deadlineTime=rafTime+16.667
12.  
13. //......
14.  
15. })
16.  
17. }

以上使用 requestAnimationFrame 来计算结束的时间点。

我们暂且将空闲时间的判断放到后面去解决，先来看在时间充裕情况下，在什么时机去执行某任务。

3.2 MessageChannel 宏任务 执行任务

MessageChannel()[7]

MessageChannel创建了一个通信的管道，这个管道有两个端口，每个端口都可以通过postMessage发送数据，而一个端口只要绑定了onmessage回调方法，就可以接收从另一个端口传过来的数据。

在看着方法实现之前，你可能有疑问:

为什么使用宏任务处理呢?

核心是将主进程让出，将浏览器去更新页面。

利用事件循环机制，在下一帧宏任务的时候，执行未完成的任务。

为什么不是微任务?

走远了。对一个事件循环机制来说，在页面更新前，会将所有的微任务全部执行完，故无法达成将主线程让出给浏览器的目的。

既然用了宏任务，那为什么不使用 setTimeout 宏任务执行呢?

如果不支持MessageChannel的话，就会去用 setTimeout 来执行，只是退而求其次的办法。

现实情况是: 浏览器在执行 setTimeout() 和 setInterval() 时，会设定一个最小的时间阈值，一般是 4ms。

1. vari=0
2.  
3. var_start=+newDate()
4.  
5. functionfn(){
6.  
7. setTimeout(()=>{
8.  
9. console.log("执行次数,时间",++i,+newDate()-_start)
10.  
11. if(i===10){
12.  
13. return
14.  
15. }
16.  
17. fn()
18.  
19. },0)
20.  
21. }
22.  
23. fn()

故，利用MessageChannel来执行宏任务，且模拟setTimeout(fn, 0)，还没有时延哦。

实现如下:

1. //计算出当前帧结束时间点
2.  
3. vardeadlineTime
4.  
5. //保存任务
6.  
7. varcallback
8.  
9. //建立通信
10.  
11. varchannel=newMessageChannel()
12.  
13. varport1=channel.port1;
14.  
15. varport2=channel.port2;
16.  
17.  
18.  
19. //接收并执行宏任务
20.  
21. port2.onmessage=()=>{
22.  
23. //判断当前帧是否还有空闲，即返回的是剩下的时间
24.  
25. consttimeRemaining=()=>deadlineTime-performance.now();
26.  
27. const_timeRemain=timeRemaining();
28.  
29. //有空闲时间且有回调任务
30.  
31. if(_timeRemain>0&&callback){
32.  
33. constdeadline={
34.  
35. timeRemaining,//计算剩余时间
36.  
37. didTimeout:_timeRemain<0//当前帧是否完成
38.  
39. }
40.  
41. //执行回调
42.  
43. callback(deadline)
44.  
45. }
46.  
47. }
48.  
49. window.requestIdleCallback=function(cb){
50.  
51. requestAnimationFrame(rafTime=>{
52.  
53. //结束时间点=开始时间点+一帧用时16.667ms
54.  
55. deadlineTime=rafTime+16.667
56.  
57. //保存任务
58.  
59. callback=cb
60.  
61. //发送个宏任务
62.  
63. port1.postMessage(null);
64.  
65. })
66.  
67. }

4.React 源码 requestHostCallback

SchedulerHostConfig.js[8]

执行宏任务(回调任务)

• requestHostCallback: 触发一个宏任务 performWorkUntilDeadline。
• performWorkUntilDeadline: 宏任务处理。
  • 是否有富裕时间, 有则执行。
  • 执行该回调任务后，是否还有下一个回调任务, 即判断 hasMoreWork。
  • 有则继续执行 port.postMessage(null);

1. letscheduledHostCallback=null;
2.  
3. letisMessageLoopRunning=false;
4.  
5.  
6. constchannel=newMessageChannel();
7.  
8. //port2发送
9.  
10. constport=channel.port2;
11.  
12. //port1接收
13.  
14. channel.port1.onmessage=performWorkUntilDeadline;
15.  
16. constperformWorkUntilDeadline=()=>{
17.  
18. //有执行任务
19.  
20. if(scheduledHostCallback!==null){
21.  
22. constcurrentTime=getCurrentTime();
23.  
24. //Yieldafter`yieldInterval`ms,regardlessofwhereweareinthevsync
25.  
26. //cycle.Thismeansthere'salwaystimeremainingatthebeginningof
27.  
28. //themessageevent.
29.  
30. //计算一帧的过期时间点
31.  
32. deadline=currentTime+yieldInterval;
33.  
34. consthasTimeRemaining=true;
35.  
36. try{
37.  
38. //执行完该回调后,判断后续是否还有其他任务
39.  
40. consthasMoreWork=scheduledHostCallback(
41.  
42. hasTimeRemaining,
43.  
44. currentTime,
45.  
46. );
47.  
48. if(!hasMoreWork){
49.  
50. isMessageLoopRunning=false;
51.  
52. scheduledHostCallback=null;
53.  
54. }else{
55.  
56. //Ifthere'smorework,schedulethenextmessageeventattheend
57.  
58. //oftheprecedingone.
59.  
60. //还有其他任务,推进进入下一个宏任务队列中
61.  
62. port.postMessage(null);
63.  
64. }
65.  
66. }catch(error){
67.  
68. //Ifaschedulertaskthrows,exitthecurrentbrowsertasksothe
69.  
70. //errorcanbeobserved.
71.  
72. port.postMessage(null);
73.  
74. throwerror;
75.  
76. }
77.  
78. }else{
79.  
80. isMessageLoopRunning=false;
81.  
82. }
83.  
84. //Yieldingtothebrowserwillgiveitachancetopaint,sowecan
85.  
86. //resetthis.
87.  
88. needsPaint=false;
89.  
90. };
91.  
92. //requestHostCallback一帧中执行任务
93.  
94. requestHostCallback=function(callback){
95.  
96. //回调注册
97.  
98. scheduledHostCallback=callback;
99.  
100. if(!isMessageLoopRunning){
101.  
102. isMessageLoopRunning=true;
103.  
104. //进入宏任务队列
105.  
106. port.postMessage(null);
107.  
108. }
109.  
110. };
111.  
112. cancelHostCallback=function(){
113.  
114. scheduledHostCallback=null;
115.  
116. };

参考资料

[1]Elab掘金: React Fiber架构浅析: https://juejin.cn/post/7005880269827735566

[2]window.requestIdleCallback(): https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Web/API/Window/requestIdleCallback

[3]RequestIdleCallback 实验: https://github.com/Linjiayu6/FE-RequestIdleCallback-demo

[4]MAY BE OFFTOPIC: requestIdleCallback is called only 20 times per second - Chrome on my 6x2 core Linux machine, it's not really useful for UI work. requestAnimationFrame is called more often, but specific for the task which name suggests.: https://github.com/facebook/react/issues/13206#issuecomment-418923831

[5]requestAnimationFrame: https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Web/API/Window/requestAnimationFrame

[6]DOMHighResTimeStamp: https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Web/API/DOMHighResTimeStamp

[7]MessageChannel(): https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Web/API/MessageChannel/MessageChannel

[8]SchedulerHostConfig.js: https://github.com/facebook/react/blob/v17.0.1/packages/scheduler/src/forks/SchedulerHostConfig.default.js

原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/OK0TBW1obk4Y7lJWMkwgNQ