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React性能测量和分析

上一篇文章讲了 React 性能优化的一些方向和手段,这篇文章再补充说一下如何进行性能测量和分析, 介绍 React 性能分析的一些工具和方法.

进行任何性能优化的前提是你要找出’性能问题‘,这样才能针对性地进行优化。我觉得对于 React 的性能优化可以分两个阶段:

  • 1. 分析阶段

    • 通过分析器(Profiler)找出重新渲染的组件、重新渲染的次数、以及重新渲染耗费的资源与时间
    • 变动检测. 通过分析器我们可以知道'什么被重新渲染, 重新渲染的代价',那么变动检测回答的问题就是: ’为什么这些进行了重新渲染?'
  • 2. 优化阶段. 优化阶段我们针对分析阶段抛出的问题进行解决,解决的方法有很多,可以参考本文的姊妹篇<浅谈React性能优化的方向>


本文大纲


下面本文测试的样板代码.

推荐点击 Preview 面板的Open In New Window, 或者直接点击该链接,在线动手实践

Edit React-Performance-Analyze-Demo



分析器

分析哪些组件进行了渲染,以及渲染消耗的时间以及资源。主要工具有 React 官方的开发者工具以及 Chrome 的 Performance 工具。

React Devtool

最先应该使用的肯定是官方提供的开发者工具,React v16.5 引入了新的 Profiler 功能,让分析组件渲染过程变得更加简单,而且可以很直观地查看哪些组件被渲染.

高亮更新

首先最简单也是最方便的判断组件是否被重新渲染的方式是'高亮更新(Hightlight Updates)'.

① 开启高亮更新:

② 运行效果如下:

③ 通过高亮更新,基本上可以确定哪些组件被重新渲染. 所以现在我们给 ListItem 加上 React.memo(查看 PureList 示例), 看一下效果:

效果非常明显,现在只有递增的 ListItem 会被更新,而且当数组排序时只有 List 组件会被刷新. 所以说‘纯组件’是 React 优化的第一张牌, 也是最有效的一张牌.



分析器

如果高亮更新无法满足你的需求,比如你需要知道具体哪些组件被渲染、渲染消耗多少时间、进行了多少次的提交(渲染)等等, 这时候就需要用到分析器了.

① 首先选择需要收集测量信息的节点(一般默认选中根节点,有一些应用可能存在多个组件树,这时候需要手动选择):

② Ok,点击 Record 开始测量


③ 看看测量的结果,先来了解一下 Profiler 面板的基本结构:

  • 1️⃣ 这是一个 commit 列表。commit 列表表示录制期间发生的 commit(可以认为是渲染) 操作,要理解 commit 的意思还需要了解 React 渲染的基本原理.

    在 v16 后 React 组件渲染会分为两个阶段,即 render 和 commit 阶段。

    • render 阶段决定需要进行哪些变更,比如 DOM。顾名思义, 这个阶段 React 会调用 render 函数,并将结果和上一次 render 的结果进行 diff, 计算出需要进行变更的操作队列
    • commit 阶段。或者称为提交阶段, 在这个阶段会执行 render 阶段 diff 出来的变更请求。比如 DOM 插入、更新、删除、排序等等。在这个阶段 React 还会调用 componentDidMount 和 componentDidUpdate 生命周期函数.

    在 v16 之前,或者在 Preact 这些'类 React' 框架中,并不区分 render 阶段和 commit 阶段,也就说这两个阶段糅合在一起,一边 diff 一边 commit。有兴趣的读者可以看笔者之前写的从 Preact 中了解组件和 hooks 基本原理

    切换 commit:


  • 2️⃣ 选择其他图形展示形式,例如 Ranked 视图,这个视图按照渲染消耗时间对组件进行排序:


  • 3️⃣ 火焰图 这个图其实就是组件树,Profiler 使用颜色来标记哪些组件被重新渲染。和 commit 列表以及 Ranked 图一样,颜色在这里是有意义的,比如灰色表示没有重新渲染;从渲染消耗的时间上看的话: 黑色 > 黄色 > 蓝色, 通过 👆Ranked 图可以直观感受到不同颜色之间的意义


  • 4️⃣ 当前选中组件或者 Commit 的详情, 可以查看该组件渲染时的 props 和 state

    双击具体组件可以详细比对每一次 commit 消耗的时间:


  • 5️⃣ 设置

    另外可以通过设置,筛选 Commit,以及是否显示原生元素:


④ 现在使用 Profiler 来分析一下 PureList 的渲染过程:


关于 Profiler 的详细介绍可以看这篇官方博客<Introducing the React Profiler>



Chrome Performance 工具

在 v16.5 之前,我们一般都是利用 Chrome 自带的 Performance 来进行 React 性能测量:


React 使用标准的User Timing API(所有支持该标准的浏览器都可以用来分析 React)来记录操作,所以我们在 Timings 标签中查看 React 的渲染过程。React 还特意使用 emoji 标记.

相对 React Devtool 而言 Performance 工具可能还不够直观,但是它非常强大,举个例子,如果说 React-Devtool 是Fiddler, 那么 Performance 就是Wireshark. 使用 Performance 可以用来定位一些比较深层次的问题,这可能需要你对 React 的实现原理有一定了解, 就像使用 Wireshark 你需要懂点网络协议一样

所以说使用 Performance 工具有以下优势:

  • 可以测量分析整个渲染的过程细节. 它可以定位某些具体方法的调用过程和消耗, 方便定位一些深层次问题.
  • 可以测量分析底层 DOM 的绘制、布局、合成等细节。方便定位浏览器性能问题

其实 Performance 是一个通用的性能检测工具,所以其细节不在本文讨论访问。 详细参考


其他工具

上面介绍的这些工具基本上已经够用了。社区上还有一些比较流行的工具,不过这些工具迟早/已经要被官方取代(招安),而且它们也跟不上 React 的更新。




变动检测

OK, 我们通过分析工具已经知道我们的应用存在哪些问题了,诊断出了哪些组件被无意义的渲染。下一步操作就是找出组件重新渲染的元凶, 检测为什么组件进行了更新.

我们先假设我们的组件是一个’纯组件‘,也就是说我们认为只有组件依赖的状态变更时,组件才会重新渲染. 非纯组件没有讨论的意义,因为只要状态变更或父级变更他都会重新渲染。

那么对于一个’纯组件‘来说,一般会有下面这些因素都可能导致组件重新渲染:

  • props + state 毫无疑问. 这里我们只需要关注来源于外部的 props. 内部 state 变动一般是人为触发的,比较容易发现
  • Mobx observable value. 如果访问了 mobx 传进来的响应式数据,就会建立一个状态依赖关系,这个相对于 props 和 context 来说是隐式的,检测它的变动我们可能需要利用 mobx 提供的一些工具
  • Context。 Context 的 value 的变更会强制重新渲染组件

props 变动检测

在上一篇文章中我就建议简化 props,简单组件的 props 的变更很容易预测, 甚至你肉眼都可以察觉出来。另外如果你使用 Redux,如果严格按照 Redux 的最佳实践,配合 Redux 的开发者工具,也可以很直观地判断哪些状态发生了变更。

如果你没办法满足以上条件,可能就得依赖工具了。之前有一个why-did-you-update的库,很可惜现在已经没怎么维护了(旧版本可以使用它)。这个库使用猴补丁(monkey patches)来扩展 React,比对检测哪些 props 和 state 发生了变化:

后面也有人借鉴 why-did-you-update 写了个why-did-you-render. 不过笔者还是不看好这些通过猴补丁扩展 React 的实现,依赖于 React 的内部实现细节,维护成本太高了,跟不上 React 更新基本就废了.

如果你现在使用 hook 的话,自己手写一个也很简单, 这个 idea 来源于use-why-did-you-update:

import { useEffect, useRef } from 'react';

export function useWhyDidYouUpdate(name: string, props: Record<string, any>) {
  // ⚛️保存上一个props
  const latestProps = useRef(props);

  useEffect(() => {
    if (process.env.NODE_ENV !== 'development') return;

    const allKeys = Object.keys({ ...latestProps.current, ...props });

    const changesObj: Record<string, { from: any; to: any }> = {};
    allKeys.forEach(key => {
      if (latestProps.current[key] !== props[key]) {
        changesObj[key] = { from: latestProps.current[key], to: props[key] };
      }
    });

    if (Object.keys(changesObj).length) {
      console.log('[why-did-you-update]', name, changesObj);
    } else {
      // 其他原因导致组件渲染
    }

    latestProps.current = props;
  }, Object.values(props));
}
复制代码

使用:

const Counter = React.memo(props => {
  useWhyDidYouUpdate('Counter', props);
  return <div style={props.style}>{props.count}</div>;
});
复制代码

如果是类组件,可以在componentDidUpdate使用类似上面的方式来比较 props


mobx 变动检测

排除了 props 变更导致的重新渲染,现在来看看是否是 mobx 响应式数据导致的变更. 如果你们团队不使用 mobx,可以跳过这一节。

首先不管是 Redux 和 Mobx,我们都应该让状态的变动变得可预测. 因为 Mobx 没有 Redux 那样固化的数据变更模式,Mobx 并不容易自动化地监测数据是如何被变更的。在 mobx 中我们使用@action 来标志状态的变更操作,但是它拿异步操作没办法。好在后面 mobx 推出了 flow API👏。

对于 Mobx 首先建议开启严格模式, 要求所有数据变更都放在@action 或 flow 中:

import { configure } from 'mobx';
configure({ enforceActions: 'always' });
复制代码

定义状态变更操作

import { observable, action, flow } from 'mobx';

class CounterStore {
  @observable count = 0;

  // 同步操作
  @action('increment count')
  increment = () => {
    this.count++;
  };

  // 异步操作
  // 这是一个生成器,类似于saga的机制
  fetchCount = flow(function*() {
    const count = yield getCount();
    this.count = count;
  });
}
复制代码

Ok 有了上面的约定,现在可以在控制台(通过 mobx-logger)或者 Mobx 开发者工具中跟踪 Mobx 响应式数据的变动了。


如果不按照规范来,出现问题会比较浪费时间, 但也不是没办法解决。Mobx 还提供了一个trace函数, 用来检测为什么会执行 SideEffect:

export const ListItem = observer(props => {
  const { item, onShiftDown } = props;
  trace();
  return <div className="list-item">{/*...*/}</div>;
});
复制代码

运行效果(递增了 value 值):

mobx-trace


Context 变更检测

Ok, 如果排除了 props 和 mobx 数据变更还会重新渲染,那么 100%是 Context 导致的,因为一旦 Context 数据变动,组件就会被强制渲染。笔者在浅谈 React 性能优化的方向提到了 ContextAPI 的一些陷阱。先排除一下是否是这些原因导致的.

现在并没有合适的跟踪 context 变动的机制,我们可以采取像上文的useWhyDidYouUpdate一样的方式来比对 Context 的值:

function useIsContextUpdate(contexts: object = {}) {
  const latestContexts = useRef(contexts);
  useEffect(() => {
    if (process.env.NODE_ENV !== 'development') return;
    const changedContexts: string[] = [];
    for (const key in contexts) {
      if (contexts[key] !== latestContexts.current[key]) {
        changedContexts.push(key);
      }
    }

    if (changedContexts.length) {
      console.log(`[is-context-update]: ${changedContexts.join(', ')}`);
    }

    latestContexts.current = contexts;
  });
}
复制代码

用法:

const router = useRouter();
const myContext = useContext(MyContext);

useIsContextUpdate({
  router,
  myContext,
});
复制代码


React Devtool 的 Interactions

这是 React Devtool 的一个实验性功能,Interactions 翻译为中文是‘交互’?这个东西目的其实就是为了跟踪‘什么导致了更新’,也就是我们上面说的变动检测。React希望提供一个通用的API给开发者或第三方工具,方便开发者直观地定位更新的原因:

上图表示在记录期间跟踪到了四个交互,以及交互触发的时间和耗时。因为还是一个Idea阶段,所以我们就挑选一些API代码随便看看:

/** 跟踪状态变更 **/
import { unstable_trace as trace } from "scheduler/tracing";

class MyComponent extends Component {
  handleLoginButtonClick = event => {
    // 跟踪setState
    trace("Login button click", performance.now(), () => {
      this.setState({ isLoggingIn: true });
    });
  };

  // render ...
}

/** 跟踪异步操作 **/
import {
  unstable_trace as trace,
  unstable_wrap as wrap
} from "scheduler/tracing";

trace("Some event", performance.now(), () => {
  setTimeout(
    wrap(() => {
      // Do some async work
    })
  );
});

/** 跟踪初始化渲染 **/
trace("initial render", performance.now(), () => render(<Application />));
复制代码


好了行文结束,如果觉得可以就点个 👍 吧

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