تطبیق در React: بهینه‌سازی Virtual DOM برای افزایش عملکرد

ری‌اکت با معماری مبتنی بر کامپوننت و مدل برنامه‌نویسی اعلانی خود، انقلابی در توسعه فرانت‌اند ایجاد کرده است. محور کارایی ری‌اکت، استفاده از Virtual DOM و فرآیندی به نام تطبیق (Reconciliation) است. این مقاله به بررسی جامع الگوریتم تطبیق ری‌اکت، بهینه‌سازی‌های Virtual DOM و تکنیک‌های عملی برای اطمینان از سرعت و پاسخگویی اپلیکیشن‌های ری‌اکت شما برای مخاطبان جهانی می‌پردازد.

درک Virtual DOM

Virtual DOM یک نمایش درون حافظه‌ای از DOM واقعی است. به آن به عنوان یک کپی سبک از رابط کاربری که ری‌اکت آن را نگهداری می‌کند، فکر کنید. به جای دستکاری مستقیم DOM واقعی (که کند و پرهزینه است)، ری‌اکت Virtual DOM را دستکاری می‌کند. این انتزاع به ری‌اکت اجازه می‌دهد تا تغییرات را دسته‌بندی کرده و آنها را به طور کارآمد اعمال کند.

چرا از Virtual DOM استفاده کنیم؟

• عملکرد: دستکاری مستقیم DOM واقعی می‌تواند کند باشد. Virtual DOM به ری‌اکت اجازه می‌دهد با به‌روزرسانی تنها بخش‌هایی از DOM که واقعاً تغییر کرده‌اند، این عملیات را به حداقل برساند.
• سازگاری بین پلتفرمی: Virtual DOM پلتفرم زیرین را انتزاعی می‌کند و توسعه اپلیکیشن‌های ری‌اکت را که می‌توانند به طور یکسان روی مرورگرها و دستگاه‌های مختلف اجرا شوند، آسان‌تر می‌سازد.
• توسعه ساده‌شده: رویکرد اعلانی ری‌اکت با اجازه دادن به توسعه‌دهندگان برای تمرکز بر وضعیت مطلوب رابط کاربری به جای مراحل خاص مورد نیاز برای به‌روزرسانی آن، توسعه را ساده می‌کند.

توضیح فرآیند تطبیق (Reconciliation)

تطبیق (Reconciliation) الگوریتمی است که ری‌اکت برای به‌روزرسانی DOM واقعی بر اساس تغییرات در Virtual DOM استفاده می‌کند. هنگامی که state یا props یک کامپوننت تغییر می‌کند، ری‌اکت یک درخت Virtual DOM جدید ایجاد می‌کند. سپس این درخت جدید را با درخت قبلی مقایسه می‌کند تا حداقل مجموعه تغییرات مورد نیاز برای به‌روزرسانی DOM واقعی را تعیین کند. این فرآیند به طور قابل توجهی کارآمدتر از رندر مجدد کل DOM است.

مراحل کلیدی در تطبیق:

1. به‌روزرسانی کامپوننت‌ها: هنگامی که state یک کامپوننت تغییر می‌کند، ری‌اکت رندر مجدد آن کامپوننت و فرزندانش را آغاز می‌کند.
2. مقایسه Virtual DOM: ری‌اکت درخت Virtual DOM جدید را با درخت Virtual DOM قبلی مقایسه می‌کند.
3. الگوریتم مقایسه (Diffing): ری‌اکت از یک الگوریتم مقایسه (diffing) برای شناسایی تفاوت‌های بین دو درخت استفاده می‌کند. این الگوریتم دارای پیچیدگی‌ها و روش‌های اکتشافی (heuristics) است تا فرآیند را تا حد امکان کارآمد سازد.
4. اعمال تغییرات روی DOM: بر اساس تفاوت‌ها، ری‌اکت تنها بخش‌های ضروری DOM واقعی را به‌روزرسانی می‌کند.

روش‌های اکتشافی الگوریتم مقایسه

الگوریتم مقایسه ری‌اکت از چند فرض کلیدی برای بهینه‌سازی فرآیند تطبیق استفاده می‌کند:

• دو المان از انواع مختلف، درخت‌های متفاوتی تولید خواهند کرد: اگر نوع المان ریشه یک کامپوننت تغییر کند (مثلاً از <div> به <span>)، ری‌اکت درخت قدیمی را به طور کامل از بین برده و درخت جدید را نصب (mount) می‌کند.
• توسعه‌دهنده می‌تواند اشاره کند کدام المان‌های فرزند در رندرهای مختلف پایدار باقی می‌مانند: با استفاده از پراپ key، توسعه‌دهندگان می‌توانند به ری‌اکت کمک کنند تا تشخیص دهد کدام المان‌های فرزند با داده‌های زیربنایی یکسان مطابقت دارند. این امر برای به‌روزرسانی کارآمد لیست‌ها و سایر محتوای پویا بسیار مهم است.

بهینه‌سازی تطبیق: بهترین شیوه‌ها

در حالی که فرآیند تطبیق ری‌اکت ذاتاً کارآمد است، چندین تکنیک وجود دارد که توسعه‌دهندگان می‌توانند برای بهینه‌سازی بیشتر عملکرد و اطمینان از تجربیات کاربری روان، به ویژه برای کاربرانی با اتصالات اینترنت کندتر یا دستگاه‌های ضعیف‌تر در نقاط مختلف جهان، استفاده کنند.

۱. استفاده مؤثر از کلیدها (Keys)

پراپ key هنگام رندر کردن لیست‌های المان‌ها به صورت پویا ضروری است. این پراپ یک شناسه پایدار برای هر المان به ری‌اکت ارائه می‌دهد و به آن اجازه می‌دهد تا آیتم‌ها را بدون نیاز به رندر مجدد غیرضروری کل لیست، به طور کارآمد به‌روزرسانی، مرتب‌سازی مجدد یا حذف کند. بدون کلیدها، ری‌اکت مجبور خواهد شد با هر تغییر، تمام آیتم‌های لیست را دوباره رندر کند، که به شدت بر عملکرد تأثیر می‌گذارد.

مثال:

لیستی از کاربران را که از یک API دریافت شده در نظر بگیرید:

            const UserList = ({ users }) => {
  return (
    <ul>
      {users.map(user => (
        <li key={user.id}>{user.name}</li>
      ))}
    </ul>
  );
};

            

              
                Copy
              
            
          

در این مثال، user.id به عنوان کلید استفاده می‌شود. استفاده از یک شناسه پایدار و منحصر به فرد بسیار مهم است. از استفاده از اندیس آرایه به عنوان کلید خودداری کنید، زیرا این کار می‌تواند هنگام مرتب‌سازی مجدد لیست، به مشکلات عملکردی منجر شود.

۲. جلوگیری از رندرهای غیرضروری با React.memo

React.memo یک کامپوننت مرتبه بالا (higher-order component) است که کامپوننت‌های تابعی را به خاطر می‌سپارد (memoizes). این کامپوننت از رندر مجدد یک کامپوننت در صورتی که props آن تغییر نکرده باشد، جلوگیری می‌کند. این امر می‌تواند به طور قابل توجهی عملکرد را بهبود بخشد، به خصوص برای کامپوننت‌های خالص (pure components) که به طور مکرر رندر می‌شوند.

مثال:

            import React from 'react';

const MyComponent = React.memo(({ data }) => {
  console.log('MyComponent rendered');
  return <div>{data}</div>;
});

export default MyComponent;

            

              
                Copy
              
            
          

در این مثال، MyComponent تنها در صورتی رندر مجدد می‌شود که پراپ data تغییر کند. این ویژگی به ویژه هنگام ارسال اشیاء پیچیده به عنوان props مفید است. با این حال، به سربار مقایسه سطحی (shallow comparison) که توسط React.memo انجام می‌شود، توجه داشته باشید. اگر مقایسه props پرهزینه‌تر از رندر مجدد کامپوننت باشد، ممکن است استفاده از آن سودمند نباشد.

۳. استفاده از هوک‌های useCallback و useMemo

هوک‌های useCallback و useMemo برای بهینه‌سازی عملکرد هنگام ارسال توابع و اشیاء پیچیده به عنوان props به کامپوننت‌های فرزند، ضروری هستند. این هوک‌ها تابع یا مقدار را به خاطر می‌سپارند و از رندرهای غیرضروری کامپوننت‌های فرزند جلوگیری می‌کنند.

مثال useCallback:

            import React, { useCallback } from 'react';

const ParentComponent = () => {
  const handleClick = useCallback(() => {
    console.log('Button clicked');
  }, []);

  return <ChildComponent onClick={handleClick} />;
};

const ChildComponent = React.memo(({ onClick }) => {
  console.log('ChildComponent rendered');
  return <button onClick={onClick}>Click me</button>;
});

export default ParentComponent;

            

              
                Copy
              
            
          

در این مثال، useCallback تابع handleClick را به خاطر می‌سپارد. بدون useCallback، در هر بار رندر ParentComponent یک تابع جدید ایجاد می‌شد که باعث رندر مجدد ChildComponent می‌شد، حتی اگر props آن به طور منطقی تغییر نکرده باشد.

مثال useMemo:

            import React, { useMemo } from 'react';

const ParentComponent = ({ data }) => {
  const processedData = useMemo(() => {
    // Perform expensive data processing
    return data.map(item => item * 2);
  }, [data]);

  return <ChildComponent data={processedData} />;
};

export default ParentComponent;

            

              
                Copy
              
            
          

در این مثال، useMemo نتیجه پردازش داده پرهزینه را به خاطر می‌سپارد. مقدار processedData تنها زمانی دوباره محاسبه می‌شود که پراپ data تغییر کند.

۴. پیاده‌سازی ShouldComponentUpdate (برای کامپوننت‌های کلاسی)

برای کامپوننت‌های کلاسی، می‌توانید از متد چرخه حیات shouldComponentUpdate برای کنترل زمان رندر مجدد یک کامپوننت استفاده کنید. این متد به شما امکان می‌دهد تا به صورت دستی props و state فعلی و بعدی را مقایسه کرده و در صورتی که کامپوننت باید به‌روز شود، true و در غیر این صورت false برگردانید.

مثال:

            import React from 'react';

class MyComponent extends React.Component {
  shouldComponentUpdate(nextProps, nextState) {
    // Compare props and state to determine if an update is needed
    if (nextProps.data !== this.props.data) {
      return true;
    }
    return false;
  }

  render() {
    console.log('MyComponent rendered');
    return <div>{this.props.data}</div>;
  }
}

export default MyComponent;

            

              
                Copy
              
            
          

با این حال، به طور کلی توصیه می‌شود برای عملکرد و خوانایی بهتر از کامپوننت‌های تابعی با هوک‌ها (React.memo, useCallback, useMemo) استفاده کنید.

۵. اجتناب از تعریف توابع درون‌خطی در Render

تعریف توابع به طور مستقیم در متد رندر، در هر بار رندر یک نمونه جدید از تابع ایجاد می‌کند. این امر می‌تواند به رندرهای غیرضروری کامپوننت‌های فرزند منجر شود، زیرا props همیشه متفاوت در نظر گرفته می‌شوند.

روش نادرست:

            const MyComponent = () => {
  return <button onClick={() => console.log('Clicked')}>Click me</button>;
}; 

            

              
                Copy
              
            
          

روش صحیح:

            import React, { useCallback } from 'react';

const MyComponent = () => {
  const handleClick = useCallback(() => {
    console.log('Clicked');
  }, []);

  return <button onClick={handleClick}>Click me</button>;
}; 

            

              
                Copy
              
            
          

۶. دسته‌بندی به‌روزرسانی‌های State

ری‌اکت چندین به‌روزرسانی state را در یک چرخه رندر واحد دسته‌بندی می‌کند. این کار با کاهش تعداد به‌روزرسانی‌های DOM، عملکرد را بهبود می‌بخشد. با این حال، در برخی موارد، ممکن است نیاز داشته باشید که به‌روزرسانی‌های state را به طور صریح با استفاده از ReactDOM.flushSync دسته‌بندی کنید (با احتیاط استفاده کنید، زیرا می‌تواند مزایای دسته‌بندی را در سناریوهای خاصی خنثی کند).

۷. استفاده از ساختارهای داده تغییرناپذیر (Immutable)

استفاده از ساختارهای داده تغییرناپذیر می‌تواند فرآیند تشخیص تغییرات در props و state را ساده‌تر کند. ساختارهای داده تغییرناپذیر تضمین می‌کنند که تغییرات به جای اصلاح اشیاء موجود، اشیاء جدیدی ایجاد می‌کنند. این امر مقایسه اشیاء برای برابری و جلوگیری از رندرهای غیرضروری را آسان‌تر می‌کند.

کتابخانه‌هایی مانند Immutable.js یا Immer می‌توانند به شما در کار با ساختارهای داده تغییرناپذیر به طور مؤثر کمک کنند.

۸. تقسیم کد (Code Splitting)

تقسیم کد تکنیکی است که شامل شکستن اپلیکیشن شما به قطعات کوچک‌تر است که می‌توانند بر حسب تقاضا بارگذاری شوند. این کار زمان بارگذاری اولیه را کاهش داده و عملکرد کلی اپلیکیشن شما را بهبود می‌بخشد، به ویژه برای کاربرانی با اتصالات شبکه کند، صرف نظر از موقعیت جغرافیایی آنها. ری‌اکت با استفاده از کامپوننت‌های React.lazy و Suspense پشتیبانی داخلی برای تقسیم کد ارائه می‌دهد.

مثال:

            import React, { Suspense } from 'react';

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

const App = () => {
  return (
    <Suspense fallback={<div>Loading...</div>}>
      <MyComponent />
    </Suspense>
  );
};

            

              
                Copy
              
            
          

۹. بهینه‌سازی تصاویر

بهینه‌سازی تصاویر برای بهبود عملکرد هر اپلیکیشن وب بسیار مهم است. تصاویر بزرگ می‌توانند زمان بارگذاری را به طور قابل توجهی افزایش داده و پهنای باند زیادی مصرف کنند، به خصوص برای کاربران در مناطقی با زیرساخت اینترنت محدود. در اینجا چند تکنیک بهینه‌سازی تصویر آورده شده است:

• فشرده‌سازی تصاویر: از ابزارهایی مانند TinyPNG یا ImageOptim برای فشرده‌سازی تصاویر بدون افت کیفیت استفاده کنید.
• استفاده از فرمت مناسب: فرمت تصویر مناسب را بر اساس محتوای تصویر انتخاب کنید. JPEG برای عکس‌ها مناسب است، در حالی که PNG برای گرافیک‌هایی با شفافیت بهتر است. WebP فشرده‌سازی و کیفیت برتری نسبت به JPEG و PNG ارائه می‌دهد.
• استفاده از تصاویر واکنش‌گرا: اندازه‌های مختلف تصویر را بر اساس اندازه صفحه و دستگاه کاربر ارائه دهید. از المان <picture> و ویژگی srcset المان <img> می‌توان برای پیاده‌سازی تصاویر واکنش‌گرا استفاده کرد.
• بارگذاری تنبل (Lazy Load) تصاویر: تصاویر را تنها زمانی بارگذاری کنید که در دید کاربر (viewport) قرار دارند. این کار زمان بارگذاری اولیه را کاهش داده و عملکرد ادراک شده اپلیکیشن را بهبود می‌بخشد. کتابخانه‌هایی مانند react-lazyload می‌توانند پیاده‌سازی بارگذاری تنبل را ساده‌تر کنند.

۱۰. رندر سمت سرور (SSR)

رندر سمت سرور (SSR) شامل رندر کردن اپلیکیشن ری‌اکت روی سرور و ارسال HTML از پیش رندر شده به کلاینت است. این کار می‌تواند زمان بارگذاری اولیه و بهینه‌سازی برای موتورهای جستجو (SEO) را بهبود بخشد، که به ویژه برای دستیابی به مخاطبان جهانی گسترده‌تر مفید است.

فریمورک‌هایی مانند Next.js و Gatsby پشتیبانی داخلی برای SSR ارائه می‌دهند و پیاده‌سازی آن را آسان‌تر می‌کنند.

۱۱. استراتژی‌های کشینگ (Caching)

پیاده‌سازی استراتژی‌های کشینگ می‌تواند با کاهش تعداد درخواست‌ها به سرور، عملکرد اپلیکیشن‌های ری‌اکت را به طور قابل توجهی بهبود بخشد. کشینگ می‌تواند در سطوح مختلف پیاده‌سازی شود، از جمله:

• کشینگ مرورگر: هدرهای HTTP را برای راهنمایی مرورگر جهت کش کردن دارایی‌های ثابت مانند تصاویر، فایل‌های CSS و جاوااسکریپت پیکربندی کنید.
• کشینگ Service Worker: از service workerها برای کش کردن پاسخ‌های API و سایر داده‌های پویا استفاده کنید.
• کشینگ سمت سرور: مکانیزم‌های کشینگ را در سرور پیاده‌سازی کنید تا بار روی پایگاه داده را کاهش داده و زمان پاسخ‌دهی را بهبود بخشید.

۱۲. نظارت و پروفایل‌سازی

نظارت و پروفایل‌سازی منظم اپلیکیشن ری‌اکت شما می‌تواند به شما در شناسایی گلوگاه‌های عملکرد و زمینه‌های بهبود کمک کند. از ابزارهایی مانند React Profiler، Chrome DevTools و Lighthouse برای تحلیل عملکرد اپلیکیشن خود و شناسایی کامپوننت‌های کند یا کدهای ناکارآمد استفاده کنید.

نتیجه‌گیری

فرآیند تطبیق ری‌اکت و Virtual DOM یک پایه قدرتمند برای ساخت اپلیکیشن‌های وب با عملکرد بالا فراهم می‌کنند. با درک مکانیزم‌های زیربنایی و به کارگیری تکنیک‌های بهینه‌سازی مورد بحث در این مقاله، توسعه‌دهندگان می‌توانند اپلیکیشن‌های ری‌اکتی بسازند که سریع، پاسخگو و تجربه کاربری عالی برای کاربران در سراسر جهان ارائه می‌دهند. به یاد داشته باشید که به طور مداوم اپلیکیشن خود را پروفایل و نظارت کنید تا زمینه‌های بهبود را شناسایی کرده و اطمینان حاصل کنید که با تکامل آن، همچنان به طور بهینه عمل می‌کند.