這篇文章帶大家學習React,深入了解下React中的任務調度演算法,希望對大家有幫助!
React中的Fiber任務都應該知道吧,而且不同的Fiber任務有不同的優先級,React需要先處理優先順序高的任務。例如,使用者的點擊和輸入,這些都是高優先級的任務,因為使用者的操作肯定希望馬上就會有效果,這樣才能提升使用者體驗。而例如animation事件的優先順序肯定要低一點。新進來的高優先權任務進去佇列後,React需要優先處理。 【相關推薦:Redis影片教學】
為了儲存這些任務,React中有兩個任務池。
// Tasks are stored on a min heap var taskQueue = []; var timerQueue = [];
taskQueue與timerQueue都是數組,前者儲存的是立即要執行的任務,而後者存的則是可以延遲執行的任務。
var newTask = { id: taskIdCounter++, // 标记任务id callback, // 回调函数 priorityLevel, // 任务优先级 startTime, // 任务开始时间,时间点 expirationTime, // 过期时间,时间点 sortIndex: -1, // 任务排序,取值来自过期时间,因此值越小,优先级越高 };
React中一旦來了新任務,就會先用currentTime記錄當前時間(performance.now()或Date.now()),如果任務有delay參數,那麼任務開始執行時間startTime = currentTime delay;。接下來透過startTime > currentTime如果成立,證明任務是可以延期的,那麼任務進入timerQueue,否則進入taskQueue。
React怎麼找到優先順序最高的任務呢,以taskQueue為例,它是動態的任務池(任務隊列),數據形式上就是一個數組。當然可以依照優先順序排序,也就是Array.sort,當有新任務入隊後,先排序,再找出優先順序最高的任務執行。但是Array.sort的平均時間複雜度是O(nlogn),並不是最好的解決方案。
taskQueue的newTask中排序用的是sortIndex,這個值取自過期時間expirationTime,也就意味著優先權越高的任務越需要理解執行,那麼過期時間就越小,也就是說,優先順序越高,過期時間就越小,sortIndex自然越小。其實,這就是一種優先隊列。
優先隊列也是一個隊列(首先它是一個隊列,其次是尾進頭出),只不過不同的是,優先權佇列的出隊順序是按照優先權來的;在有些情況下,可能需要找到元素集合中的最小或最大元素,可以利用優先權佇列ADT來完成操作,優先隊列ADT是一種資料結構,它支援插入和刪除最小值操作(返回並刪除最小元素)或刪除最大值操作(返回並刪除最大元素)。
如果最小鍵值元素擁有最高的優先權,那麼這種優先權佇列叫做,升序優先佇列(即總是先刪除最小的元素)。類似的,如果最大鍵值元素擁有最高的優先權,那麼這種優先權佇列叫作降序優先權佇列(即總是先刪除最大的元素);由於這兩種類型時對稱的,所以只需要關注其中一種,如昇序優先隊列。
例如:買車票的時候,我們都在排隊,優先順序是一樣的,誰在隊伍前面,誰就先買票,但是這時候來了個軍人,他的優先順序高,直接就排在了隊伍的最前面。
在React中用最小堆(小根堆,小頂堆。。。)來實現這種函數。就是把taskQueue變成最小堆,然後取出對頂任務執行,對taskQueue堆化,維持它依然是一個最小堆的資料結構。往taskQueue插入新任務的時候,也要進行堆化,始終保持它是一個最小堆。
有些地方稱堆為優先隊列(不準確),首先它是隊列,有隊列的特性,也就是「先進先出」。其次這個佇列中的元素是有優先權的,優先權高的會排在前面。
準確來說,堆是實現優先隊列的一種方式。當然優先隊列還可以用其他方式來實現。
#之前我們說過堆排序是不穩定排序,但taskQueue希望這個過程是穩定的,也就是說,如果有可能兩個任務的過期時間一樣,那這個時候就要看誰先進入的任務池了,也就是newTask的id的值,每次來了新任務,id都會加1 。
function compare(a, b) { // Compare sort index first, then task id. const diff = a.sortIndex - b.sortIndex; return diff !== 0 ? diff : a.id - b.id; }
在了解最小堆之前,先來溫習一下基礎知識。
是指樹中節點的度數不大於2的有序樹,它是一種最簡單且最重要的樹。
除最後一層無任何子節點外,每一層上的所有結點都有兩個子結點的二元樹。
從圖形形狀來看,滿二叉樹外觀上是一個三角形。
如果一個二元樹的層數為K,且結點總數是(2^k) -1 ,則它就是滿二元樹。
滿二叉樹,是“女兒雙全”,非常圓滿,所以叫滿二元樹。
除去葉子節點, 所有節點的度數都是 2。也就是說,所有的節點的度數只能是0或2。
完美二元樹,要嘛沒有孩子,要嘛兒女雙全。
滿二叉樹的英文原文:
A Full Binary Tree (FBT) is a tree in which every node other than the leaves has two children.
完美二元樹的英文原文:
A Perfect Binary Tree(PBT) is a tree with all leaf nodes at the same depth. All internal nodes have degree 2.
國外的所有書籍參考的是最早翻譯的關於滿二叉樹,和完美二元樹的教材,但是最早翻譯的文章翻譯錯了。現在國內的話,我們只能將錯就錯了(所有人都錯,那錯的也就是對的了。比如說客。。。)。如果要和外國友人討論這兩個概念,就要注意了。
A Complete Binary Tree (CBT) is a binary tree in which every level,except possibly the last, is completely filled, and all nodes are as far left as possible.
一棵深度為k的有n個結點的二叉樹,對樹中的結點按從上至下、從左到右的順序進行編號,如果編號為i (1≤i≤n)的結點與滿二叉樹中編號為i的結點在二元樹中的位置相同,則這棵二元樹稱為完全二元樹。
堆是一棵完全二元樹。
堆總是滿足下列性質:
還要先認識下大根堆和小根堆,完全二叉樹中所有節點均大於(或小於)它的孩子節點,所以這裡就分為兩種情況,最大堆和最小堆。
堆通常是可以被看做一棵 完全二元樹 的陣列物件。 當然,二元樹也可以用陣列表示。
核心思想是,先建堆,然後再調整。
對於二元樹(陣列表示),我們從下往上進行調整,從**「第一個非葉子節點」**開始向前調整,對於調整的規則如下:
建堆是一個O(n)的時間複雜度過程。
①從第一個非葉子節點開始判斷交換下移(shiftDown),使得當前節點和子孩子能夠保持堆的性質
②但是普通節點替換可能沒問題,對如果交換打破子孩子堆結構性質,那麼就要重新下移(shiftDown)被交換的節點一直到停止。
堆构造完成,取第一个堆顶元素为最小(最大),剩下左右孩子依然满足堆的性值,但是缺个堆顶元素,如果给孩子调上来,可能会调动太多并且可能破坏堆结构。
① 所以索性把最后一个元素放到第一位。这样只需要判断交换下移(shiftDown),不过需要注意此时整个堆的大小已经发生了变化,我们在逻辑上不会使用被抛弃的位置,所以在设计函数的时候需要附带一个堆大小的参数。
② 重复以上操作,一直堆中所有元素都被取得停止。
而堆算法复杂度的分析上,之前建堆时间复杂度是O(n)。而每次删除堆顶然后需要向下交换,每个个数为logn个。这样复杂度就为O(nlogn),总的时间复杂度为O(n)+O(nlogn)=O(nlogn)。
堆适合维护集合的最值。
堆pop出一个元素后,再次调整获取堆顶元素(也就是第二个最值)的花销比较低,因为pop出元素后,堆是一个半成品,在一个半成品上获取第二个最值的cost当然比较低,时间复杂度为O(logn),但如果遍历一遍找到第二个最值的话,时间复杂度为O(n)。
代码采用Javascript ES6的写法。
class Heap { constructor(data, comp) { this.data = data ? data : []; // 比较规则:更加灵活,可以比较数值,也可以比较对象 this.compartor = comp ? comp : (a-b) => a-b; // 调整为堆(优先队列) this.heapify(); } heapify() { if(this.size() =0; i--) { // 调整堆, 向下调整也可以用递归来实现,这里用迭代来实现 this.shiftDown(i); } } // 向下调整 shiftDown(i) { let left = 2*i +1; let right = 2*i +2; let len = this.size(); while(i =0 ) { let findIndex = i; if(this.compartor(this.data[parentIndex], this.data[findIndex]) > 0) { findIndex = parentIndex; } if(findIndex !== i) { [this.data[i], this.data[findIndex]] = [this.data[findIndex], this.data[i]]; i = findIndex; parentIndex = Math.floor((i-1)/2); } else { break; } } } // 获取堆中所有元素的个数 size(){ return this.data.length; } // 获取堆首部元素 peek(){ if(!this.size()) return null; return this.data[0]; } // 往堆中添加一个元素 push(x){ this.data.push(x); this.shiftUp(this.data.length-1); } // 从堆里弹出堆首元素 pop(){ if(!this.size()) return null; let res = this.data[0]; if(this.size() == 1) { this.data.pop(); } else { this.data[0] = this.data[this.data.length-1]; this.data.length = this.data.length-1; this.shiftDown(0); } return res; } }
let arr = [2,9,8,6,3,10,5,7,4,1]; let comp = (a, b) => a-b; let heap = new Heap(arr, comp); let res = []; while(heap.size()) { res.push(heap.pop()); } console.log(res);
arr里的元素也可以是一个对象。
React源码中的目录packages/scheduler,就是React的任务调度模块相关的代码。
https://github.com/facebook/react/blob/17.0.2/packages/scheduler/src/Scheduler.js
https://github.com/facebook/react/blob/17.0.2/packages/scheduler/src/SchedulerMinHeap.js
/** * Copyright (c) Facebook, Inc. and its affiliates. * * This source code is licensed under the MIT license found in the * LICENSE file in the root directory of this source tree. * * @flow strict */ type Heap = Array<node>; type Node = {| id: number, sortIndex: number, |}; export function push(heap: Heap, node: Node): void { const index = heap.length; heap.push(node); siftUp(heap, node, index); } export function peek(heap: Heap): Node | null { const first = heap[0]; return first === undefined ? null : first; } export function pop(heap: Heap): Node | null { const first = heap[0]; if (first !== undefined) { const last = heap.pop(); if (last !== first) { heap[0] = last; siftDown(heap, last, 0); } return first; } else { return null; } } function siftUp(heap, node, i) { let index = i; while (true) { const parentIndex = (index - 1) >>> 1; const parent = heap[parentIndex]; if (parent !== undefined && compare(parent, node) > 0) { // The parent is larger. Swap positions. heap[parentIndex] = node; heap[index] = parent; index = parentIndex; } else { // The parent is smaller. Exit. return; } } } function siftDown(heap, node, i) { let index = i; const length = heap.length; while (index <p>我们自己实现的最小堆和React中的实现略有不同,但是思路是一样的,只是代码写法不同而已。</p> <h2 data-id="heading-22"><strong>总结</strong></h2> <p>React中的任务调度是用最小堆来实现的,如果我们之前就对最小堆有一定了解,那在学习这块内容的时候就会更快一点。个人认为,前期知识积累是多么重要啊,但是这个过程可能会比较枯燥。 这个时候,是不是觉得自己也会一些算法了,其实这些算法是入门级别的,甚至还没有入门。因为在React的任务调度场景中,要实现的需求是非常明确的,而且要采用什么样的数据结构和算法也是明确的。在实际的一些场景中,我们知道了具体的需求,但是并不知道用什么数据结果和算法,就需要把需求抽象一下,根据抽象的数据模型来设计具体的数据结构和算法,这些才是重点。</p> <p>更多编程相关知识,请访问:<a href="//m.sbmmt.com/course.html" target="_blank" textvalue="编程视频">编程视频</a>!!</p></node>
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