性能优化(一)：时间分片（Time Slicing）：让你的应用在高负载下“永不卡顿”的秘密

性能优化(一)：时间分片（Time Slicing）：让你的应用在高负载下“永不卡顿”的秘密

引子：那张让你浏览器崩溃的“无限列表”

想象一个场景：你需要渲染一个包含一万个项目的列表。在我们的“看不见”的应用中，这可能是一个包含一万个节点的Virtual DOM树。

我们目前在第三章实现的render函数会怎么做？它会陷入一个巨大的、同步的递归调用中：

1. createDom('ul')
2. 循环一万次 createDom('li')
3. 在循环中，再调用 createDom('TEXT_ELEMENT')
4. 将一万个<li>节点逐一appendChild到<ul>上
5. 最后，将这个巨大的<ul> appendChild到容器中。

这个过程可能需要几百毫秒，甚至几秒钟。在这段时间里，你的JavaScript代码将完全霸占浏览器的主线程。

主线程是浏览器中一个极其繁忙的“单身汉”，它不仅要执行JavaScript，还要负责很多其他重要工作：

• UI渲染：解析HTML/CSS，计算布局（重排），绘制像素（重绘）。
• 用户交互：响应用户的点击、滚动、输入等事件。
• 处理网络请求、响应定时器等等。

当你的JS代码长时间霸占主线程时，这位“单身汉”就没空去做其他任何事了。结果就是：

• 页面完全冻结，CSS动画停止。
• 用户点击按钮、滚动页面，毫无反应。
• 浏览器甚至可能会弹出一个“页面未响应”的警告框。

这就是主线程阻塞（Main Thread Blocking），它是导致Web应用性能差、体验卡顿的罪魁祸首。

那么，问题来了：我们能否像一个体贴的同事一样，不一次性把工作全做完，而是把一个大任务，分割成许多微小的小任务？每完成一小部分工作，我们就主动“让出”主线程，给浏览器一个“喘息”的机会去处理UI渲染和用户交互。当浏览器忙完了，再通知我们继续处理下一个小任务。

这种“你好我好大家好”的协作式调度思想，就是时间分片（Time Slicing）。而这，也正是React Fiber架构能够让复杂应用保持流畅的“秘密武器”。

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第一幕：浏览器的“空闲时间” - requestIdleCallback

要实现时间分片，我们需要一个机制来告诉我们：“嘿，浏览器现在有空，你可以来做点不那么紧急的工作了。”

幸运的是，浏览器提供了一个标准API来做这件事：requestIdleCallback。

它的用法很简单：

requestIdleCallback(myWorkFunction);

你传递给它一个回调函数（myWorkFunction），浏览器会在当前帧的渲染工作完成后，如果还有剩余时间，就去执行这个回调。

更强大的是，这个回调函数会接收一个deadline对象作为参数。

function myWorkFunction(deadline) {// 只要还有剩余时间，并且我还有工作要做...while (deadline.timeRemaining() > 0 && tasks.length > 0) {doNextTask();}// 如果时间用完了，但工作还没做完，就再预约下一次空闲时间if (tasks.length > 0) {requestIdleCallback(myWorkFunction);}
}

deadline.timeRemaining()方法返回一个数字，表示当前帧还剩下多少毫秒的空闲时间。这让我们能够精确地控制每个工作片段的执行时长，确保不会超时而再次阻塞主线程。

如果浏览器不支持requestIdleCallback怎么办？
我们可以用setTimeout(callback, 0)来进行优雅降级。setTimeout(..., 0)并不会真的立即执行，而是将回调函数放入宏任务队列的末尾，相当于主动让出一次主线程，等所有微任务和UI渲染结束后再执行。虽然它无法告诉我们“还剩多少时间”，但它依然实现了“让出控制权”的核心目的。

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第二幕：改造渲染引擎 - 从“递归”到“循环”

我们当前的render函数是递归的。递归调用一旦开始，就必须执行到栈空为止，无法中途暂停。要实现可中断的渲染，我们必须将递归算法，改造成一个循环（while loop）算法。

这正是React从旧版的Stack Reconciler到新版的Fiber Reconciler所做的最核心的改变。

我们将引入一个类似Fiber的数据结构。一个Fiber节点，不仅包含了VNode的信息，还通过parent, child, sibling指针，将整棵树变成了一个可以迭代遍历的链表。

fiber.ts

// 文件: /src/v13/types/fiber.ts
import { VNode, Props } from '../v9/types/vdom'; // 假设之前的类型定义在v9export interface Fiber {// VNode的信息type: VNode['type'];props: Props;// 对应的真实DOM节点dom: Node | null;// Fiber间的关系指针parent?: Fiber;child?: Fiber;sibling?: Fiber;// 其他信息，比如用于Diff算法alternate?: Fiber; // 指向旧的Fiber节点effectTag?: 'UPDATE' | 'PLACEMENT' | 'DELETION'; // 标记这个节点需要做什么DOM操作
}

现在，我们的渲染过程将被拆分为两个阶段：

1. 渲染阶段（Render Phase）: 这个阶段是异步的、可中断的。我们在这个阶段构建Fiber树，并找出所有需要进行的DOM更新（通过Diff算法）。这个过程不会有任何实际的DOM操作。
2. 提交阶段（Commit Phase）: 这个阶段是同步的、不可中断的。一旦开始，它会一次性地将所有计算好的更新，应用到真实DOM上，确保UI的一致性。

实现一个“工作循环”调度器

我们将创建一个调度器，它维护一个任务队列，并使用requestIdleCallback来驱动一个workLoop。

scheduler.ts

// 文件: /src/v13/scheduler.ts
import { Fiber } from './types/fiber';
import { VNode } from '../v9/types/vdom';let nextUnitOfWork: Fiber | null = null; // 下一个要处理的工作单元
let workInProgressRoot: Fiber | null = null; // 当前正在构建的Fiber树的根
let commitQueue: Fiber[] = []; // 需要提交的DOM操作队列// 假的DOM操作和reconcile函数，仅为演示
function createDomForFiber(fiber: Fiber): Node {const dom = fiber.type === "TEXT_ELEMENT"? document.createTextNode(""): document.createElement(fiber.type as string);// ... apply propsreturn dom;
}
function reconcileChildren(wipFiber: Fiber, elements: VNode[]) {// 简化逻辑：为每个child创建一个Fiberlet index = 0;let prevSibling: Fiber | null = null;while (index < elements.length) {const element = elements[index];const newFiber: Fiber = {type: element.type,props: element.props,dom: null,parent: wipFiber,effectTag: 'PLACEMENT',};if (index === 0) {wipFiber.child = newFiber;} else if (prevSibling) {prevSibling.sibling = newFiber;}prevSibling = newFiber;index++;}
}// 初始化渲染或更新
export function scheduleUpdate(rootFiber: Fiber) {workInProgressRoot = rootFiber;nextUnitOfWork = rootFiber;requestIdleCallback(workLoop);
}function workLoop(deadline: IdleDeadline) {let shouldYield = false;while (nextUnitOfWork && !shouldYield) {nextUnitOfWork = performUnitOfWork(nextUnitOfWork);shouldYield = deadline.timeRemaining() < 1; // 留一点缓冲时间}// 如果工作全部完成，就进入提交阶段if (!nextUnitOfWork && workInProgressRoot) {commitRoot();}// 如果时间用完了但工作还没完，继续预约if (nextUnitOfWork) {requestIdleCallback(workLoop);}
}function performUnitOfWork(fiber: Fiber): Fiber | null {// 1. "渲染"当前Fiber：//    - 创建DOM节点（但先不挂载）//    - 根据children创建子Fiberif (!fiber.dom) {fiber.dom = createDomForFiber(fiber);}reconcileChildren(fiber, fiber.props.children || []);// 如果有effectTag，加入提交队列if (fiber.effectTag) {commitQueue.push(fiber);}// 2. 返回下一个工作单元：//    - 优先返回子节点if (fiber.child) {return fiber.child;}//    - 如果没有子节点，返回兄弟节点let nextFiber = fiber;while (nextFiber) {if (nextFiber.sibling) {return nextFiber.sibling;}//    - 如果都没有，返回"叔叔"节点（父节点的兄弟节点）nextFiber = nextFiber.parent!;}return null; // 全部完成
}function commitRoot() {// 这是一个同步过程commitQueue.forEach(fiber => {let parentFiber = fiber.parent;while (!parentFiber?.dom) {parentFiber = parentFiber?.parent;}const parentDom = parentFiber.dom;if (fiber.effectTag === 'PLACEMENT' && fiber.dom != null) {parentDom.appendChild(fiber.dom);}// ... handle UPDATE and DELETION});// 清空commitQueue = [];workInProgressRoot = null;
}

整合到主流程

现在，我们有了一个全新的、异步的render函数。

main.ts

// 文件: /src/v13/main.ts
import { createElement } from '../v9/createElement';
import { VNode } from '../v9/types/vdom';
import { scheduleUpdate } from './scheduler';
import { Fiber } from './types/fiber';function render(element: VNode, container: HTMLElement) {const rootFiber: Fiber = {type: container.tagName.toLowerCase(),dom: container,props: {children: [element],},parent: undefined,child: undefined,sibling: undefined,alternate: undefined, // 初始渲染没有旧Fiber};scheduleUpdate(rootFiber);
}// --- 演示 ---
const container = document.getElementById('root');// 创建一个非常大的VNode树
const listItems = Array.from({ length: 10000 }, (_, i) => createElement('li', null, `Item ${i + 1}`)
);
const hugeList = createElement('ul', null, ...listItems);console.log("Starting asynchronous render...");
if (container) {render(hugeList, container);
}console.log("Render scheduled. Main thread is NOT blocked.");
console.log("You can click buttons or do other things now.");// 在浏览器的DevTools Performance面板，你会看到许多个小的"Task"，
// 而不是一个长长的、红色的"Long Task"。

这个新的渲染流程，与我们之前的同步递归模型，有着天壤之别：

1. 可中断：workLoop在每次循环后都会检查剩余时间。如果时间不足，它会保存当前进度（nextUnitOfWork），并让出主线程。
2. 可恢复：浏览器在下一次空闲时，会从上次中断的地方（nextUnitOfWork）无缝地继续执行。
3. 优先级：虽然我们没有实现，但这个架构允许我们为不同更新设置不同优先级（比如，用户输入的响应应该比数据拉取的渲染优先级更高）。React就是这么做的。

我们通过将递归转为循环，并引入Fiber链表和requestIdleCallback调度器，成功地将一个可能耗时几秒的宏任务，拆解成了几百个耗时几毫秒的微任务。在这几毫秒的间隙中，浏览器可以自由地呼吸，响应用户，从而创造出“永不卡顿”的流畅体验。

结论：从“独裁者”到“协作者”

时间分片的核心思想，是我们的JavaScript代码从一个“独裁的统治者”，转变为一个“友好的协作者”。我们不再试图一次性霸占主线程，直到所有工作完成，而是学会了观察和等待，在浏览器不忙的时候，见缝插针地完成我们的工作。

这种转变，是现代高性能前端框架的基石。它使得在处理复杂UI、大量数据、绚丽动画时，依然能保证丝滑的用户体验成为可能。

核心要点：

1. 长时间运行的JavaScript任务会阻塞主线程，导致页面冻结、无法响应用户交互。
2. 时间分片通过将大任务分割成小块，并在浏览器的空闲时间内执行，来解决主线程阻塞问题。
3. requestIdleCallback是实现时间分片的原生API，它允许我们在浏览器空闲时执行低优先级任务。
4. 为了实现可中断和可恢复的渲染，必须将传统的同步递归算法，重构为基于循环和链表（如Fiber）的异步迭代算法。
5. 异步渲染流程被分为两个阶段：可中断的渲染阶段（Render Phase）和不可中断的提交阶段（Commit Phase），以保证UI更新的原子性和一致性。

我们已经掌握了如何让应用在计算密集时保持流畅。但在实际应用中，性能的另一个杀手——内存——同样不容小觑。在下一章 《性能优化(二)：JS内存泄漏“探案”：从闭包到事件监听的隐形杀手》 中，我们将化身“侦探”，学习如何使用Chrome DevTools等工具，去发现并修复那些隐藏在代码中的、悄悄吞噬用户内存的“内存泄漏”问题。敬请期待！