تطبیق در ری‌اکت (Reconciliation): تسلط بر مقایسه DOM مجازی و استراتژی‌های کلیدی برای بهبود عملکرد

ری‌اکت یک کتابخانه قدرتمند جاوا اسکریپت برای ساخت رابط‌های کاربری است. در هسته آن مکانیزمی به نام تطبیق (reconciliation) قرار دارد که مسئول به‌روزرسانی کارآمد DOM واقعی (Document Object Model) هنگام تغییر وضعیت یک کامپوننت است. درک مفهوم تطبیق برای ساخت برنامه‌های ری‌اکت با کارایی و مقیاس‌پذیری بالا ضروری است. این مقاله به بررسی عمیق عملکرد فرآیند تطبیق در ری‌اکت می‌پردازد و بر روی DOM مجازی، الگوریتم‌های مقایسه و استراتژی‌های بهینه‌سازی عملکرد تمرکز دارد.

تطبیق در ری‌اکت چیست؟

تطبیق فرآیندی است که ری‌اکت برای به‌روزرسانی DOM استفاده می‌کند. به جای دستکاری مستقیم DOM (که می‌تواند کند باشد)، ری‌اکت از یک DOM مجازی استفاده می‌کند. DOM مجازی یک نمایش سبک و درون حافظه‌ای از DOM واقعی است. هنگامی که وضعیت یک کامپوننت تغییر می‌کند، ری‌اکت DOM مجازی را به‌روز می‌کند، حداقل تغییرات لازم برای به‌روزرسانی DOM واقعی را محاسبه کرده و سپس آن تغییرات را اعمال می‌کند. این فرآیند به طور قابل توجهی کارآمدتر از دستکاری مستقیم DOM واقعی در هر تغییر وضعیت است.

این فرآیند را مانند تهیه یک نقشه دقیق (DOM مجازی) از یک ساختمان (DOM واقعی) در نظر بگیرید. به جای تخریب و بازسازی کل ساختمان برای هر تغییر کوچک، شما نقشه را با ساختار موجود مقایسه کرده و فقط اصلاحات لازم را انجام می‌دهید. این کار اختلالات را به حداقل رسانده و فرآیند را بسیار سریع‌تر می‌کند.

DOM مجازی: سلاح مخفی ری‌اکت

DOM مجازی یک شیء جاوا اسکریپت است که ساختار و محتوای رابط کاربری را نمایش می‌دهد. این در واقع یک کپی سبک از DOM واقعی است. ری‌اکت از DOM مجازی برای موارد زیر استفاده می‌کند:

• ردیابی تغییرات: ری‌اکت هنگام به‌روزرسانی وضعیت یک کامپوننت، تغییرات DOM مجازی را ردیابی می‌کند.
• مقایسه (Diffing): سپس DOM مجازی قبلی را با DOM مجازی جدید مقایسه می‌کند تا حداقل تعداد تغییرات مورد نیاز برای به‌روزرسانی DOM واقعی را تعیین کند. این مقایسه diffing نامیده می‌شود.
• به‌روزرسانی‌های دسته‌ای: ری‌اکت این تغییرات را دسته‌بندی کرده و آنها را در یک عملیات واحد به DOM واقعی اعمال می‌کند، که این کار تعداد دستکاری‌های DOM را به حداقل رسانده و عملکرد را بهبود می‌بخشد.

DOM مجازی به ری‌اکت اجازه می‌دهد تا به‌روزرسانی‌های پیچیده رابط کاربری را بدون دست زدن مستقیم به DOM واقعی برای هر تغییر کوچک، به طور کارآمد انجام دهد. این یکی از دلایل کلیدی است که چرا برنامه‌های ری‌اکت اغلب سریع‌تر و واکنش‌گراتر از برنامه‌هایی هستند که به دستکاری مستقیم DOM متکی هستند.

الگوریتم مقایسه (Diffing): یافتن حداقل تغییرات

الگوریتم مقایسه قلب فرآیند تطبیق در ری‌اکت است. این الگوریتم حداقل تعداد عملیات لازم برای تبدیل DOM مجازی قبلی به DOM مجازی جدید را تعیین می‌کند. الگوریتم مقایسه ری‌اکت بر دو فرض اصلی استوار است:

1. دو عنصر از انواع مختلف، درخت‌های متفاوتی تولید خواهند کرد. وقتی ری‌اکت با دو عنصر از انواع مختلف روبرو می‌شود (مثلاً یک <div> و یک <span>)، درخت قدیمی را به طور کامل حذف (unmount) کرده و درخت جدید را نصب (mount) می‌کند.
2. توسعه‌دهنده می‌تواند با استفاده از پراپ key به ری‌اکت نشان دهد کدام عناصر فرزند در رندرهای مختلف پایدار هستند. استفاده از پراپ key به ری‌اکت کمک می‌کند تا به طور کارآمد عناصری را که تغییر کرده، اضافه شده یا حذف شده‌اند، شناسایی کند.

الگوریتم مقایسه چگونه کار می‌کند:

1. مقایسه نوع عنصر: ری‌اکت ابتدا عناصر ریشه را مقایسه می‌کند. اگر انواع آنها متفاوت باشد، ری‌اکت درخت قدیمی را تخریب کرده و یک درخت جدید از ابتدا می‌سازد. حتی اگر انواع عناصر یکسان باشند اما ویژگی‌های (attributes) آنها تغییر کرده باشد، ری‌اکت فقط ویژگی‌های تغییر یافته را به‌روز می‌کند.
2. به‌روزرسانی کامپوننت: اگر عناصر ریشه از یک نوع کامپوننت باشند، ری‌اکت پراپ‌های کامپوننت را به‌روز کرده و متد render() آن را فراخوانی می‌کند. سپس فرآیند مقایسه به صورت بازگشتی بر روی فرزندان کامپوننت ادامه می‌یابد.
3. تطبیق لیست‌ها: هنگام پیمایش یک لیست از فرزندان، ری‌اکت از پراپ key برای تشخیص کارآمد اینکه کدام عناصر اضافه، حذف یا جابجا شده‌اند، استفاده می‌کند. بدون key، ری‌اکت مجبور به رندر مجدد تمام فرزندان می‌شود که می‌تواند به خصوص برای لیست‌های بزرگ ناکارآمد باشد.

مثال (بدون Key):

یک لیست از آیتم‌ها را تصور کنید که بدون key رندر شده است:

<ul>
  <li>آیتم ۱</li>
  <li>آیتم ۲</li>
  <li>آیتم ۳</li>
</ul>

اگر یک آیتم جدید را در ابتدای لیست وارد کنید، ری‌اکت مجبور است هر سه آیتم موجود را دوباره رندر کند زیرا نمی‌تواند تشخیص دهد کدام آیتم‌ها همان قبلی‌ها هستند و کدام جدید است. ری‌اکت می‌بیند که اولین آیتم لیست تغییر کرده و فرض می‌کند که *تمام* آیتم‌های بعد از آن نیز تغییر کرده‌اند. این به این دلیل است که بدون key، ری‌اکت از تطبیق مبتنی بر ایندکس استفاده می‌کند. DOM مجازی «فکر می‌کند» که 'آیتم ۱' به 'آیتم جدید' تبدیل شده و باید به‌روز شود، در حالی که ما فقط 'آیتم جدید' را به ابتدای لیست اضافه کرده‌ایم. در نتیجه، DOM باید برای 'آیتم ۱'، 'آیتم ۲' و 'آیتم ۳' به‌روزرسانی شود.

مثال (با Key):

حالا، همان لیست را با key در نظر بگیرید:

<ul>
  <li key="item1">آیتم ۱</li>
  <li key="item2">آیتم ۲</li>
  <li key="item3">آیتم ۳</li>
</ul>

اگر یک آیتم جدید را در ابتدای لیست وارد کنید، ری‌اکت می‌تواند به طور کارآمد تشخیص دهد که فقط یک آیتم جدید اضافه شده و آیتم‌های موجود صرفاً به پایین منتقل شده‌اند. ری‌اکت از پراپ key برای شناسایی آیتم‌های موجود و جلوگیری از رندرهای غیرضروری استفاده می‌کند. استفاده از key به این روش به DOM مجازی اجازه می‌دهد بفهمد که عناصر DOM قدیمی برای 'آیتم ۱'، 'آیتم ۲' و 'آیتم ۳' در واقع تغییر نکرده‌اند، بنابراین نیازی به به‌روزرسانی آنها در DOM واقعی نیست. عنصر جدید به سادگی می‌تواند به DOM واقعی اضافه شود.

پراپ key باید در میان خواهر و برادرها (siblings) منحصر به فرد باشد. یک الگوی رایج استفاده از یک شناسه منحصر به فرد از داده‌های شما است:

<ul>
  {items.map(item => (
    <li key={item.id}>{item.name}</li>
  ))}
</ul>

استراتژی‌های کلیدی برای بهینه‌سازی عملکرد ری‌اکت

درک تطبیق در ری‌اکت تنها قدم اول است. برای ساخت برنامه‌های واقعاً کارآمد، باید استراتژی‌هایی را پیاده‌سازی کنید که به ری‌اکت در بهینه‌سازی فرآیند مقایسه کمک کنند. در اینجا چند استراتژی کلیدی آورده شده است:

۱. استفاده مؤثر از Key ها

همانطور که در بالا نشان داده شد، استفاده از پراپ key برای بهینه‌سازی رندر لیست‌ها بسیار مهم است. اطمینان حاصل کنید که از key های منحصر به فرد و پایداری استفاده می‌کنید که هویت هر آیتم در لیست را به درستی منعکس می‌کنند. از استفاده از ایندکس‌های آرایه به عنوان key خودداری کنید اگر ترتیب آیتم‌ها ممکن است تغییر کند، زیرا این امر می‌تواند منجر به رندرهای غیرضروری و رفتار غیرمنتظره شود. یک استراتژی خوب استفاده از یک شناسه منحصر به فرد از مجموعه داده‌های شما برای key است.

مثال: استفاده نادرست از Key (ایندکس به عنوان Key)

<ul>
  {items.map((item, index) => (
    <li key={index}>{item.name}</li>
  ))}
</ul>

چرا بد است: اگر ترتیب items تغییر کند، index برای هر آیتم تغییر خواهد کرد و باعث می‌شود ری‌اکت تمام آیتم‌های لیست را دوباره رندر کند، حتی اگر محتوای آنها تغییر نکرده باشد.

مثال: استفاده صحیح از Key (شناسه منحصر به فرد)

<ul>
  {items.map(item => (
    <li key={item.id}>{item.name}</li>
  ))}
</ul>

چرا خوب است: item.id یک شناسه پایدار و منحصر به فرد برای هر آیتم است. حتی اگر ترتیب items تغییر کند، ری‌اکت همچنان می‌تواند هر آیتم را به طور کارآمد شناسایی کرده و فقط آیتم‌هایی را که واقعاً تغییر کرده‌اند، دوباره رندر کند.

۲. جلوگیری از رندرهای غیرضروری

کامپوننت‌ها هر زمان که پراپ‌ها یا وضعیت آنها تغییر کند، دوباره رندر می‌شوند. با این حال، گاهی اوقات ممکن است یک کامپوننت حتی زمانی که پراپ‌ها و وضعیت آن واقعاً تغییر نکرده‌اند، دوباره رندر شود. این می‌تواند منجر به مشکلات عملکردی شود، به ویژه در برنامه‌های پیچیده. در اینجا چند تکنیک برای جلوگیری از رندرهای غیرضروری آورده شده است:

• کامپوننت‌های خالص (Pure Components): ری‌اکت کلاس React.PureComponent را ارائه می‌دهد که یک مقایسه سطحی (shallow) برای پراپ‌ها و وضعیت در shouldComponentUpdate() پیاده‌سازی می‌کند. اگر پراپ‌ها و وضعیت به صورت سطحی تغییر نکرده باشند، کامپوننت دوباره رندر نخواهد شد. مقایسه سطحی بررسی می‌کند که آیا مراجع (references) اشیاء پراپ و وضعیت تغییر کرده‌اند یا خیر.
• React.memo: برای کامپوننت‌های تابعی، می‌توانید از React.memo برای بهینه‌سازی (memoize) کامپوننت استفاده کنید. React.memo یک کامپوننت مرتبه بالاتر است که نتیجه یک کامپوننت تابعی را به خاطر می‌سپارد. به طور پیش‌فرض، این تابع پراپ‌ها را به صورت سطحی مقایسه می‌کند.
• shouldComponentUpdate(): برای کامپوننت‌های کلاسی، می‌توانید متد چرخه حیات shouldComponentUpdate() را پیاده‌سازی کنید تا کنترل کنید که یک کامپوننت چه زمانی باید دوباره رندر شود. این به شما امکان می‌دهد منطق سفارشی را برای تعیین اینکه آیا رندر مجدد ضروری است یا خیر، پیاده‌سازی کنید. با این حال، هنگام استفاده از این متد مراقب باشید، زیرا در صورت عدم پیاده‌سازی صحیح، به راحتی می‌توان باگ ایجاد کرد.

مثال: استفاده از React.memo

const MyComponent = React.memo(function MyComponent(props) {
  // منطق رندر در اینجا
  return <div>{props.data}</div>;
});

در این مثال، MyComponent فقط در صورتی دوباره رندر می‌شود که props ارسال شده به آن به صورت سطحی تغییر کند.

۳. تغییرناپذیری (Immutability)

تغییرناپذیری یک اصل اساسی در توسعه ری‌اکت است. هنگام کار با ساختارهای داده پیچیده، مهم است که از تغییر مستقیم داده‌ها (mutate) خودداری کنید. به جای آن، کپی‌های جدیدی از داده‌ها با تغییرات مورد نظر ایجاد کنید. این کار تشخیص تغییرات را برای ری‌اکت آسان‌تر کرده و رندرها را بهینه می‌کند. همچنین به جلوگیری از عوارض جانبی غیرمنتظره کمک کرده و کد شما را قابل پیش‌بینی‌تر می‌کند.

مثال: تغییر دادن داده‌ها (نادرست)

const items = this.state.items;
items.push({ id: 'new-item', name: 'آیتم جدید' }); // آرایه اصلی را تغییر می‌دهد
this.setState({ items });

مثال: به‌روزرسانی تغییرناپذیر (صحیح)

this.setState(prevState => ({
  items: [...prevState.items, { id: 'new-item', name: 'آیتم جدید' }]
}));

در مثال صحیح، عملگر spread (...) یک آرایه جدید با آیتم‌های موجود و آیتم جدید ایجاد می‌کند. این کار از تغییر آرایه اصلی items جلوگیری کرده و تشخیص تغییر را برای ری‌اکت آسان‌تر می‌کند.

۴. بهینه‌سازی استفاده از Context

React Context راهی برای انتقال داده‌ها از طریق درخت کامپوننت‌ها بدون نیاز به پاس دادن دستی پراپ‌ها در هر سطح فراهم می‌کند. در حالی که Context قدرتمند است، در صورت استفاده نادرست می‌تواند منجر به مشکلات عملکردی شود. هر کامپوننتی که از یک Context استفاده می‌کند، هر زمان که مقدار Context تغییر کند، دوباره رندر می‌شود. اگر مقدار Context به طور مکرر تغییر کند، می‌تواند باعث رندرهای غیرضروری در بسیاری از کامپوننت‌ها شود.

استراتژی‌های بهینه‌سازی استفاده از Context:

• استفاده از چندین Context: Contextهای بزرگ را به Contextهای کوچکتر و تخصصی‌تر تقسیم کنید. این کار تعداد کامپوننت‌هایی را که با تغییر یک مقدار خاص در Context نیاز به رندر مجدد دارند، کاهش می‌دهد.
• Memoize کردن Provider های Context: از React.memo برای بهینه‌سازی Provider استفاده کنید. این کار از تغییر غیرضروری مقدار Context جلوگیری کرده و تعداد رندرها را کاهش می‌دهد.
• استفاده از Selectorها: توابع Selector ایجاد کنید که فقط داده‌های مورد نیاز یک کامپوننت را از Context استخراج کنند. این به کامپوننت‌ها اجازه می‌دهد فقط زمانی که داده‌های خاص مورد نیازشان تغییر می‌کند، دوباره رندر شوند، به جای اینکه با هر تغییر Context رندر شوند.

۵. تقسیم کد (Code Splitting)

تقسیم کد تکنیکی برای شکستن برنامه شما به بسته‌های کوچکتر است که می‌توانند بر اساس تقاضا بارگذاری شوند. این کار می‌تواند زمان بارگذاری اولیه برنامه شما را به طور قابل توجهی بهبود بخشیده و مقدار جاوا اسکریپتی را که مرورگر نیاز به تجزیه و اجرا دارد، کاهش دهد. ری‌اکت چندین راه برای پیاده‌سازی تقسیم کد ارائه می‌دهد:

• React.lazy و Suspense: این ویژگی‌ها به شما امکان می‌دهند کامپوننت‌ها را به صورت پویا وارد (import) کرده و فقط در صورت نیاز آنها را رندر کنید. React.lazy کامپوننت را به صورت تنبل بارگذاری می‌کند و Suspense یک رابط کاربری جایگزین (fallback) را در حین بارگذاری کامپوننت فراهم می‌کند.
• وارد کردن‌های پویا (Dynamic Imports): می‌توانید از وارد کردن‌های پویا (import()) برای بارگذاری ماژول‌ها بر اساس تقاضا استفاده کنید. این به شما امکان می‌دهد کد را فقط زمانی که مورد نیاز است بارگذاری کنید و زمان بارگذاری اولیه را کاهش دهید.

مثال: استفاده از React.lazy و Suspense

const MyComponent = React.lazy(() => import('./MyComponent'));

function App() {
  return (
    <Suspense fallback={<div>در حال بارگذاری...</div>}>
      <MyComponent />
    </Suspense>
  );
}

۶. Debouncing و Throttling

Debouncing و Throttling تکنیک‌هایی برای محدود کردن نرخ اجرای یک تابع هستند. این می‌تواند برای مدیریت رویدادهایی که به طور مکرر فعال می‌شوند، مانند رویدادهای scroll، resize و input مفید باشد. با debouncing یا throttling این رویدادها، می‌توانید از کند شدن و عدم پاسخگویی برنامه خود جلوگیری کنید.

• Debouncing: اجرای یک تابع را تا زمانی که مقدار مشخصی از زمان از آخرین فراخوانی آن گذشته باشد، به تأخیر می‌اندازد. این برای جلوگیری از فراخوانی بیش از حد یک تابع هنگام تایپ یا اسکرول کردن توسط کاربر مفید است.
• Throttling: نرخ فراخوانی یک تابع را محدود می‌کند. این تضمین می‌کند که تابع حداکثر یک بار در یک بازه زمانی معین فراخوانی شود. این برای جلوگیری از فراخوانی بیش از حد یک تابع هنگام تغییر اندازه پنجره یا اسکرول کردن توسط کاربر مفید است.

۷. استفاده از Profiler

ری‌اکت یک ابزار قدرتمند به نام Profiler ارائه می‌دهد که می‌تواند به شما در شناسایی گلوگاه‌های عملکردی در برنامه کمک کند. Profiler به شما امکان می‌دهد عملکرد کامپوننت‌های خود را ضبط کرده و نحوه رندر شدن آنها را به صورت بصری مشاهده کنید. این می‌تواند به شما در شناسایی کامپوننت‌هایی که به طور غیرضروری دوباره رندر می‌شوند یا زمان زیادی برای رندر شدن صرف می‌کنند، کمک کند. Profiler به عنوان یک افزونه برای مرورگرهای کروم و فایرفاکس در دسترس است.

ملاحظات بین‌المللی

هنگام توسعه برنامه‌های ری‌اکت برای مخاطبان جهانی، در نظر گرفتن بین‌المللی‌سازی (i18n) و محلی‌سازی (l10n) ضروری است. این تضمین می‌کند که برنامه شما برای کاربران از کشورها و فرهنگ‌های مختلف قابل دسترسی و کاربرپسند باشد.

• جهت متن (RTL): برخی زبان‌ها مانند عربی و عبری از راست به چپ (RTL) نوشته می‌شوند. اطمینان حاصل کنید که برنامه شما از طرح‌بندی‌های RTL پشتیبانی می‌کند.
• قالب‌بندی تاریخ و اعداد: از قالب‌های مناسب تاریخ و اعداد برای مناطق مختلف استفاده کنید.
• قالب‌بندی ارز: مقادیر ارزی را با فرمت صحیح برای منطقه کاربر نمایش دهید.
• ترجمه: ترجمه تمام متون برنامه خود را فراهم کنید. از یک سیستم مدیریت ترجمه برای مدیریت کارآمد ترجمه‌ها استفاده کنید. کتابخانه‌های زیادی مانند i18next یا react-intl می‌توانند به این امر کمک کنند.

به عنوان مثال، یک فرمت ساده تاریخ:

• ایالات متحده: MM/DD/YYYY
• اروپا: DD/MM/YYYY
• ژاپن: YYYY/MM/DD

عدم توجه به این تفاوت‌ها تجربه کاربری ضعیفی را برای مخاطبان جهانی شما فراهم می‌کند.

نتیجه‌گیری

تطبیق در ری‌اکت یک مکانیزم قدرتمند است که به‌روزرسانی‌های کارآمد رابط کاربری را امکان‌پذیر می‌سازد. با درک DOM مجازی، الگوریتم مقایسه و استراتژی‌های کلیدی برای بهینه‌سازی، می‌توانید برنامه‌های ری‌اکت با کارایی و مقیاس‌پذیری بالا بسازید. به یاد داشته باشید که از key ها به طور مؤثر استفاده کنید، از رندرهای غیرضروری اجتناب کنید، از تغییرناپذیری استفاده کنید، استفاده از context را بهینه کنید، تقسیم کد را پیاده‌سازی کنید و از React Profiler برای شناسایی و رفع گلوگاه‌های عملکردی بهره ببرید. علاوه بر این، بین‌المللی‌سازی و محلی‌سازی را برای ایجاد برنامه‌های ری‌اکت واقعاً جهانی در نظر بگیرید. با پایبندی به این بهترین شیوه‌ها، می‌توانید تجربیات کاربری استثنایی را در طیف وسیعی از دستگاه‌ها و پلتفرم‌ها ارائه دهید و همزمان از مخاطبان متنوع و بین‌المللی پشتیبانی کنید.