性能優化(一)：時間分片（Time Slicing）：讓你的應用在高負載下“永不卡頓”的秘密

引子：那張讓你瀏覽器崩潰的“無限列表”

想象一個場景：你需要渲染一個包含一萬個項目的列表。在我們的“看不見”的應用中，這可能是一個包含一萬個節點的Virtual DOM樹。

我們目前在第三章實現的render函數會怎么做？它會陷入一個巨大的、同步的遞歸調用中：

1. createDom('ul')
2. 循環一萬次 createDom('li')
3. 在循環中，再調用 createDom('TEXT_ELEMENT')
4. 將一萬個<li>節點逐一appendChild到<ul>上
5. 最后，將這個巨大的<ul> appendChild到容器中。

這個過程可能需要幾百毫秒，甚至幾秒鐘。在這段時間里，你的JavaScript代碼將完全霸占瀏覽器的主線程。

主線程是瀏覽器中一個極其繁忙的“單身漢”，它不僅要執行JavaScript，還要負責很多其他重要工作：

• UI渲染：解析HTML/CSS，計算布局（重排），繪制像素（重繪）。
• 用戶交互：響應用戶的點擊、滾動、輸入等事件。
• 處理網絡請求、響應定時器等等。

當你的JS代碼長時間霸占主線程時，這位“單身漢”就沒空去做其他任何事了。結果就是：

• 頁面完全凍結，CSS動畫停止。
• 用戶點擊按鈕、滾動頁面，毫無反應。
• 瀏覽器甚至可能會彈出一個“頁面未響應”的警告框。

這就是主線程阻塞（Main Thread Blocking），它是導致Web應用性能差、體驗卡頓的罪魁禍首。

那么，問題來了：我們能否像一個體貼的同事一樣，不一次性把工作全做完，而是把一個大任務，分割成許多微小的小任務？每完成一小部分工作，我們就主動“讓出”主線程，給瀏覽器一個“喘息”的機會去處理UI渲染和用戶交互。當瀏覽器忙完了，再通知我們繼續處理下一個小任務。

這種“你好我好大家好”的協作式調度思想，就是時間分片（Time Slicing）。而這，也正是React Fiber架構能夠讓復雜應用保持流暢的“秘密武器”。

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第一幕：瀏覽器的“空閑時間” - requestIdleCallback

要實現時間分片，我們需要一個機制來告訴我們：“嘿，瀏覽器現在有空，你可以來做點不那么緊急的工作了。”

幸運的是，瀏覽器提供了一個標準API來做這件事：requestIdleCallback。

它的用法很簡單：

requestIdleCallback(myWorkFunction);

你傳遞給它一個回調函數（myWorkFunction），瀏覽器會在當前幀的渲染工作完成后，如果還有剩余時間，就去執行這個回調。

更強大的是，這個回調函數會接收一個deadline對象作為參數。

function myWorkFunction(deadline) {// 只要還有剩余時間，并且我還有工作要做...while (deadline.timeRemaining() > 0 && tasks.length > 0) {doNextTask();}// 如果時間用完了，但工作還沒做完，就再預約下一次空閑時間if (tasks.length > 0) {requestIdleCallback(myWorkFunction);}
}

deadline.timeRemaining()方法返回一個數字，表示當前幀還剩下多少毫秒的空閑時間。這讓我們能夠精確地控制每個工作片段的執行時長，確保不會超時而再次阻塞主線程。

如果瀏覽器不支持requestIdleCallback怎么辦？
我們可以用setTimeout(callback, 0)來進行優雅降級。setTimeout(..., 0)并不會真的立即執行，而是將回調函數放入宏任務隊列的末尾，相當于主動讓出一次主線程，等所有微任務和UI渲染結束后再執行。雖然它無法告訴我們“還剩多少時間”，但它依然實現了“讓出控制權”的核心目的。

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第二幕：改造渲染引擎 - 從“遞歸”到“循環”

我們當前的render函數是遞歸的。遞歸調用一旦開始，就必須執行到棧空為止，無法中途暫停。要實現可中斷的渲染，我們必須將遞歸算法，改造成一個循環（while loop）算法。

這正是React從舊版的Stack Reconciler到新版的Fiber Reconciler所做的最核心的改變。

我們將引入一個類似Fiber的數據結構。一個Fiber節點，不僅包含了VNode的信息，還通過parent, child, sibling指針，將整棵樹變成了一個可以迭代遍歷的鏈表。

fiber.ts

// 文件: /src/v13/types/fiber.ts
import { VNode, Props } from '../v9/types/vdom'; // 假設之前的類型定義在v9export interface Fiber {// VNode的信息type: VNode['type'];props: Props;// 對應的真實DOM節點dom: Node | null;// Fiber間的關系指針parent?: Fiber;child?: Fiber;sibling?: Fiber;// 其他信息，比如用于Diff算法alternate?: Fiber; // 指向舊的Fiber節點effectTag?: 'UPDATE' | 'PLACEMENT' | 'DELETION'; // 標記這個節點需要做什么DOM操作
}

現在，我們的渲染過程將被拆分為兩個階段：

1. 渲染階段（Render Phase）: 這個階段是異步的、可中斷的。我們在這個階段構建Fiber樹，并找出所有需要進行的DOM更新（通過Diff算法）。這個過程不會有任何實際的DOM操作。
2. 提交階段（Commit Phase）: 這個階段是同步的、不可中斷的。一旦開始，它會一次性地將所有計算好的更新，應用到真實DOM上，確保UI的一致性。

實現一個“工作循環”調度器

我們將創建一個調度器，它維護一個任務隊列，并使用requestIdleCallback來驅動一個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; // 下一個要處理的工作單元
let workInProgressRoot: Fiber | null = null; // 當前正在構建的Fiber樹的根
let commitQueue: Fiber[] = []; // 需要提交的DOM操作隊列// 假的DOM操作和reconcile函數，僅為演示
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[]) {// 簡化邏輯：為每個child創建一個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; // 留一點緩沖時間}// 如果工作全部完成，就進入提交階段if (!nextUnitOfWork && workInProgressRoot) {commitRoot();}// 如果時間用完了但工作還沒完，繼續預約if (nextUnitOfWork) {requestIdleCallback(workLoop);}
}function performUnitOfWork(fiber: Fiber): Fiber | null {// 1. "渲染"當前Fiber：//    - 創建DOM節點（但先不掛載）//    - 根據children創建子Fiberif (!fiber.dom) {fiber.dom = createDomForFiber(fiber);}reconcileChildren(fiber, fiber.props.children || []);// 如果有effectTag，加入提交隊列if (fiber.effectTag) {commitQueue.push(fiber);}// 2. 返回下一個工作單元：//    - 優先返回子節點if (fiber.child) {return fiber.child;}//    - 如果沒有子節點，返回兄弟節點let nextFiber = fiber;while (nextFiber) {if (nextFiber.sibling) {return nextFiber.sibling;}//    - 如果都沒有，返回"叔叔"節點（父節點的兄弟節點）nextFiber = nextFiber.parent!;}return null; // 全部完成
}function commitRoot() {// 這是一個同步過程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

現在，我們有了一個全新的、異步的render函數。

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, // 初始渲染沒有舊Fiber};scheduleUpdate(rootFiber);
}// --- 演示 ---
const container = document.getElementById('root');// 創建一個非常大的VNode樹
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.");// 在瀏覽器的DevTools Performance面板，你會看到許多個小的"Task"，
// 而不是一個長長的、紅色的"Long Task"。

這個新的渲染流程，與我們之前的同步遞歸模型，有著天壤之別：

1. 可中斷：workLoop在每次循環后都會檢查剩余時間。如果時間不足，它會保存當前進度（nextUnitOfWork），并讓出主線程。
2. 可恢復：瀏覽器在下一次空閑時，會從上次中斷的地方（nextUnitOfWork）無縫地繼續執行。
3. 優先級：雖然我們沒有實現，但這個架構允許我們為不同更新設置不同優先級（比如，用戶輸入的響應應該比數據拉取的渲染優先級更高）。React就是這么做的。

我們通過將遞歸轉為循環，并引入Fiber鏈表和requestIdleCallback調度器，成功地將一個可能耗時幾秒的宏任務，拆解成了幾百個耗時幾毫秒的微任務。在這幾毫秒的間隙中，瀏覽器可以自由地呼吸，響應用戶，從而創造出“永不卡頓”的流暢體驗。

結論：從“獨裁者”到“協作者”

時間分片的核心思想，是我們的JavaScript代碼從一個“獨裁的統治者”，轉變為一個“友好的協作者”。我們不再試圖一次性霸占主線程，直到所有工作完成，而是學會了觀察和等待，在瀏覽器不忙的時候，見縫插針地完成我們的工作。

這種轉變，是現代高性能前端框架的基石。它使得在處理復雜UI、大量數據、絢麗動畫時，依然能保證絲滑的用戶體驗成為可能。

核心要點：

1. 長時間運行的JavaScript任務會阻塞主線程，導致頁面凍結、無法響應用戶交互。
2. 時間分片通過將大任務分割成小塊，并在瀏覽器的空閑時間內執行，來解決主線程阻塞問題。
3. requestIdleCallback是實現時間分片的原生API，它允許我們在瀏覽器空閑時執行低優先級任務。
4. 為了實現可中斷和可恢復的渲染，必須將傳統的同步遞歸算法，重構為基于循環和鏈表（如Fiber）的異步迭代算法。
5. 異步渲染流程被分為兩個階段：可中斷的渲染階段（Render Phase）和不可中斷的提交階段（Commit Phase），以保證UI更新的原子性和一致性。

我們已經掌握了如何讓應用在計算密集時保持流暢。但在實際應用中，性能的另一個殺手——內存——同樣不容小覷。在下一章 《性能優化(二)：JS內存泄漏“探案”：從閉包到事件監聽的隱形殺手》 中，我們將化身“偵探”，學習如何使用Chrome DevTools等工具，去發現并修復那些隱藏在代碼中的、悄悄吞噬用戶內存的“內存泄漏”問題。敬請期待！