【React架构 - Scheduler中的MessageChannel】

前序

我们都知道JS代码是在浏览器5个进程(下面有介绍)中渲染进程中的Js引擎线程执行的，其他还有GUI渲染线程、定时器线程等，而页面的布局和绘制是在GUI线程中完成的，这些线程之间是互斥的，所以在执行Js的同时会阻塞页面的渲染绘制。

60帧我们是认识标准帧率，所以我们本文都是以60帧来进行说明，即16ms。

所以我们需要在16ms之内完成Js解析执行、样式布局、页面绘制这三个步骤，如果Js执行太长时间到站页面不能及时绘制就会导致卡顿。而在React15及之前都是同步执行的，当组件过多会很容易导致卡顿，这和React设计理念快速响应不符，所以在React16之后调整架构，自实现了Scheduler来通过时间分片结合可中断的方式来进行异步渲染，以及在此基础上新增了优先级来进行优先调度。

本文主要介绍了以下两个问题：

• MessageChannel是什么及其简单应用
• 为什么要自己实现Scheduler而不使用现有浏览器API

MessageChannel是什么？

MessageChannel能帮助我们构建一条通道，以DOM Event的形式发送信息，通道两端的端口发送消息实现通信，是一个宏任务。MessageChannel 实例有两个只读属性：

• port1: 消息通道的第一个端口，连接源上下文通道。
• port2: 消息通道的第二个端口，连接目标上下文通道。

port1、port2统称为MessagePort。

MessageChannel 可以通过调用 MessagePort 的 postMessage 函数相互发送消息，并通过监听 MessagePort 的 message 事件获取对方端口发送的消息内容。

const { port1, port2 } = new MessageChannel();

port1.onmessage = (e) => {
  console.log(`port1 接收来自 port2 的消息：${e.data}`)
  port1.postMessage('hello port2')
  port1.close()
}

port2.onmessage = (e) => {
  console.log(`port2 接收来自 port1 的消息：${e.data}`)
  port2.postMessage('hello, are you ok?') // 由于port1发送消息之后关闭了连接，所以这个不会没有地方接收
}

port2.postMessage('hello port1')`

简单来说，MessageChannel就是构建一个信息通道，通过postMessage发布消息，通过onMessage来订阅消息，通过close可以来关闭连接。

MessageChannel的应用场景

MessageChannel除了在Scheduler中进行分片和调度之外还有以下一些应用场景，下面进行简单介绍：

• 实现两个worker的直接通信
• window与单个iframe或者多个iframe之间的通信可以使用MessageChannel
• 可以作为简单的EventEmitter做事件的订阅发布,实现不同脚本之间的通信
• MessageChannel的消息在发送和接收的过程需要序列化和反序列化。利用这个特性，可以实现深拷贝，类似JSON.parse(JSON.stringify())

简单EventEmitter示例：

// a.js
export default function a(port) {
  port.postMessage({ from: 'a', message: 'ping' });
}

// b.js
export default function b(port) {
  port.onmessage = (e) => {
    console.log(e.data); // {from: 'a', message: 'ping'}
  };
}
// index.js
import a from './a.js';
import b from './b.js';
const { port1, port2 } = new MessageChannel();
b(port2);
a(port1);

MessageChannel实现深拷贝类似JSON.parse(JSON.stringify())，也有一些限制，比如：函数 和 Symbol 等特殊值无法拷贝，执行过程中会报错

MessageChannel的应用场景可以参考下这篇文章的应用场景介绍，其中有代码举例说明，较本文更加详细React 源码中的 MessageChannel 到底是什么

为神马不使用已有API？

针对这块内容，我们先从几个Q&A来了解一下原因，然后再看看MessageChannel在Scheduler中是如何使用的。

Q: 为什么不使用requestIdleCallback？
A: requestIdleCallback虽然是浏览器自带的api，用以在主事件循环上执行后台和低优先级工作，而不会影响延迟关键事件，如动画和输入响应。在一帧16ms里面如果有富余时间则会执行该函数里面注册的任务，但是其存在一些问题让React选择不使用：

• 浏览器兼容问题
• 稳定性差(正常情况下渲染一帧时长控制在16.67ms,requestIdleCallback FPS只有20ms )
• requestIdleCallback 目的主要是用来处理不重要且不紧急的任务，因为React渲染内容并非是不重要且不紧急;

从上面可以看出对safari浏览器不友好，详细兼容问题可以去can i use上查询。

Q：为什么不使用 requestAnimationFrame

• requestAnimationFrame(rFA)执行时机是页面渲染前，将React Task放到rAF中，依然有可能会阻塞渲染
• 有可能过了几次loop才调用一次rAF，React Task就会被搁置太久（浏览器并没有规定应该何时渲染页面，因此RAF是不稳定的）

Q: 为什么不使用setTimeout
A: 虽然MessageChannel也是宏任务，但其执行时间在setTimeout之前，而且setTimeout最低会有4ms的延迟，并且当浏览器不支持MessageChannel也会降级使用setTimeout。

至于为什么setTimeout会有4ms延迟，请查看这篇文章：为什么 setTimeout 有最小时延 4ms ?

React 源码中 MessageChannel 做了什么
上面解释了为什么React选择自己实现时间分片也不使用已有API来进行处理，下面从源码的角度来看看在React 源码中 MessageChannel 做了什么？

源码位置：packages/scheduler/src/forks/Scheduler.js

let schedulePerformWorkUntilDeadline;
if (typeof localSetImmediate === 'function') {
  schedulePerformWorkUntilDeadline = () => {
    localSetImmediate(performWorkUntilDeadline);
  };
} else if (typeof MessageChannel !== 'undefined') {
  const channel = new MessageChannel();
  const port = channel.port2;
  channel.port1.onmessage = performWorkUntilDeadline;
  schedulePerformWorkUntilDeadline = () => {
    port.postMessage(null);
  };
} else {
  schedulePerformWorkUntilDeadline = () => {] nullable value
    localSetTimeout(performWorkUntilDeadline, 0);
  };
}

通过以上代码可以看到，React 实现任务调度的方法顺序为：setImmediate -> setTimeout -> MessageChannel ，这几种方法都属于宏任务，决定该顺序的主要原因在于其运行时间的先后。

• setImmediate当前事件循环的末尾立即执行回调函数
• MessageChannel会在下一个事件循环的开头执行。 ​
• setTimeout定时执行，并且会有延迟

至于setImmediate、Promise、setTimeout、MessageChannel的先后执行时间可以在控制台执行下方代码查看，其中setImmediate和setTimeout谁先执行主要看setImmediate的注册时机

// setImmediate111比setTimeout先执行
setImmediate(() => {
	console.log('setImmediate111')
})
setTimeout(() => {
    console.log('setTimeout')
}, 0)
// setImmediate222比setTimeout后执行比MessageChannel先执行
setImmediate(() => {
	console.log('setImmediate222')
})
const { port1, port2 } = new MessageChannel()
port2.onmessage = function () {
    console.log('MessageChannel')
}
port1.postMessage('ping')
requestAnimationFrame(() => {
    console.log('requestAnimationFrame')
})
Promise.resolve().then(() => {
    console.log('Promise')
})
// setImmediate333最后执行
setImmediate(() => {
	console.log('setImmediate333')
})

在旧版本chrome上MessageChannel会先于setTimeout打印，在新版本chrome上则反过来，应该是chrome在某个版本上修改了宏任务优先级的实现。

题外话

由于上面提及到了浏览器进程，在这简单介绍下：仅限于Chrome浏览器
Chrome浏览器是多进程架构，主要是5个进程：

• 浏览器主进程(1个)：主要负责页面显示、用户交互、子进程管理、文件存储等功能。
• 网络进程(1个)：主要负责页面的网络资源加载，之前是作为一个模块运行在浏览器进程里面的，之后独立处理成为一个单独的进程。
• GPU 进程(1个)：负责处理 GPU 相关的任务。网页、Chrome 的 UI 界面都选择采用 GPU 来绘制，使得 GPU 成为浏览器普遍的需求，最后，Chrome 在其多进程架构上也引入了 GPU 进程。
• 渲染进程(Renderer进程，多个)：核心任务是将 HTML、CSS 和 JavaScript 转换为用户可以与之交互的网页。排版引擎 Blink 和 JavaScript 引擎 V8 都是运行在该进程中，默认情况下，Chrome 会为每个 Tab 标签创建一个渲染进程。出于安全考虑，渲染进程都是运行在沙箱模式下。渲染进程是多线程的，里面包含了比如GUI、js引擎、定时器等线程，详情可以查看这篇文章：浏览器渲染进程中的线程
• 插件进程(多个)：主要负责控制一个网页用到的所有插件。因为插件容易崩溃，所以需要通过插件进程来隔离，以保证插件进程崩溃不会对浏览器和页面造成影响。

为了避免一个进程崩溃而导致整个页面无法正常工作，不同的进程之前是相互隔离的，如果需要通信则要通过IPC机制（Inter Process Communication）来进行通信。

进程和线程

• 进程：一个进程就是一个程序的运行实例。详细解释就是，启动一个程序的时候，操作系统会为该程序创建一块内存，用来存放代码、运行中的数据和一个执行任务的主线程，我们把这样的一个运行环境叫进程。
• 线程：线程是依附于进程存在，而进程中使用多线程并行处理能提升运算效率。

进程和线程之间的关系有以下特点：

• 一个进程可以包含有多个线程；
• 线程之间可以共享进程中的数据；
• 进程之间的内容相互隔离，不同进程数据不能共享；
• 进程中的任意一线程执行出错，都会导致整个进程的崩溃；
• 当一个进程关闭之后，操作系统会回收进程所占用的内存。