為什么需要優(yōu)先級

優(yōu)先級機制最終目的是為了實現高優(yōu)先級任務優(yōu)先執(zhí)行，低優(yōu)先級任務延后執(zhí)行。

實現這一目的的本質就是在低優(yōu)先級任務執(zhí)行時，有更高優(yōu)先級任務進來的話，可以打斷低優(yōu)先級任務的執(zhí)行。

同步模式下的react運行時

我們知道在同步模式下，從 setState 到 虛擬DOM遍歷，再到真實DOM更新，整個過程都是同步執(zhí)行且無法被中斷的，這樣可能就會出現一個問題 —— 用戶事件觸發(fā)的更新被阻塞。

什么是用戶事件觸發(fā)的更新被阻塞？如果 React 正在進行更新任務，此時用戶觸發(fā)了交互事件，且在事件回調中執(zhí)行了 setState，在同步模式下，這個更新任務需要 等待 當前正在更新的任務完成之后，才會被執(zhí)行。假如當前 React 正在進行的更新任務耗時比較久，用戶事件觸發(fā)的更新任務不能及時被執(zhí)行，造成下個更新任務被阻塞，從而形成了卡頓。

這時候，我們就希望能夠及時響應用戶觸發(fā)的事件，優(yōu)先執(zhí)行用戶事件觸發(fā)的更新任務，也就是我們說的異步模式

我們可以比較一下，同步模式下和異步模式(優(yōu)先級機制)下更新任務執(zhí)行的差異

import React from "react";
import "./styles.css";
export default class extends React.Component {
  constructor() {
    super();
    this.state = {
      list: new Array(10000).fill(1),
    };
    this.domRef = null;
  }
  componentDidMount() {
    setTimeout(() => {
      console.log("setTimeout 準備更新", performance.now());
      this.setState(
        {
          list: new Array(10000).fill(Math.random() * 10000),
          updateLanes: 16
        },
        () => {
          console.log("setTimeout 更新完畢", performance.now());
        }
      );
    }, 100);
    setTimeout(() => {
      this.domRef.click();
    }, 150);
  }
  render() {
    const { list } = this.state;
    return (
      <div
        ref={(v) => (this.domRef = v)}        className="App"        onClick={() => {          console.log("click 準備更新", performance.now());          this.setState(            { list: new Array(10000).fill(2), updateLanes: 1 },            () => {              console.log("click 更新完畢", performance.now());            }          );        }}      >        {list.map((i, index) => (          <h2 key={i + +index}>Hello {i}</h2>
        ))}      </div>
    );
  }
}

click事件 觸發(fā)的更新，會比 setTimeout 觸發(fā)的更新更優(yōu)先執(zhí)行，做到了及時響應用戶事件，打斷 setTimeout 更新任務(低優(yōu)先級任務)的執(zhí)行。

如何運用優(yōu)先級機制優(yōu)化react運行時

為了解決同步模式渲染下的缺陷，我們希望能夠對 react 做出下面這些優(yōu)化

• 確定不同場景下所觸發(fā)更新的優(yōu)先級，以便我們可以決定優(yōu)先執(zhí)行哪些任務
• 若有更高優(yōu)先級的任務進來，我們需要打斷當前進行的任務，然后執(zhí)行這個高優(yōu)先級任務
• 確保低優(yōu)先級任務不會被一直打斷，在一定時間后能夠被升級為最高優(yōu)先級的任務

確定不同場景下的調度優(yōu)先級

看過 react 源碼的小伙伴可能都會有一個疑惑，為什么源碼里面有那么多優(yōu)先級相關的單詞？？怎么區(qū)分他們呢？

其實在 react 中主要分為兩類優(yōu)先級，scheduler 優(yōu)先級和 lane 優(yōu)先級，lane優(yōu)先級下面又派生出 event 優(yōu)先級

• lane 優(yōu)先級：主要用于任務調度前，對當前正在進行的任務和被調度任務做一個優(yōu)先級校驗，判斷是否需要打斷當前正在進行的任務
• event 優(yōu)先級：本質上也是lane優(yōu)先級，lane優(yōu)先級是通用的，event優(yōu)先級更多是結合瀏覽器原生事件，對lane優(yōu)先級做了分類和映射
• scheduler 優(yōu)先級：主要用在時間分片中任務過期時間的計算

lane優(yōu)先級

可以用賽道的概念去理解lane優(yōu)先級，lane優(yōu)先級有31個，我們可以用31位的二進制值去表示，值的每一位代表一條賽道對應一個lane優(yōu)先級，賽道位置越靠前，優(yōu)先級越高

event優(yōu)先級

scheduler優(yōu)先級

優(yōu)先級間的轉換

lane優(yōu)先級 轉 event優(yōu)先級（參考 lanesToEventPriority 函數）

• 轉換規(guī)則：以區(qū)間的形式根據傳入的lane返回對應的 event 優(yōu)先級。比如傳入的優(yōu)先級不大于 Discrete 優(yōu)先級，就返回 Discrete 優(yōu)先級，以此類推

event優(yōu)先級 轉 scheduler優(yōu)先級（參考 ensureRootIsScheduled 函數）

• 轉換規(guī)則：可以參考上面scheduler優(yōu)先級表

event優(yōu)先級 轉 lane優(yōu)先級（參考 getEventPriority 函數）

• 轉換規(guī)則：對于非離散、連續(xù)的事件，會根據一定規(guī)則作轉換，具體課參考上面 event 優(yōu)先級表，

優(yōu)先級機制如何設計

說到優(yōu)先級機制，我們可能馬上能聯想到的是優(yōu)先級隊列，其最突出的特性是最高優(yōu)先級先出，react 的優(yōu)先級機制跟優(yōu)先級隊列類似，不過其利用了賽道的概念，配合位與運算豐富了隊列的功能，比起優(yōu)先級隊列，讀寫速度更快，更加容易理解

設計思路

• 合并賽道：維護一個隊列，可以存儲被占用的賽道
• 釋放賽道：根據優(yōu)先級釋放對應被占用賽道
• 找出最高優(yōu)先級賽道：獲取隊列中最高優(yōu)先級賽道
• 快速定位賽道索引：根據優(yōu)先級獲取賽道在隊列中所在的位置
• 判斷賽道是否被占用：根據傳入優(yōu)先級判斷該優(yōu)先級所在賽道是否被占用

合并賽道

場景

• 比如當前正在調度的任務優(yōu)先級是DefaultLane，用戶點擊觸發(fā)更新，有一個高優(yōu)先級的任務SyncLane產生，需要存儲這個任務所占用的賽道

運算過程

• 運算方式：位或運算 - a | b
• 運算結果：DefaultLane和SyncLane分別占用了第1條和第5條賽道

DefaultLane優(yōu)先級為16，SyncLane優(yōu)先級為1

16 | 1 = 17

17的二進制值為10001
16的二進制值為10000，1的二進制值為00001

釋放賽道

場景

• SyncLane 任務執(zhí)行完，需要釋放占用的賽道

運算過程

• 運算方式：位與+位非 - a & ~b
• 運算結果：SyncLane賽道被釋放，只剩下DefaultLane賽道

17 & ~1 = 16
17的二進制值為10001

為什么用位非？
~1 = -2
2 的二進制是00010，-2的話符號位取反變?yōu)?0010
10001和10010進行位與運算得到10000，也就是十進制的16

找出最高優(yōu)先級賽道

場景

• 當前有 DefaultLane 和 SyncLane 兩個優(yōu)先級的任務占用賽道，在進入 ensureRootIsScheduled 方法后，我需要先調度優(yōu)先級最高的任務，所以需要找出當前優(yōu)先級最高的賽道

運算過程

• 運算方式：位與+符號位取反 - a & -b
• 運算結果：找到了最高優(yōu)先級的任務SyncLane，SyncLane任務為同步任務，Scheduler將以同步優(yōu)先級調度當前應用根節(jié)點

17 & -17 = 1

17的二進制值為10001
-17的二進制值為00001
10001和00001進行位與運算得到1，也就是SyncLane

快速定位賽道索引

場景

• 饑餓任務喚醒：在發(fā)起調度前，我們需要對隊列中的所有賽道進行一個判斷，判斷該賽道的任務是否過期，如果過期，就優(yōu)先執(zhí)行該過期任務。為此，需要維護一個長度為31的數組，數組的每個元素的下標索引與31個優(yōu)先級賽道一一對應，數組中存儲的是任務的過期時間，在判斷時，我們希望能根據優(yōu)先級快速找到該優(yōu)先級在數組中對應的位置。

運算過程

• 運算方式：Math.clz32
• 運算結果：找到了DefaultLane的索引位置為4，那就可以釋放應用根節(jié)點上的eventTimes、expirationTimes，將其所在位置的值賦值為-1，然后執(zhí)行對應的過期任務

// 找出 DefaultLane 賽道索引
31 - Math.clz32(16) = 4

16的二進制值為10000
索引4對應的就是第五個賽道

Math.clz32是用來干什么的？

• 獲取一個十進制數字對應二進制值中開頭0的個數。
• 所以用31減去 Math.clz32 的值就能得到該賽道的索引

判斷賽道是否被占用

異步模式下會存在高優(yōu)先級任務插隊的情況，此情況下 state 的計算方式會跟同步模式下**有些不同。

場景

我們 setState 之后并不是馬上就會更新 state，而是會根據 setState 的內容生成一個 Update 對象，這個對象包含了更新內容、更新優(yōu)先級等屬性。

更新 state 這個動作是在 processUpdateQueue 函數里進行的，函數里面會判斷 Update 對象的優(yōu)先級所在賽道是否被占用，來決定是否在此輪任務中計算這個 Update 對象的 state

• 如果被占用，代表 Update 對象優(yōu)先級和當前正在進行的任務相等，可以根據 Update 對象計算 state 并更新到 Fiber 節(jié)點的 memoizedState 屬性上
• 如果未被占用，代表當前正在進行的任務優(yōu)先級比這個 Update 對象優(yōu)先級高，相應的這個低優(yōu)先級的 Update 對象將暫不被計算state，留到下一輪低優(yōu)先級任務被重啟時再進行計算

運算過程

• 運算方式：位與 (renderLanes & updateLanes) == updateLanes
• 運算結果：0代表當前調度優(yōu)先級高于某個Update對象優(yōu)先級

運算公式
(1 & 16) == 16

1的二進制值為00001
16的二進制值為10000?
00001和10000進行位與運算得到0

如何將優(yōu)先級機制融入React運行時

生成一個更新任務

生成任務的流程其實非常簡單，入口就在我們常用的 setState 函數，先上圖

setState 函數內部執(zhí)行的就是 enqueueUpdate 函數，而 enqueueUpdate 函數的工作主要分為4步：

• 獲取本次更新的優(yōu)先級。
• 創(chuàng)建 Update 對象
• 將本次更新優(yōu)先級關聯到當前Fiber節(jié)點、父級節(jié)點和應用根節(jié)點
• 發(fā)起 ensureRootIsScheduled 調度。

步驟一：獲取本次更新的優(yōu)先級

步驟一的工作是調用 requestUpdateLane 函數拿到此次更新任務的優(yōu)先級

如果當前為非 concurrent 模式

• 當前不在 render 階段。返回 syncLane
• 當前正在 render 階段。返回 workInProgressRootRenderLanes 中最高的優(yōu)先級（這里就用到上面的優(yōu)先級運算機制，找出最高優(yōu)先級賽道）

如果當前為 concurrent 模式

• 需要執(zhí)行延遲任務的話，比如 Suspend、useTransition、useDefferedValue 等特性。在 transition 類型的優(yōu)先級中尋找空閑的賽道。transition類型的賽道有 16 條，從第 1 條到第 16 條，當到達第 16 條賽道后，下一次 transition 類型的任務會回到第 1 條賽道，如此往復。
• 執(zhí)行 getCurrentUpdatePriority 函數。獲取當前更新優(yōu)先級。如果不為 NoLane 就返回
• 執(zhí)行 getCurrentEventPriority 函數。返回當前的事件優(yōu)先級。如果沒有事件產生，返回 DefaultEventPriority

總的來說，requestUpdateLane 函數的優(yōu)先級選取判斷順序如下：

SyncLane  >>  TransitionLane  >>  UpdateLane  >>  EventLane

估計有很多小伙伴都會很困惑一個問題，為什么會有這么多獲取優(yōu)先級的函數，這里我整理了一下其他函數的職責

步驟二：創(chuàng)建 Update 對象

這里的代碼量不多，其實就是將 setState 的參數用一個對象封裝起來，留給 render 階段用

function createUpdate(eventTime, lane) {
  var update = {
    eventTime: eventTime,
    lane: lane,
    tag: UpdateState,
    payload: null,
    callback: null,
    next: null
  };
  return update;
}

步驟三：關聯優(yōu)先級

在這里先解釋兩個概念，一個是 HostRoot，一個是 FiberRootNode

• HostRoot：就是 ReactDOM.render 的第一個參數，組件樹的根節(jié)點。HostRoot可能會存在多個，因為 ReactDOM.render 可以多次調用
• FiberRootNode：react 的應用根節(jié)點，每個頁面只有一個 react 的應用根節(jié)點。可以從 HostRoot 節(jié)點的 stateNode 屬性訪問

這里關聯優(yōu)先級主要執(zhí)行了兩個函數

markUpdateLaneFromFiberToRoot。該函數主要做了兩個事情

• 將優(yōu)先級合并到當前 Fiber 節(jié)點的 lanes 屬性中
• 將優(yōu)先級合并到父級節(jié)點的 childLanes 屬性中（告訴父節(jié)點他的子節(jié)點有多少條賽道要跑） 但因為函數傳入的 Fiber 節(jié)點是 HostRoot，也就是 ReactDOM.render 的根節(jié)點，也就是說沒有父節(jié)點了，所以第二件事情沒有做

markRootUpdated。該函數也是主要做了兩個事情

• 將待調度任務優(yōu)先級合并到當前 react 應用根節(jié)點上
• 計算當前任務優(yōu)先級賽道占用的開始時間（eventTime）

由此可見，react 的優(yōu)先級機制并不獨立運行在每一個組件節(jié)點里面，而是依賴一個全局的 react 應用根節(jié)點去控制下面多個組件樹的任務調度

將優(yōu)先級關聯到這些Fiber節(jié)點有什么用？

先說說他們的區(qū)別

• lanes：只存在非 react 應用根節(jié)點上，記錄當前 Fiber 節(jié)點的 lane 優(yōu)先級
• childLanes：只存在非 react 應用根節(jié)點上，記錄當前 Fiber 節(jié)點下的所有子 Fiber 節(jié)點的 lane 優(yōu)先級
• pendingLanes：只存在 react 應用根節(jié)點上，記錄的是所有 HostRoot 的 lane 優(yōu)先級

具體應用場景

• 釋放賽道。上面說的優(yōu)先級運算機制提到了任務執(zhí)行完畢會釋放賽道，具體來說是在 commit 階段結束之后釋放被占用的優(yōu)先級，也就是 markRootFinished 函數。
• 判斷賽道是否被占用。在 render 階段的 beginWork 流程里面，會有很多判斷 childLanes 是否被占用的判斷

步驟四：發(fā)起調度

調度里面最關鍵的一步，就是 ensureRootIsScheduled 函數的調用，該函數的邏輯就是由下面兩大部分構成，高優(yōu)先級任務打斷低優(yōu)先級任務 和 饑餓任務問題

高優(yōu)先級任務打斷低優(yōu)先級任務

該部分流程可以分為三部曲

• cancelCallback
• pop(taskQueue)
• 低優(yōu)先級任務重啟

cancelCallback

var existingCallbackNode = root.callbackNode;
var existingCallbackPriority = root.callbackPriority;
var newCallbackPriority = getHighestPriorityLane(nextLanes);
if (existingCallbackPriority === newCallbackPriority) {
    ...
    return;
}
if (existingCallbackNode != null) {
    cancelCallback(existingCallbackNode);
}
newCallbackNode = scheduleCallback(
    schedulerPriorityLevel,
    performConcurrentWorkOnRoot.bind(null, root)
);
root.callbackPriority = newCallbackPriority;
root.callbackNode = newCallbackNode;

上面是 ensureRootIsScheduled 函數的一些代碼片段，先對變量做解釋

existingCallbackNode：當前 render 階段正在進行的任務

existingCallbackPriority：當前 render 階段正在進行的任務優(yōu)先級

newCallbackPriority：此次調度優(yōu)先級

這里會判斷 existingCallbackPriority 和 newCallbackPriority 兩個優(yōu)先級是否相等，如果相等，此次更新合并到當前正在進行的任務中。如果不相等，代表此次更新任務的優(yōu)先級更高，需要打斷當前正在進行的任務

如何打斷任務？

• 關鍵函數 cancelCallback(existingCallbackNode)，cancelCallback 函數就是將 root.callbackNode 賦值為null
• performConcurrentWorkOnRoot 函數會先把 root.callbackNode 緩存起來，在函數末尾會再判斷 root.callbackNode 和開始緩存起來的值是否一樣，如果不一樣，就代表 root.callbackNode 被賦值為null了，有更高優(yōu)先級任務進來。
• 此時 performConcurrentWorkOnRoot 返回值為null

下面是 performConcurrentWorkOnRoot 代碼片段

...
var originalCallbackNode = root.callbackNode;
...
// 函數末尾
if (root.callbackNode === originalCallbackNode) {
    return performConcurrentWorkOnRoot.bind(null, root);
}
return null;

由上面 ensureRootIsScheduled 的代碼片段可以知道，performConcurrentWorkOnRoot 函數是被 scheduleCallback 函數調度的，具體返回后的邏輯需要到 Scheduler 模塊去找

pop(taskQueue)

var callback = currentTask.callback;
if (typeof callback === 'function') {
  ...
} else {
  pop(taskQueue);
}

上面是 Scheduler 模塊里面 workLoop 函數的代碼片段，currentTask.callback 就是 scheduleCallback 的第二個參數，也就是performConcurrentWorkOnRoot 函數

承接上個主題，如果 performConcurrentWorkOnRoot 函數返回了null，workLoop 內部就會執(zhí)行 pop(taskQueue)，將當前的任務從 taskQueue 中彈出。

低優(yōu)先級任務重啟

上一步中說道一個低優(yōu)先級任務從 taskQueue 中被彈出。那高優(yōu)先級任務執(zhí)行完畢之后，如何重啟回之前的低優(yōu)先級任務呢？

關鍵是在 commitRootImpl 函數

var remainingLanes = mergeLanes(finishedWork.lanes, finishedWork.childLanes);
markRootFinished(root, remainingLanes);
...
ensureRootIsScheduled(root, now());

markRootFinished 函數剛剛上面說了是釋放已完成任務所占用的賽道，那也就是說未完成任務依然會占用其賽道，所以我們可以重新調用 ensureRootIsScheduled 發(fā)起一次新的調度，去重啟低優(yōu)先級任務的執(zhí)行。我們可以看下重啟部分的判斷

var nextLanes = getNextLanes(
    root, root === workInProgressRoot ? workInProgressRootRenderLanes : NoLanes
);
// 如果 nextLanes 為 NoLanes，就證明所有任務都執(zhí)行完畢了
if (nextLanes === NoLanes) {
    ...
    root.callbackNode = null;
    root.callbackPriority = NoLane;
    // 只要 nextLanes 為 NoLanes，就可以結束調度了
    return;
}
// 如果 nextLanes 不為 NoLanes，就代表還有任務未執(zhí)行完，也就是那些被打斷的低優(yōu)先級任務
...

饑餓任務問題

上面說到，在高優(yōu)先級任務執(zhí)行完畢之后，低優(yōu)先級任務就會被重啟，但假設如果持續(xù)有高優(yōu)先級任務持續(xù)進來，我的低優(yōu)先級任務豈不是沒有重啟之日？

所以 react 為了處理解決饑餓任務問題，react 在 ensureRootIsScheduled 函數開始的時候做了以下處理：（參考markStarvedLanesAsExpired函數）

var lanes = pendingLanes;
while (lanes > 0) {
    var index = pickArbitraryLaneIndex(lanes);
    var lane = 1 << index;
    var expirationTime = expirationTimes[index];
    if (expirationTime === NoTimestamp) {
      if ((lane & suspendedLanes) === NoLanes || (lane & pingedLanes) !== NoLanes) {
        expirationTimes[index] = computeExpirationTime(lane, currentTime);
      }
    } else if (expirationTime <= currentTime) {
      root.expiredLanes |= lane;
    }
    lanes &= ~lane;
}

• 遍歷31條賽道，判斷每條賽道的過期時間是否為 NoTimestamp，如果是，且該賽道存在待執(zhí)行的任務，則為該賽道初始化過期時間
• 如果該賽道已存在過期時間，且過期時間已經小于當前時間，則代表任務已過期，需要將當前優(yōu)先級合并到 expiredLanes，這樣在下一輪 render 階段就會以同步優(yōu)先級調度當前 HostRoot

可以參考 render 階段執(zhí)行的函數 performConcurrentWorkOnRoot 中的代碼片段

var exitStatus = shouldTimeSlice(root, lanes) && ( !didTimeout) ? 
                    renderRootConcurrent(root, lanes) : 
                    renderRootSync(root, lanes);

可以看到只要 shouldTimeSlice 只要返回 false，就會執(zhí)行 renderRootSync，也就是以同步優(yōu)先級進入 render 階段。而 shouldTimeSlice 的邏輯也就是剛剛的 expiredLanes 屬性相關

function shouldTimeSlice(root, lanes) {
  // 如果 expiredLanes 里面有東西，代表有饑餓任務
  if ((lanes & root.expiredLanes) !== NoLanes) {
    return false;
  }
  var SyncDefaultLanes = InputContinuousHydrationLane | 
                          InputContinuousLane | 
                          DefaultHydrationLane | 
                          DefaultLane;
  return (lanes & SyncDefaultLanes) === NoLanes;
}

總結

react 的優(yōu)先級機制在源碼中并不是一個獨立的，解耦的模塊，而是涉及到了react整體運行的方方面面，最后回歸整理下優(yōu)先級機制在源碼中的使用，讓大家對優(yōu)先級機制有一個更加整體的認知。

• 時間分片。涉及到任務打斷、根據優(yōu)先級計算分片時長
• setState 生成 Update 對象。每個 Update 對象里面都有一個 lane 屬性，代表此次更新的優(yōu)先級
• 高優(yōu)先級任務打斷低優(yōu)先級任務。每一次調度都會對正在進行任務和當前任務最高優(yōu)先級做比較，如果不相等，就代表有高優(yōu)先級任務進來，需要打斷當前正在的任務。
• 低優(yōu)先級任務重啟。協調 (reconcile) 的下一個階段是渲染 (renderer)，也就是我們說的 commit 階段，在此階段末尾，會調用 ensureRootIsScheduled 發(fā)起一次新的調度，執(zhí)行尚未完成的低優(yōu)先級任務。
• 饑餓任務喚醒。每次調度的開始，都會先檢查下有沒有過期任務，如果有的話，下一次就會以同步優(yōu)先級進行 render 任務(reconcile)，同步優(yōu)先級就是最高的優(yōu)先級，不會被打斷