时间切片 + 双工作循环 + 优先级模型：React 的并发任务管理策略

LRH2025-10-21 10:43

前言

React 作为著名的 UI 构建库，快速响应是其特点之一。然而 JS 作为单线程语言，在运行某个任务时，会阻塞主线程对于其他事件的响应，针对此特点，React 制定了特定的任务管理策略，以支持并发的任务管理策略。

本文将梳理 React 如何实现并发特性，及如何调度不同任务的执行顺序。

并发 & 并行

在文章正式开始前，先简单梳理一下计算机科学中的并发和并行。

它们分别描述了两种对任务的不同处理方案：

  • 并发：单个处理器通过时间片轮转的方式，实现多个任务交替执行，由于每个时间片很短，看起来像多个任务同时执行。
  • 并行：多个处理器同时执行不同任务。

以生活中的例子举例，假设有一家服装店：

  • 并发就像店里只有一名工作人员，他轮转地为顾客介绍商品、收款、打包货物。
  • 并行则像店里有多名工作人员，分别负责介绍商品、收款、打包货物。

并发的特点在于及时响应，并行则在于同时处理。

并发特性概述

在 React 中，由于状态的变更（如 setState 的调用）所导致页面的重新渲染可以看作是一个任务（渲染任务）。

在 React16 之前，有两个核心问题：

  1. 渲染任务不可中断，无法及时响应用户的操作，造成应用卡顿的风险。
  2. 渲染任务无法根据优先级排序，后面触发的高优先级任务需要等待之前的低优先级任务执行完毕之后才能执行，造成用户体验不佳。

为了解决以上问题，React16 推出了 Fiber 架构，并且基于 Fiber 架构将不可中断的 stack reconciler 重构为可中断的 fiber reconciler，并且辅以优先级系统，优先响应高优先级任务，优化用户体验。

以上的解决方案，正是 React 并发特性（Concurrent Features）的基础。

React 的并发特性是一种渲染策略，旨在提升应用的响应能力。它让 React 在执行渲染任务的时候仍保持对其事件的响应能力，且可以根据任务优先级中断当前工作，优先处理高优先级的任务（如点击、输入），之后再恢复低优先级的渲染任务。

React 之所以能拥有并发能力，底层依靠以下三个概念：

  • Fiber 架构 ------ 底层架构
    • 需要实现并发能力，重点是可中断/恢复的渲染。Fiber 架构为可中断渲染提供了底层数据结构的支持。将整个更新任务拆分为多个工作单元，每个 Fiber 节点代表一个工作单元。从数据结构上让可中断渲染成为可能。
  • Scheduler ------ 架构驱动
    • Fiber 架构为可中断渲染提供了数据结构上的支持，同时也需要一个新的调度方式与之匹配，去控制渲染过程（否则还是使用旧的同步运行方式，Fiber 架构将无法发挥能力）
    • 借助时间切片，控制任务的执行时间，防止长期占用主线程，Scheduler 则提供了此能力。
  • Lanes 模型 ------ 任务优先级策略
    • 不同的任务分为不同的优先级。高优先级任务可以打断低优先级任务，以实现重要任务的及时响应。Lanes 模型为不同任务赋予不同优先级，配合时间切片实现高优先级任务打断低优先级任务的能力。

接下来将介绍上述三者是如何配合实现渲染过程不阻塞主线程，及高优先级任务打断低优先级任务这两个并发特性需要具备的底层能力。

优先级系统

优先级系统用于区分任务的紧急程度，React 根据任务不同的优先级安排不同的执行执行时机，也是实现高优先级任务打断低优先级任务的依据。

Lanes 优先级系统

React 自身拥有 Lanes 优先级，在 Fiber 节点中以 lanes 属性记录。

Lanes 优先级系统使用二进制数字代表优先级，数字越小优先级越高。

如下节选部分优先级，完整优先级见这里

javascript 复制代码 
export const SyncLane: Lane = /*                        */ 0b0000000000000000000000000000001;

export const InputContinuousHydrationLane: Lane = /*    */ 0b0000000000000000000000000000010;
export const InputContinuousLane: Lane = /*             */ 0b0000000000000000000000000000100;

export const DefaultHydrationLane: Lane = /*            */ 0b0000000000000000000000000001000;

事件优先级

在 React 中，还有另外一套优先级系统------事件优先级。

React 中的事件都是包装过的合成事件，每种事件都会带有不同的优先级。我们通过点击或者其它事件出发绑定的监听事件的时候就会带上对应的优先级。

使用 getEventPriority 函数，通过事件名称获取对应的优先级。

javascript 复制代码 
export function getEventPriority(domEventName: DOMEventName) {
  switch (domEventName) {
    // ...some code...
    case "cancel":
    case "click":
      return DiscreteEventPriority;
    default:
      return DefaultEventPriority;
  }
}

Scheduler 优先级系统

Scheduler 是一个独立的任务调度系统，所以它拥有自己的优先级系统。

Scheduler 的优先级系统将任务的优先级分为了：

javascript 复制代码 
const ImmediatePriority = 1;
const UserBlockingPriority = 2;
const NormalPriority = 3;
const LowPriority = 4;
const IdlePriority = 5;

Scheduler 会根据任务不同的优先级，分配不同的过期时间，如下节选部分 unstable_scheduleCallback 函数代码：

javascript 复制代码 
var maxSigned31BitInt = 1073741823;

// Times out immediately
var IMMEDIATE_PRIORITY_TIMEOUT = -1;
// Eventually times out
var USER_BLOCKING_PRIORITY_TIMEOUT = 250;
var NORMAL_PRIORITY_TIMEOUT = 5000;
var LOW_PRIORITY_TIMEOUT = 10000;
// Never times out
var IDLE_PRIORITY_TIMEOUT = maxSigned31BitInt;

function unstable_scheduleCallback() {
  // ...some code...

  var timeout;
  switch (priorityLevel) {
    case ImmediatePriority:
      timeout = IMMEDIATE_PRIORITY_TIMEOUT;
      break;
    case UserBlockingPriority:
      timeout = USER_BLOCKING_PRIORITY_TIMEOUT;
      break;
    case IdlePriority:
      timeout = IDLE_PRIORITY_TIMEOUT;
      break;
    case LowPriority:
      timeout = LOW_PRIORITY_TIMEOUT;
      break;
    case NormalPriority:
    default:
      timeout = NORMAL_PRIORITY_TIMEOUT;
      break;
  }

  var expirationTime = startTime + timeout;

  // ...some code...
}

优先级之间的互相转换

  • Lanes 优先级转事件优先级：通过函数lanesToEventPriority实现，传入 lanes 优先级即可得到对应的事件优先级

  • 事件优先级转 scheduler 优先级：通过上面的 unstable_scheduleCallback 函数中的 switch 语句转换

一般而言，我们只需要了解 Lanes 优先级和事件优先级是 React 中的优先级，而 Scheduler 优先级是 Scheduler 库自身的优先级。

React 中的任务最终需要通过 Scheduler 进行调度，所以当 React 中触发了某个事件，赋予了优先级之后，需要进行Lanes优先级 -> 事件优先级 -> Scheduler优先级的转换。

Fiber 架构

Fiber 架构在之前的文章中有聊到，本文只简单提及其核心作用。

在 Fiber 架构被创造出来之前，React 的渲染任务是一整个任务，即一旦开始执行便不可暂停与恢复。

为了防止渲染过程阻塞主线程，需要设计渲染任务可暂停与恢复的渲染架构。于是 Fiber 架构就被创造出来了，为 React 的可中断渲染提供数据结构上的支持。

每个 Fiber 节点代表一个组件节点或原生元素节点，同时也代表渲染任务中的一个工作单元。依靠 child、sibling、return 节点形成链式树状结构，从结构上支持遍历的中断与恢复（知道自己从哪里来，该往哪里去）。

在执行渲染任务的过程中，可以以工作单元（Fiber 节点）为颗粒度暂停渲染，让出主线程转而去响应其他事件，处理完毕后再回来恢复渲染任务。（此过程的工作单元的执行与暂停需要 Scheduler 进行调度，Fiber 架构只提供数据结构上的支持）。

Scheduler

Scheduler是一个功能上独立于 React 的依赖包，主要实现了时间切片和优先级系统，用于控制任务的执行过程，其官方描述为：

This is a package for cooperative scheduling in a browser environment. It is currently used internally by React, but we plan to make it more generic.

可译为： 这是一个用于在浏览器环境中进行协作式调度的包。目前它被 React 内部使用，但我们计划使其更加通用。

React 使用此依赖包进行任务的调度，使任务的执行不会长期阻塞主线程，提供并发特性的底层支持。

任务创建与调度

Scheduler 通过暴露 unstable_scheduleCallback 函数，给使用者创建任务，并自动进行调度。

javascript 复制代码 
function unstable_scheduleCallback(priorityLevel, callback, options) {}

unstable_scheduleCallback 会创建任务并加入到任务队列中，然后调用 schedulePerformWorkUntilDeadline 函数进行调度。

schedulePerformWorkUntilDeadline 函数如下所示，会根据不同的环境选择不同的调度方案，在正常浏览器中，会使用 MessageChannel 发布任务调度的消息。

MessageChannel 实例拥有两个端口 port，可以分别监听和发送消息。

当监听函数被触发时，会作为宏任务加入宏任务队列，需浏览器的事件循环机制进行调度执行。

javascript 复制代码 
let schedulePerformWorkUntilDeadline;
if (typeof localSetImmediate === "function") {
  // Node.js and 旧版本IE.
  // ...some code...
} else if (typeof MessageChannel !== "undefined") {
  // 浏览器环境，使用MessageChannel

  // DOM and Worker environments.
  // We prefer MessageChannel because of the 4ms setTimeout clamping.
  const channel = new MessageChannel();
  const port = channel.port2;
  // 监听任务调度的信息，并执行performWorkUntilDeadline
  channel.port1.onmessage = performWorkUntilDeadline;
  // 发布任务调度消息
  schedulePerformWorkUntilDeadline = () => {
    port.postMessage(null);
  };
} else {
  // 低版本浏览器
  // ...some code...
}

MessageChannel 将任务调度加入到宏任务队列中，浏览器将通过事件循环机制，在合适的事件调用此宏任务，即执行上面代码中的 performWorkUntilDeadline 函数。

performWorkUntilDeadline 中将会正式调用 scheduledHostCallback 执行渲染任务（具体执行方式见文章后续的 workLoop），并且通过其返回值判断是否有剩余任务，如果有的话，则通过 MessageChannel 重新发起调度，等待浏览器事件循环机制执行，确保不会阻塞主线程。

javascript 复制代码 
const performWorkUntilDeadline = () => {
  //
  if (scheduledHostCallback !== null) {
    const currentTime = getCurrentTime();
    startTime = currentTime;
    const hasTimeRemaining = true;
    let hasMoreWork = true;
    try {
      // scheduledHostCallback的核心就是执行下面将会提到的workLoop，它将会返回workLoop的返回值。
      // 如果返回值 hasMoreWork 为true就说明任务没执行完还要发起下一次调度
      hasMoreWork = scheduledHostCallback(hasTimeRemaining, currentTime);
    } finally {
      if (hasMoreWork) {
        // 如还有剩余任务，则重新请求调度（即上面提到了MessageChannel）
        schedulePerformWorkUntilDeadline();
      } else {
        isMessageLoopRunning = false;
        scheduledHostCallback = null;
      }
    }
  } else {
    isMessageLoopRunning = false;
  }
  needsPaint = false;
};

时间切片

时间切片的含义在于，规定时间片的长度，每执行完一个任务后，检查本轮耗时是否超过时间片范围，如超过则让出主线程，并在下一轮事件循环中继续执行任务。

实现时间分片的主要函数之一为 shouldYieldToHost，它的作用在于检测当前时间切片的时间是否耗尽，是否需要让出主线程。

javascript 复制代码 
function shouldYieldToHost() {
  const timeElapsed = getCurrentTime() - startTime;
  // frameInterval为时间片，React中默认为5ms
  if (timeElapsed < frameInterval) {
    // The main thread has only been blocked for a really short amount of time;
    // smaller than a single frame. Don't yield yet.
    return false;
  }

  // ...some code...
}

工作循环

实现时间分片功能，除了上述判断当前时间片是否耗尽的函数以外，还需要使用循环来控制任务的执行及中断。如下图所示：

即任务列表中的任务并非以同步的方式一次性执行，而是每执行完一个任务后，判断时间片是否耗尽，再决定继续执行任务还是让出主线程，等待下一次任务调度。

Scheduler 中的工作循环

在 React 中，每当状态改变而触发的渲染任务会存放在任务队列 taskQueue 中，我们不能一次性地清空任务队列（可能会阻塞主线程，引起应用卡顿），而应该使用循环配合时间片的方式去调度任务的执行。

而负责调度 taskQueue 执行的调度器则是 Scheduler，它控制的循环可称为任务调度循环。

具体体现为 workLoop 函数，此循环会不断从任务队列中取出任务执行，并且调用 shouldYieldToHost 函数进行判断，在适当时机让出主线程。 以下为 workLoop 函数节选，完整代码在这里阅读

javascript 复制代码 
function workLoop(hasTimeRemaining, initialTime) {
  let currentTime = initialTime;
  advanceTimers(currentTime); // 通过小顶堆获取优先级最高的任务
  currentTask = peek(taskQueue);
  while (
    currentTask !== null &&
    !(enableSchedulerDebugging && isSchedulerPaused)
  ) {
    if (
      currentTask.expirationTime > currentTime &&
      (!hasTimeRemaining || shouldYieldToHost())
    ) {
      // 判断是不是过期
      // 任务没有超时并且时间片时间已耗尽
      // This currentTask hasn't expired, and we've reached the deadline.
      break;
    }
    // 获取任务的回调函数
    const callback = currentTask.callback;
    if (typeof callback === "function") {
      currentTask.callback = null;
      currentPriorityLevel = currentTask.priorityLevel;
      // 回调是不是已经过期
      const didUserCallbackTimeout = currentTask.expirationTime <= currentTime;
      if (enableProfiling) {
        markTaskRun(currentTask, currentTime);
      } // 执行任务，并返回任务是否中断还是已执行完成
      const continuationCallback = callback(didUserCallbackTimeout);
      currentTime = getCurrentTime(); // 如果callback执行之后的返回类型是function类型就把又赋值给currentTask.callback，说明没执行完。没有执行完就不会执行pop逻辑，下一次返回的还是当前任务
      if (typeof continuationCallback === "function") {
        currentTask.callback = continuationCallback;
      } else {
        // 不是函数说明当前任务执行完，弹出来就行
        if (currentTask === peek(taskQueue)) {
          pop(taskQueue);
        }
      }
      advanceTimers(currentTime);
    } else {
      pop(taskQueue);
    }
    // 取出下一个任务
    currentTask = peek(taskQueue);
  } // 如果task队列没有清空, 返回true。 等待Scheduler调度下一次回调
  // Return whether there's additional work
  if (currentTask !== null) {
    return true;
  } else {
    // task队列已经清空, 返回false.
    const firstTimer = peek(timerQueue);
    if (firstTimer !== null) {
      requestHostTimeout(handleTimeout, firstTimer.startTime - currentTime);
    }
    return false;
  }
}

可以理解为，Scheduler 的任务调度循环控制的颗粒度为任务层面。

reconciler 中的工作循环

细心的同学可能发现了，上述任务调度循环中提到"完成某个任务后，会检测本轮任务调度所花费的时间"，那么如果有一个非常庞大的任务，它的执行时间远超 5ms，那么如果 React 也需等待它执行完毕后才能进行判断，从而让出主线程，那么此任务的执行过程也会使 React 应用处于长时间的阻塞。

上述提到的隐患的确是存在的，为了避免单个任务执行时间过长，从而阻塞主线程，React 除了上述提到的任务调度循环，还设计了另一个颗粒度更细的循环机制加以辅助------Fiber构建循环。

Fiber 构建循环存在于 react-reconciler 包中，而不是 Scheduler 包中，因为 Fiber 工作单元的执行属于协调过程。

上面我们提到了，React 借助 Fiber 架构，将一整个渲染任务拆分成多个工作单元（即 Fiber 节点），每个工作单元的执行过程就是 Reconciler 构建 workInProgress 树的过程。当某个任务中的所有工作单元执行完成之后，那么此任务也就执行完成了。

同样地，在 Fiber 构建的过程中，每执行完一个工作单元，就会调用 shouldYieldToHost（代码中导入时会重命名为 shouldYield）判断时间片是否超时，如没超时则继续执行下一个工作单元，否则将会中断当前任务，让出主线程。且得益于 Fiber 架构的链式树状结构，在下次任务恢复时，可从中断的工作单元处恢复执行，而无需重新执行整个任务。

javascript 复制代码 
function workLoopConcurrent() {
  // Perform work until Scheduler asks us to yield
  while (workInProgress !== null && !shouldYield()) {
    // performUnitOfWork就是Fiber节点构建的过程，包含beginWork和completeWork
    performUnitOfWork(workInProgress);
  }
}

上面源码中的 performUnitOfWork 函数即是 fiber 工作单元的执行函数，workInProgress 记录着当前需要执行的 fiber 节点，如 workInProgress 的值为 null，则证明当前任务的所有工作单元都已执行完毕。

双工作循环总结

上述 Scheduler 和 Reconciler 中的两个工作循环，分别从任务层面和 fiber 工作单元层面进行控制，使得 React 应用在执行渲染任务的过程中，能够及时主动地让出主线程，响应其他事件。

它们的关系如下图所示：

至此，React 通过双工作循环与时间切片配合，已经解决了同步执行渲染任务导致主线程无法响应用户事件的问题了。

高优先级任务打断低优先级任务

根据优先级打断的必要性

通过上面提到的双工作循环加时间切片，已经实现了渲染任务的异步执行，每隔大约 5ms 会让出主线程，去处理用户交互等事件。但要真正做到优化用户体验，似乎仅仅实现任务异步执行是不足够的，试想一下如下场景。

假设现在我们的任务队列中有多个任务，现在按按照上述双工作循环异步执行，而此时用户触发了点击事件，导致 React 应用的状态发生了改变，从而触发了一个新的渲染任务，并放置到任务队列的末端。那么按照上述逻辑，这个新的渲染任务需要等待前面的所有渲染任务执行完毕之后，才会执行，那么从用户点击到任务执行之间就存在较长的等待时间，用户可能会认为这是一个不好的体验。

上述场景的问题在于，任务队列中的任务没有优先级的概念，遵循先进先出的规则。那么像用户交互而触发的状态变化引起的渲染任务，可能需要等待较长时间才能执行，从而导致体验不佳。

为了优化上述场景，React 将不同情况引起的状态改变而触发的渲染任务分为不同的优先级（即上面提到的 Lanes 优先级模型），并且在低优先级任务执行期间，如果触发了高优先级任务，则高优先级任务可以"打断"低优先级任务，先行执行。

根据优先级打断的原理

上提到的"高优先级任务打断低优先级任务"的描述其实并不严谨。

实际上，当执行低优先级任务时，如果触发了高优先级任务，那么高优先级任务并不会主动打断低优先级任务的执行。而是任务调度循环基于时间片打断低优先级任务，然后在下一次任务调度的时候，在任务队列中取出优先级最高的任务执行。但由于 5ms 的时间片很短暂，所以造成高优先级任务主动打断低优先级任务的错觉。

javascript 复制代码 
function workLoop(hasTimeRemaining, initialTime) {
  let currentTime = initialTime;
  advanceTimers(currentTime);

  // 通过小顶堆获取第一个优先级最高的任务
  currentTask = peek(taskQueue);

  // ...some code...
  // 循环执行任务队列中的任务，直至时间片耗尽
}

总结

为了优化用户体验，React 设计了并发的任务管理策略，实现了以下两个目标:

  • 在任务执行过程中，主动让出主线程，响应其他事件。
  • 在执行低优先级任务过程中，如触发了高优先级任务，可通过调度策略，优先执行高优先级任务。

实现的逻辑主要集中在时间切片 + 双工作循环 + 优先级系统：

  • 多个任务以时间片为单位执行，而非同步地一次性执行，每消耗完一个时间片，让出主线程。
  • 通过任务调度循环和 Fiber 构建循环，从任务层面和 Fiber 工作单元层面分别检测时间片，以更小颗粒度进行任务调度。
  • 为每个任务分配优先级，在每个时间片进行任务调度时，总是取出最高优先级的任务执行，以便及时响应高优先级任务。

参考

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