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React Scheduler 调度器详解 ​

Scheduler 是 React 18 引入的一个新的调度库，提供了一套基础的、与 React 核心渲染逻辑（Reconciler）相对独立的任务管理和执行机制。它不关心具体要渲染什么组件或者如何对比 Virtual DOM（这些是 Reconciler 的工作），而是专注于 如何高效、有序地安排和执行这些工作单元（tasks） 。这些底层能力主要包括：

  • 任务优先级管理 ： scheduler 能够区分不同任务的紧急程度。例如，用户输入（如点击、打字）产生的更新通常具有高优先级，而后台数据同步或预渲染等任务则可能具有较低优先级。
  • 时间切片 (Time Slicing) ：为了避免长时间运行的 JavaScript 任务阻塞浏览器主线程（导致页面卡顿或无响应）， scheduler 可以将一个大的渲染任务分割成多个小块。在执行完一个小块后，它可以将控制权交还给浏览器，让浏览器有机会处理更高优先级的事件（如用户输入）或进行必要的页面绘制。
  • 协作式调度 (Cooperative Scheduling) ： scheduler 会“协作地”与浏览器主线程配合。它会尝试在浏览器空闲时执行任务，或者在执行一小段时间后主动让出主线程（yield），确保不会独占太久。
  • 任务队列和回调机制 ： scheduler 内部维护任务队列，并利用浏览器提供的机制（如 MessageChannel ，或者在不支持的环境中回退到 setTimeout ）来安排任务在未来的某个时间点执行。

用一句话概括 React Scheduler的核心：决定任务在什么时间点执行。

具体来说， React Scheduler 会根据一下因素决定何时做:

  • 任务的优先级 ：高优先级的任务会比低优先级的任务更早被执行。
  • 任务的到期时间 ：某些任务可能有截止期限， scheduler 会尽力确保它们在到期前完成。
  • 浏览器的当前状态 ：如果浏览器主线程正忙于处理用户事件或关键渲染， scheduler 可能会推迟低优先级任务的执行。
  • 时间切片的需要 ：如果一个任务预计执行时间较长， scheduler 会决定在执行了一部分后暂停（yield），并在稍后的某个时间点继续。

scheduler的全流程 ​

React Scheduler 工作机制 ​

在谈论 React Scheduler 的工作机制时，我们就不得不提到浏览器的Event Loop的工作机制，毕竟 React Scheduler 是基于 Event Loop 实现的。

Event Loop工作机制 ​

浏览器的 Event Loop 是 JavaScript 异步执行的核心机制。它持续检查任务队列（Task Queue），并在调用栈（Call Stack）为空时，将队列中的任务取出并执行。任务分为两种主要类型：

  1. 宏任务 (Macrotasks): 如 setTimeout, setInterval, setImmediate (Node.js), I/O 操作, UI 渲染，以及 MessageChannel。
  2. 微任务 (Microtasks): 如 Promise.then/catch/finally, MutationObserver, queueMicrotask。

Event Loop 的基本流程是：

  • 执行当前调用栈中的同步代码。
  • 执行所有可用的微任务。
  • 取出一个宏任务来执行。
  • 重复上述过程。

Scheduler 如何与 Event Loop 配合？ ​

想象一下浏览器是一个繁忙的城市，Event Loop 就是这个城市的交通调度系统。它确保各种任务（比如用户点击按钮、动画播放、网络请求响应、以及 React 的更新）能够有序进行，不会造成交通瘫痪（即页面卡顿）。

React Scheduler 的角色就像一个智能的任务规划师，它需要将 React 的更新工作（比如重新计算组件、对比 Virtual DOM）安排到这个繁忙的交通系统中，同时还要保证：

  1. 用户体验优先： 不能因为 React 在埋头苦干，就让用户觉得页面卡死了，点击没反应。
  2. 高效完成任务： React 的更新也得尽快完成，让用户看到最新的界面。

那么Scheduler 如何与 Event Loop 配合？，核心思想是：化整为零，见缝插针。

  1. 接收任务，但不立即霸占“道路”：

    • 当 React 需要更新时（比如你调用了 setState），它不会立即开始所有工作。而是告诉 Scheduler：“我有一个更新任务，请帮忙安排一下。” 调用了 unstable_scheduleCallback;
    • Scheduler 会给这个任务一个优先级(基于 Lane 模型)和一个过期时间 ( expirationTime )，比如“这个更新很重要，需要快点处理”或者“这个更新不那么急，可以等等”。

  2. 利用 Event Loop 的“空闲时段”：

    • Scheduler 不会直接长时间占用 JavaScript 的执行线程（也就是 Event Loop 当前正在处理的“道路”）。
    • 它会通过一种机制（在浏览器中主要是 MessageChannel，可以理解为一种特殊的邮差服务）向 Event Loop 发送一个信号：“嘿，Event Loop，当你处理完手头紧急的事情（比如响应用户输入），并且有空的时候，请叫我一下，我有些工作要做。”
    • MessageChannel 发送的这个信号，会在 Event Loop 的宏任务队列中排队。这意味着 React 的工作会和其他的宏任务（如 setTimeout 回调、I/O 操作完成后的回调）一起等待被调度。
    • 为什么用 MessageChannel (宏任务) 而不是 setTimeout(fn, 0)? MessageChannel 通常比 setTimeout(fn, 0) 有更短的延迟和更可靠的调度，因为它被设计用于这种低延迟的通信。setTimeout(fn, 0) 的实际延迟可能因浏览器而异，且有最小延迟限制 (通常是 4ms 左右)。
    • 为什么不用微任务 (如 Promise.then)? 微任务会在当前宏任务执行完毕后、下一次 UI 渲染之前立即执行。如果 Scheduler 的工作量很大，并且都放在微任务中，可能会导致长时间阻塞主线程，使得 UI 无法响应用户交互和渲染更新，这与 Scheduler 的目标相悖。

  3. 分片执行，避免长时间占用：

    • 当 Event Loop 轮到处理 Scheduler 发出的那个“信号”（宏任务）时，Scheduler 就开始执行一小部分 React 的更新工作。
    • 关键在于“一小部分”。Scheduler 不会一口气做完所有事，它会设定一个时间限制（比如5毫秒）。
    • 在这5毫秒内，它会尽可能多地完成一些计算和对比工作。

  4. 主动“让路”，保持流畅：

    • 时间一到（5毫秒用完了），Scheduler 就会主动停下来，即使任务还没完成。
    • 它会检查：“我是不是该把控制权还给浏览器了？” 这就是让步机制 (shouldYieldToHost)。
    • 如果还有未完成的工作，Scheduler 会再次通过 MessageChannel 发送一个新的“信号”，预约下一个“空闲时段”。
    • 这样，React 的更新工作就被切分成很多小块，穿插在浏览器的其他任务之间执行。就像一个有礼貌的司机，开一段路就看看是否需要给急救车或行人让路。

为什么这样做？

  • 避免阻塞： 如果 React 一次性执行所有更新，而这个更新又很复杂，耗时很长，那么在这段时间内，浏览器就无法响应用户的点击、滚动等操作，页面看起来就像卡死了一样。通过分片和让步，主线程可以及时处理其他重要事务。
  • 提升响应性： 用户会感觉应用更加流畅，因为即使在进行复杂的后台更新，UI 依然能够响应交互。
  • 实现并发特性： 这种可中断、可恢复的更新机制是 React Concurrent Mode (并发模式) 的基石。它允许 React 同时处理多个不同优先级的更新，比如优先响应用户输入，而将一些不那么紧急的更新推迟或分片执行。

Scheduler与Event Loop的协同工作

  • 异步调度：Scheduler 利用 MessageChannel（宏任务）来异步触发 workLoop，避免阻塞主线程。
  • 优先级队列：通过最小堆实现的 taskQueue，确保最高优先级的任务总是最先被执行。
  • 时间切片：workLoop 在 5ms 的时间片内执行任务，并通过 shouldYieldToHost 检查是否需要让步。
  • 中断与恢复：如果任务可中断（回调返回一个函数），它可以在让步后，在下一轮调度中从中断处继续执行。

这种“入队 -> 异步调度 -> 分片执行 -> 让步 -> 再调度”的循环机制，构成了 React Scheduler 高效、协作的调度系统，是实现 React 并发特性的基石。

附：浏览器 Event Loop 详细流程图 ​

为了更精确地理解 Scheduler 的工作环境，下面是一个详细的浏览器 Event Loop 流程图，它展示了宏任务、微任务和渲染时机之间的关系。

流程详解：

  1. 开始循环：Event Loop 是一个持续不断的循环，每一轮都从检查宏任务队列开始。
  2. 执行一个宏任务：从宏任务队列中取出一个最旧的任务并执行它。常见的宏任务源包括用户输入事件、setTimeout、网络请求回调，以及 Scheduler 使用的 MessageChannel。
  3. 执行所有微任务：在一个宏任务执行完毕后，Event Loop 会立即检查微任务队列。它会循环执行并清空整个微任务队列。如果在执行微任务的过程中，又产生了新的微任务，这些新的微任务也会在同一轮循环中被立即执行。
  4. 检查是否需要渲染：清空微任务队列后，浏览器会评估自上次渲染以来是否有任何视觉变化（如 DOM 修改、样式变更），以及当前是否是合适的渲染时机（通常与屏幕刷新率同步，约 16.6ms 一次）。
  5. UI 渲染（可选）：如果需要渲染，浏览器会执行更新 UI 的一系列步骤（Style, Layout, Paint）。这个渲染过程本身不属于宏任务或微任务。
  6. 进入下一轮循环：完成渲染（或跳过渲染）后，Event Loop 开始下一轮循环，回到第一步，再次检查宏任务队列。

Scheduler 的切入点：React Scheduler 通过 MessageChannel.postMessage() 向宏任务队列中添加一个任务。当 Event Loop 执行到这个任务时，Scheduler 的 workLoop 就开始运行。它会在分配的时间片（如 5ms）内执行 React 的工作，然后主动停止，让出主线程。这样，即使 React 的工作还没完成，Event Loop 也能继续处理后续的微任务和可能的 UI 渲染，从而避免了页面卡顿。

实战用例 ​

理论知识结合实际案例能让我们更好地理解 Scheduler 的威力。下面是两个典型的场景。

案例一：高优先级用户输入中断低优先级渲染 ​

想象一个场景：页面上正在渲染一个包含 10,000 个项目的庞大列表（低优先级任务），此时用户点击了一个按钮来切换主题颜色（高优先级任务）。

如果没有 Scheduler：

JavaScript 是单线程的。浏览器会先埋头渲染完 10,000 个列表项，这个过程可能耗时数百毫秒甚至数秒。在此期间，浏览器主线程被完全阻塞，无法响应任何用户输入。用户会感觉页面卡死，点击按钮毫无反应，直到列表渲染完毕，主题切换的逻辑才有机会执行。

有了 Scheduler：

  1. 低优先级任务分片执行：渲染万条列表的任务被 scheduleCallback 赋予一个较低的优先级（如 IdlePriority），并进入 taskQueue。workLoop 开始在 5ms 的时间片内执行列表的渲染工作。

  2. 用户输入触发高优先级任务：用户点击按钮。React 事件系统将这次点击标记为高优先级（如 ImmediatePriority），并立即调用 scheduleCallback 安排一个新的、高优先级的任务。

  3. 中断发生：假设 workLoop 正在处理列表渲染的某个分片。在执行一小块工作后，它调用 shouldYieldToHost()。此时，即使 5ms 的时间片还没用完，Scheduler 也会因为检测到更高优先级的任务插入而决定立即让步。

  4. 高优先级任务抢占执行：workLoop 停止当前的低优先级工作。在下一轮宏任务中，workLoop 启动，它从 taskQueue 的堆顶取出的将是刚刚插入的、优先级最高的“主题切换”任务。这个任务通常执行得很快，瞬间完成。

  5. 恢复低优先级任务：主题切换任务完成后，taskQueue 中优先级最高的任务又变回了“渲染列表”。workLoop 会从上次中断的地方继续渲染列表项，直到下一个 5ms 时间片用完或又有新的高优任务插入。

通过这种方式，Scheduler 确保了用户的交互得到了最快响应，即使在进行繁重的后台渲染时，UI 依然保持流畅。

案例二：使用 useTransition 实现平滑的 UI 更新 ​

useTransition 是 React 18 提供的一个强大 Hook，它能将某些状态更新标记为“可过渡的”（Transition），这实质上是告诉 Scheduler：“这个更新不那么紧急，可以被中断”。

场景：一个搜索框，用户输入关键词后，下方会根据关键词过滤并渲染一个长列表。

未使用 useTransition 的问题：

每次用户输入一个字符 (onChange 事件)，setState 会立即触发一次高优先级的同步渲染。如果列表很大，过滤和渲染的计算量很大，那么每次按键都会导致短暂的 UI 冻结，使用户感觉输入卡顿。

使用 useTransition 优化：

jsx
import { useState, useTransition } from 'react';

function App() {
  const [isPending, startTransition] = useTransition();
  const [inputValue, setInputValue] = useState('');
  const [searchQuery, setSearchQuery] = useState('');

  const handleInputChange = (e) => {
    // 1. 立即更新输入框的值（高优先级）
    setInputValue(e.target.value);

    // 2. 将耗时的列表过滤更新包裹在 startTransition 中
    startTransition(() => {
      setSearchQuery(e.target.value); // (低优先级)
    });
  };

  return (
    <div>
      <input type="text" value={inputValue} onChange={handleInputChange} />
      {isPending && <p>Loading list...</p>}
      <MySlowList query={searchQuery} />
    </div>
  );
}

工作原理：

  1. setInputValue 是一个标准的、高优先级的状态更新。它会立即执行，确保用户在输入框中能立刻看到自己输入的字符，响应非常及时。

  2. startTransition 包裹的 setSearchQuery 更新则被 React 标记为过渡更新（TransitionLane）。Scheduler 会给这个任务一个较低的优先级。

  3. 调度分离：现在，一次按键触发了两个更新：一个高优先级的输入框更新和一个低优先级的列表渲染更新。

    • Scheduler 会优先执行前者，保证输入框不卡顿。
    • 然后，在浏览器的空闲时间，它会开始执行低优先级的列表渲染任务。如果此时用户又输入了新的字符，新的高优先级 setInputValue 会再次中断正在进行的低优先级列表渲染。旧的、未完成的低优先级渲染任务会被丢弃，Scheduler 会基于最新的 searchQuery 开始一次新的低优先级渲染。

useTransition 巧妙地利用了 Scheduler 的优先级和中断机制，让开发者能够轻松地将耗时操作降级，从而分离出关键的、需要立即响应的交互，极大地提升了复杂应用的用户体验。

这种设计使得 React 能够从容应对复杂应用中的大量更新，保持界面的流畅和响应。希望这样的解释能让你对 Scheduler 与 Event Loop 的结合有更清晰的理解！

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