实现 React requestIdleCallback 调度能力

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本文转载自微信公众号「ELab团队」，作者ELab.lijiayu 。转载本文请联系ELab团队公众号。

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。

// 回调函数 接收 deadline 
 
type Deadline = { 
 
  timeRemaining: () => number // 当前剩余的可用时间。即该帧剩余时间。 
 
  didTimeout: boolean // 是否超时。 
 
} 
 
 
 
// 接收回调任务 
 
type RequestIdleCallback = (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]

const bindClick = id =>  
 
  element(id).addEventListener('click', Work.onAsyncUnit) 
 
// 绑定click事件 
 
bindClick('btnA') 
 
bindClick('btnB') 
 
bindClick('btnC') 
 
 
 
var Work = { 
 
    // 有1万个任务 
 
    unit: 10000, 
 
    // 处理单个任务需要处理如下 
 
    onOneUnit: function () {  for (var i = 0; i <= 500000; i++) {} }, 
 
     
 
    // 处理任务 
 
    onAsyncUnit: function () { 
 
        // 空闲时间基准为 1ms 
 
        const FREE_TIME = 1 
 
        // 执行到第几个任务 
 
        let _u = 0 
 
 
 
        function cb(deadline) { 
 
            // 当任务还没有被处理完 & 一帧还有的空闲时间 > 1ms 
 
            while (_u < Work.unit && deadline.timeRemaining() > FREE_TIME) { 
 
                Work.onOneUnit() 
 
                _u ++ 
 
            } 
 
            // 任务干完, 执行回调 
 
            if (_u >= Work.unit) { 
 
                // 执行回调 
 
                return 
 
            } 
 
            // 任务没完成, 继续等空闲执行 
 
            window.requestIdleCallback(cb) 
 
        } 
 
        window.requestIdleCallback(cb) 
 
    } 
 
} 

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:

// 回调函数 接收 rafTime 即 开始执行一帧的开始时间 
 
// 接收回调任务 
 
type RequestAnimationFrame = (cb: (rafTime: number) => void) 

计算一帧用到期的时间点。

// 计算出当前帧 结束时间 
 
var deadlineTime; 
 
window.selfRequestIdleCallback = function (cb) { 
 
    requestAnimationFrame(rafTime => { 
 
        // 结束时间 = 开始时间 + 一帧用时16.667ms 
 
        deadlineTime = rafTime + 16.667 
 
        // ......  
 
    }) 
 
} 

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。

var i = 0 
 
var _start = +new Date() 
 
function fn() { 
 
  setTimeout(() => { 
 
    console.log("执行次数, 时间", ++i, +new Date() - _start) 
 
    if (i === 10) { 
 
      return 
 
    } 
 
    fn() 
 
  }, 0) 
 
} 
 
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:

// 计算出当前帧 结束时间点 
 
var deadlineTime 
 
// 保存任务 
 
var callback 
 
// 建立通信 
 
var channel = new MessageChannel() 
 
var port1 = channel.port1; 
 
var port2 = channel.port2; 
 
 
 
// 接收并执行宏任务 
 
port2.onmessage = () => { 
 
    // 判断当前帧是否还有空闲，即返回的是剩下的时间 
 
    const timeRemaining = () => deadlineTime - performance.now(); 
 
    const _timeRemain = timeRemaining(); 
 
    // 有空闲时间 且 有回调任务 
 
    if (_timeRemain > 0 && callback) { 
 
        const deadline = { 
 
            timeRemaining, // 计算剩余时间 
 
            didTimeout: _timeRemain < 0 // 当前帧是否完成 
 
        } 
 
        // 执行回调 
 
        callback(deadline) 
 
    } 
 
} 
 
window.requestIdleCallback = function (cb) { 
 
    requestAnimationFrame(rafTime => { 
 
        // 结束时间点 = 开始时间点 + 一帧用时16.667ms 
 
        deadlineTime = rafTime + 16.667 
 
        // 保存任务 
 
        callback = cb 
 
        // 发送个宏任务 
 
        port1.postMessage(null); 
 
    }) 
 
} 

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);

let scheduledHostCallback = null; 
 
let isMessageLoopRunning = false; 
 
 
const channel = new MessageChannel(); 
 
// port2 发送 
 
const port = channel.port2; 
 
// port1 接收 
 
channel.port1.onmessage = performWorkUntilDeadline; 
 
const performWorkUntilDeadline = () => { 
 
  // 有执行任务 
 
  if (scheduledHostCallback !== null) { 
 
    const currentTime = getCurrentTime(); 
 
    // Yield after `yieldInterval` ms, regardless of where we are in the vsync 
 
    // cycle. This means there's always time remaining at the beginning of 
 
    // the message event. 
 
    // 计算一帧的过期时间点 
 
    deadline = currentTime + yieldInterval; 
 
    const hasTimeRemaining = true; 
 
    try { 
 
      // 执行完该回调后, 判断后续是否还有其他任务 
 
      const hasMoreWork = scheduledHostCallback( 
 
        hasTimeRemaining, 
 
        currentTime, 
 
      ); 
 
      if (!hasMoreWork) { 
 
        isMessageLoopRunning = false; 
 
        scheduledHostCallback = null; 
 
      } else { 
 
        // If there's more work, schedule the next message event at the end 
 
        // of the preceding one. 
 
        // 还有其他任务, 推进进入下一个宏任务队列中 
 
        port.postMessage(null); 
 
      } 
 
    } catch (error) { 
 
      // If a scheduler task throws, exit the current browser task so the 
 
      // error can be observed. 
 
      port.postMessage(null); 
 
      throw error; 
 
    } 
 
  } else { 
 
    isMessageLoopRunning = false; 
 
  } 
 
  // Yielding to the browser will give it a chance to paint, so we can 
 
  // reset this. 
 
  needsPaint = false; 
 
}; 
 
// requestHostCallback 一帧中执行任务 
 
requestHostCallback = function(callback) { 
 
  // 回调注册 
 
  scheduledHostCallback = callback; 
 
  if (!isMessageLoopRunning) { 
 
    isMessageLoopRunning = true; 
 
    // 进入宏任务队列 
 
    port.postMessage(null); 
 
  } 
 
}; 
 
cancelHostCallback = function() { 
 
  scheduledHostCallback = null; 
 
}; 

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