React 的任务调度原理

引言

React 的核心目标之一是提供高性能、流畅的 UI 体验，而任务调度（Task Scheduling）是其中的关键部分。React 通过协调（Reconciliation）和并发模式（Concurrent Mode），利用时间切片（Time-Slicing）和优先级调度（Priority Scheduling）来高效地更新 UI，避免掉帧（Frame Drop）和卡顿。

React 渲染的基本流程

在 React 中，渲染流程大致分为以下几个阶段：

任务调度的核心概念

React 使用并发模式（Concurrent Mode）来进行任务调度。以下是几个核心概念：

Fiber 架构

React 在 v16 之后引入了 Fiber 架构，使得任务可以被中断、恢复和重新调度。每个 UI 组件都会对应一个 Fiber 节点，用于存储任务状态。

Scheduler（调度器）

React 自带一个调度器（Scheduler），基于 requestIdleCallback（早期版本）和 MessageChannel（更高效）实现任务管理。它会：

• 拆分任务，防止阻塞主线程（避免掉帧）。
• 分配优先级，保证高优任务优先执行（如用户输入）。
• 在浏览器空闲时执行任务，提升流畅度。

Time-Slicing（时间切片）

传统的 JavaScript 执行是同步、阻塞的，而 React 采用时间切片（Time-Slicing）方式执行任务：

• 每帧（Frame）约 16.67ms（60FPS）。
• React 会在任务执行超时或浏览器需要处理更高优先级任务时中断渲染，然后在下一帧继续执行。

React 任务调度的执行流程

任务的优先级

React 将任务分为不同的优先级（位于 Scheduler 内部）：

React 通过 Scheduler（react-reconciler）管理这些任务，并决定何时执行。

任务的执行方式

React 使用 MessageChannel（代替 requestIdleCallback）调度任务：

1. 先执行高优任务（如用户交互）。
2. 如果任务超时，暂停渲染，等待下一帧继续。
3. 任务可中断，确保主线程可以响应事件。

React 并发模式（Concurrent Mode）

并发模式是 React 任务调度的核心，主要特性：

示例：使用 useTransition 进行任务调度

import { useState, useTransition } from "react";

function App() {
  const [text, setText] = useState("");
  const [list, setList] = useState<string[]>([]);
  const [isPending, startTransition] = useTransition();

  const handleChange = (e) => {
    setText(e.target.value);
    startTransition(() => {
      setList(Array(20000).fill(e.target.value)); // 大量更新任务
    });
  };

  return (
    <div>
      <input value={text} onChange={handleChange} />
      {isPending && <p>渲染中...</p>}
      {list.map((item, index) => (
        <p key={index}>{item}</p>
      ))}
    </div>
  );
}

• setText 立即更新（高优先级）。
• setList 通过 useTransition 延迟处理，避免阻塞输入响应。

React 任务调度的优化策略

避免同步阻塞

使用 useTransition 或 useDeferredValue，确保高优任务优先执行。

使用 startTransition 降低 UI 更新压力

startTransition(() => {
  setList(data);
});

• 低优先级任务不会阻塞主线程。

避免重复渲染

• useMemo / useCallback 避免不必要的重新计算。
• React.memo() 避免组件重复渲染。

requestIdleCallback vs. MessageChannel

浏览器任务调度的两个关键 API，各有优缺点，广泛应用于 React、Vue 等前端框架的调度机制中。

什么是 requestIdleCallback？

requestIdleCallback 是浏览器提供的空闲时间回调 API，用于在浏览器有空闲时间时执行低优先级任务，而不会影响关键渲染任务（如用户交互）。

requestIdleCallback((deadline) => {
  while (deadline.timeRemaining() > 0) {
    console.log("执行任务");
  }
});

什么是 MessageChannel？

MessageChannel 是微任务队列（Microtask Queue）的一部分，可以用于在主线程内外传递消息并执行任务。相比 requestIdleCallback，它的执行时机更可控，不受浏览器空闲状态影响。

const channel = new MessageChannel();
const port = channel.port1;

port.onmessage = () => {
  console.log("执行任务");
};

// 发送消息，触发微任务
channel.port2.postMessage(null);

API 对比

React 为什么使用 MessageChannel 而不是 requestIdleCallback？

React 需要高效的任务调度机制，所以采用了 MessageChannel 而不是 requestIdleCallback：

1. requestIdleCallback 执行不稳定，如果浏览器繁忙（动画、滚动），任务可能被延迟，影响 React 更新。
2. MessageChannel 执行时机可控，属于微任务，可以确保高优先级任务得到及时执行。

React 内部实现

const channel = new MessageChannel();
const port = channel.port1;

port.onmessage = () => {
  workLoop(); // 处理 Fiber 任务
};

function scheduleWork() {
  port.postMessage(null); // 触发调度
}

每次有新的 Fiber 任务，React 通过 postMessage(null) 触发 workLoop()，确保任务能在当前事件循环尽快执行。

使用场景选择

结论

React 通过 Fiber 架构和 Scheduler 实现高效的任务调度，核心点：

• 时间切片（Time-Slicing）让渲染任务不会卡顿。
• 任务优先级调度确保用户体验流畅。
• 并发模式让 React 能够更智能地管理任务。