[TSL] React Fiber란?

intersoom·2024년 5월 20일
리액트리액트파이버
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Intro

최근에 동아리 친구들과 함께 <모던 리액트 딥다이브> 라는 책의 스터디를 진행하고 있다. 책을 읽으면서 블로그에도 틈틈히 내용들을 정리해서 올려보겠다!

히스토리

React Fiber 이전에는 리액트에서 코어 아키텍쳐 방식으로 <스택 재조정자>를 사용하였다.

그런데, 해당 방식에는 스택이라는 자료구조를 활용하는만큼, 😈 꺼내는 순서가 정해져 있다 😈 는 문제점이 존재했다.

그래서 React 팀에서 v16부터 새롭게 제시한 방식이 Fiber 아키텍쳐이다.

React Fiber의 목표

리액트 웹 어플리케이션에서 발생하는 애니메이션, 레이아웃, 사용자 인터랙션에 올바른 결과물을 만드는 반응성 문제를 해결하는 것

앞서 히스토리에서 언급한 대로, 스택 방식은 모든 과정이 동기적으로 이루어지므로, 리액트가 비효율적으로 작동되는 문제점을 가졌다.

하지만, Fiber는 이러한 문제점을 해결하기 위해서 비동기적으로 작동할 수 있게끔 만들어졌고, 다음과 같은 것들이 가능해졌다.

  1. 작업을 작은 단위로 분할 + 쪼갠다 → 우선순위 매기기
  2. 이러한 작업을 일시중지하고 다시 시작 가능
  3. 이전에 했던 작업을 다시 재사용하거나 필요하지 않은 경우 폐기

이 모든 과정을 비동기적으로 처리할 수 있다.

용어 정리

용어가 조금 헷갈릴 수 있어서 먼저 짚고 넘어가겠다.
파이버에는 두 가지 의미가 존재한다.

  • 파이버 (아키텍쳐)

  • 파이버 (노드) : 리액트에서 관리하는 평범한 자바스크립트 객체이자, VDOM의 노드 객체이다.

🤔 Fiber vs React Element
Fiber는 React Element의 내용이 DOM에 반영되기 위해서 VDOM에 추가되어야하는데, 이를 위해서 React Element를 확장한 객체

즉, 정리하자면 Fiber = React Element + (컴포넌트의 상태, life cycle, hook)

가장 큰 차이점은 Fiber는 mount될 때 만들어진 것을 재사용한다는 점이고 React Element는 계속해서 재생성 된다는 점이다.

Fiber 실제 코드

리액트 공식 레포 실제 코드

function FiberNode(tag, pendingProps, key){
  // Instance
  this.tag = tag; // fiber의 종류를 나타냄
  this.key = key;
  this.type = null; // 추후에 React element의 type을 저장
  this.stateNode = null; // 호스트 컴포넌트에 대응되는 HTML element를 저장

  // Fiber
  this.return = null; // 부모 fiber
  this.child = null; // 자식 fiber
  this.sibling = null; // 형제 fiber
  this.index = 0; // 형제들 사이에서의 자신의 위치

  this.pendingProps = pendingProps; // workInProgress는 아직 작업이 끝난 상태가 아니므로 props를 pending으로 관리
  this.memoizedProps = null; // Render phase가 끝나면 pendingProps는 memoizedProps로 관리
  this.updateQueue = null; // 컴포넌트 종류에 따라 element의 변경점 또는 라이프사이클을 저장
  this.memoizedState = null; // 함수형 컴포넌트는 훅을 통해 상태를 관리하므로 hook 리스트가 저장된다.

  // Effects
  this.effectTag = NoEffect; // fiber가 가지고 있는 side effect를 기록
  this.nextEffect = null; // side effect list 
  this.firstEffect = null; // side effect list
  this.lastEffect = null; // side effect list 

  this.expirationTime = NoWork; // 컴포넌트 업데이트 발생 시간을 기록
  this.childExpirationTime = NoWork; // 서브 트리에서 업데이트가 발생할 경우 기록

  this.alternate = null; // 반대편 fiber를 참조
}
  • tag : Fiber는 항상 무언가와 1 : 1의 대응 관계를 갖는다.
    그래서 그 대응 관계에 있는 것을 다음 표를 참고하여서 tag라는 속성에 기입해둔다. 
var FunctionComponent = 0
var ClassComponent = 1
var IndeterminateComponent = 2
var HostRoot = 3
var HostPortal = 4
var HostComponent = 5
var HostText = 6
var Fragment = 7
var Mode = 8
var ContextConsumer = 9
var ContextProvider = 10
var ForwardRef = 11
var Profiler = 12
var SuspenseComponent = 13
var MemoComponent = 14
var SimpleMemoComponent = 15
var LazyComponent = 16
var IncompleteClassComponent = 17
var DehydratedFragment = 18
var SuspenseListComponent = 19
var ScopeComponent = 21
var OffscreenComponent = 22
var LegacyHiddenComponent = 23
var CacheComponent = 24
var TracingMarkerComponent = 25

💡 참고 💡
HostComponet = div, paragraph, etc

  • stateNode : Fiber 자체에 대한 참조 정보를 가지고 있음, 이를 바탕으로 리액트는 파이버와 관련된 상태에 접근

        앞서 언급한 무언가 와의 참조 관계를 유지할 수 있도록 도와준다.

  • return, child, sibling, index : Fiber 간의 관계를 나타내는 속성들

         Fiber Tree에는 children 관계는 없고, child와 sibling의 관계만 존재한다.

this.return = null; // 부모 fiber
this.child = null; // 자식 fiber
this.sibling = null; // 형제 fiber
this.index = 0; // 형제들 사이에서의 자신의 위치

다음과 같은 예시를 보면 이해가 빠를 것이다.

<div>
	<h1>1</h1>
	<h2>2</h2>
	<h3>3</h3>
</div>

첫번째 자식만 자식 관계로 취급되고 나머지의 자식들은 형제 관계로 취급된다.

  • pendingProps : 아직 작업을 미처 처리하지 못한 props
  • memoizedProps : pendingProps를 기준으로 렌더링이 완료된 이후에 pendingProps를 memoizedProps에 저장해 관리함
  • updateQueue : 상태 업데이트, 콜백 함수, DOM 업데이트 등 필요한 작업을 담아두는 큐 → 구조
    type UpdateQueue = {
	first : Update | null
	last : Update | null
	hasForceUpdate : boolean
	callbackList : null | Array<Callback> // setState로 넘긴 콜백 목록
}
  • memoizedState : 함수 컴포넌트의 훅 목록이 저장됨
  • alternate : 리액트 파이버 트리와 이어질 개념. 리액트의 트리는 2개인데, 이 alternate는 반대편 트리 파이버를 가리킴

Fiber Tree

이제 alternate 속성에 대해서 설명하면서 살짝 언급한 Fiber Tree에 대해서 알아보자.

재조정

Fiber는 재조정자가 관리하는데,

이는 가상 DOM(메모리 상에 UI 관련된 정보들을 띄우는 것)과 실제 DOM을 비교해 변경 사항을 수집하며, 만약 이 둘 사이에 차이가 있다면 변경에 관련된 정보를 가지고 있는 Fiber를 기준으로 화면에 렌더링 요청을 하는 것이다.

재조정 = 가상 DOM ↔ 실제 DOM을 비교하는 알고리즘

💭 참고

Note : 최근에 React 팀은 "가상 DOM"이라는 용어가 그리 대단한게 아니라고 밝혔습니다. Dan Abramov는 최근에 다음과 같이 얘기했습니다.
저는 "가상 DOM"이라는 용어를 폐기했으면 합니다. 이 용어는 2013년에는 말이 됐습니다. 왜냐하면 그때는 사람들이 React가 매번 렌더 할 때 마다 DOM 노드를 생성한다고 가정했기 때문입니다. 하지만 최근에는 이렇게 가정하는 사람이 거의 없습니다. "가상 DOM"은 마치 무슨 DOM 관련 이슈에 대한 임시방편 (Workaround)인 것 처럼 들립니다. 하지만 React는 그런게 아니에요.
React는 "value UI"입니다. React의 핵심 원칙은 UI는 문자열이나 배열처럼 그저 값 (value)이라는 겁니다. 여러분은 이 값을 변수에 저장하고, 어디든지 전달할 수 있으며, JavaScript의 제어 흐름 (Control Flow) 등등을 사용할 수 있습니다. 이러한 표현력 (expressiveness)이 핵심입니다. 변경 사항을 DOM에 적용하는 걸 막기 위한 비교 행위같은게 아닙니다.
심지어 React는 항상 DOM을 대표하지도 않습니다. 예를 들어 같은 것은 DOM이 아닙니다. 개념적으로 React는 Message.bind(null, { recipientId: 10 })와 같은 게으른 함수 (Lazy Function) 호출을 대표합니다.

실제 Fiber Tree

Fiber Tree는 앞서 언급한 대로 다음과 같이 2개의 트리로 구성 되어있다.

이를 더블 버퍼링 구조라고 한다. (그래픽 용어로 널리 활용됨)

🤔 더블 버퍼링이란?

예를 들어서, 트리에 내용을 모두 지워야 하는 경우가 있다고 해보자.

이 때, 하나의 트리만을 이용한다고 하면 트리의 내용을 모두 지워지는 중간 중간 과정을 사용자가 볼 수 있다. 그렇게 되면, 사용자 경험의 큰 저하를 줄 것이다. 화면이 막 반짝 반짝할 테니까..

이러한 사용자 경험 저하를 막기 위해서 A라는 트리를 보여줌과 동시에, B라는 트리에서 내용을 지우는 작업을 진행한다. 그리고 해당 작업이 완료 되면, 화면에 보이는 트리를 A에서 B로 대체함으로서, 처리 과정은 사용자가 볼 수 없게 하되 처리 결과만을 바로 바꿔서 보여주는 것이다!

그렇다면, 이런 더블 버퍼랑 구조를 활용한 React의 VDOM (편의상, 가상 DOM을 VDOM이라고 하겠다)은 어떻게 구성되어있을까?

Current Tree와 WorkInProgress Tree(WIP Tree라고 하겠다)로 구성되어 있다.

앞서 더블 버퍼링을 설명하면서 언급한 A 트리가 Current Tree이고, B 트리가 WIP Tree이다.

이 둘은 Fiber의 속성에서 언급한, alternate 속성으로 서로에 대한 참조를 유지하고 있고, 뒤에서 설명할 render phase에서 commit phase로 넘어가면서 둘의 역할이 스위치된다.

즉, current Tree를 가리키는 pointer가 A 트리를 가리키고 있다가, commit phase로 넘어가면서, B 트리를 가리키게 된다는 것이다.

파이버의 작업 순서

  1. beginWork() 함수 실행을 통해 파이버 작업을 수행 → 자식 없는 파이버를 만날 때까지 트리 형식으로 시작된다.

  2. 1번에서 작업이 끝난다면 그다음 completeWork() 함수를 실행해 파이버 작업을 완료한다.

  3. 형제가 있다면 형제로 넘어간다.

  4. 2, 3번이 모두 끝나면 return으로 돌아가 자신의 작업이 완료되었음을 알린다.

처음에 트리가 생성됨 → 이후에 setState 등의 업데이트 발생한다면, 기존의 생성된 트리를 활용해서 작업을 함 workInProgress 트리에서 “가급적 새로운 파이버를 생성하지 않는다” (Fiber와 React Element의 차이점)

Life Cycle

  • render phase

해당 단계는 비동기적으로 이루어진다.

  1. 재조정 단계
  2. 재조정자(reconciler)가 element 추가, 수정, 삭제와 같은 reconciler가 컴포넌트의 변경을 DOM에 적용하기 위해 수행하는 일(work)을 scheduler에 등록한다.
  3. scheduler가 work를 실행한다.

이 때, reconciler가 scheduler에 일을 등록하면서, abort, top, restart와 같은 함수를 이용하여 일의 우선순위를 매길 수 있다.

  • commit phase

해당 단계는 동기적으로 이루어진다.

  1. 재조정한 VDOM을 즉, WIP 트리의 내용을 실제 DOM에 반영한다.

        반영 직후에는, 실제 DOM 내용 === WIP 트리 내용 이기 때문에 WIP 트리가 Current 트리가 되는 것이라고도 할 수 있다.

  1. DOM 조작 일괄 처리 후, 리액트가 콜스택을 비워준 다음에 브라우저가 paint 시작
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