การกู้คืนเมื่อ Work Loop ของ React Fiber ถูกขัดจังหวะ: กลยุทธ์การกลับมาทำงานต่อที่ครอบคลุม

React Fiber คือการเขียนอัลกอริทึม reconciliation ของ React ขึ้นมาใหม่ทั้งหมด โดยมีเป้าหมายหลักเพื่อเพิ่มความเหมาะสมสำหรับส่วนต่างๆ เช่น แอนิเมชัน, เลย์เอาต์ และท่าทาง (gestures) หนึ่งในหัวใจหลักของ Fiber คือความสามารถในการขัดจังหวะ, หยุดชั่วคราว, กลับมาทำงานต่อ และแม้กระทั่งยกเลิกงานเรนเดอร์ ซึ่งช่วยให้ React สามารถรักษาการตอบสนองของ UI ได้แม้ในขณะที่จัดการกับการอัปเดตที่ซับซ้อน

ทำความเข้าใจสถาปัตยกรรม React Fiber

ก่อนที่จะเจาะลึกเรื่องการขัดจังหวะและการกลับมาทำงานต่อ เรามาทบทวนสถาปัตยกรรม Fiber กันสั้นๆ ก่อน React Fiber จะแบ่งย่อยการอัปเดตออกเป็นหน่วยงาน (units of work) เล็กๆ แต่ละหน่วยงานแทนด้วย Fiber ซึ่งเป็นออบเจ็กต์ JavaScript ที่เชื่อมโยงกับคอมโพเนนต์ React โดย Fiber เหล่านี้จะประกอบกันเป็นโครงสร้างต้นไม้ ซึ่งสะท้อนโครงสร้างต้นไม้ของคอมโพเนนต์

กระบวนการ reconciliation ใน Fiber แบ่งออกเป็นสองเฟส:

• Render Phase: กำหนดว่าต้องทำการเปลี่ยนแปลงอะไรกับ DOM บ้าง เฟสนี้เป็นแบบอะซิงโครนัสและสามารถถูกขัดจังหวะได้ โดยจะสร้างรายการผลลัพธ์ (effects list) ที่จะถูก commit
• Commit Phase: นำการเปลี่ยนแปลงไปใช้กับ DOM เฟสนี้เป็นแบบซิงโครนัสและไม่สามารถถูกขัดจังหวะได้ เพื่อให้แน่ใจว่า DOM จะได้รับการอัปเดตอย่างสอดคล้องและคาดเดาได้

Work Loop และบทบาทในการเรนเดอร์

work loop คือหัวใจของกระบวนการเรนเดอร์ มันจะวนซ้ำไปตามโครงสร้างต้นไม้ของ Fiber ประมวลผลแต่ละ Fiber และกำหนดว่าจำเป็นต้องมีการเปลี่ยนแปลงอะไรบ้าง ฟังก์ชัน work loop หลัก ซึ่งมักจะเรียกว่า `workLoopSync` (ซิงโครนัส) หรือ `workLoopConcurrent` (อะซิงโครนัส) จะทำงานไปเรื่อยๆ จนกว่าจะไม่มีงานเหลือให้ทำ หรือมีงานที่มีลำดับความสำคัญสูงเข้ามาขัดจังหวะ

ใน Stack reconciler รุ่นเก่า กระบวนการเรนเดอร์เป็นแบบซิงโครนัส หากมีโครงสร้างต้นไม้ของคอมโพเนนต์ขนาดใหญ่ที่ต้องอัปเดต เบราว์เซอร์จะถูกบล็อกจนกว่าการอัปเดตทั้งหมดจะเสร็จสิ้น ซึ่งมักจะส่งผลให้ UI ค้างและประสบการณ์ผู้ใช้ที่ไม่ดี

Fiber แก้ปัญหานี้โดยการอนุญาตให้ work loop ถูกขัดจังหวะได้ React จะคืนการควบคุมกลับไปยังเบราว์เซอร์เป็นระยะๆ เพื่อให้เบราว์เซอร์สามารถจัดการกับการป้อนข้อมูลของผู้ใช้, แอนิเมชัน และงานอื่นๆ ที่มีความสำคัญสูงได้ ซึ่งช่วยให้มั่นใจได้ว่า UI จะยังคงตอบสนองได้แม้ในระหว่างการอัปเดตที่ใช้เวลานาน

การขัดจังหวะ: เกิดขึ้นเมื่อไหร่และทำไม?

work loop สามารถถูกขัดจังหวะได้จากหลายสาเหตุ:

• การอัปเดตที่มีลำดับความสำคัญสูง: การโต้ตอบของผู้ใช้ เช่น การคลิกและการกดแป้นพิมพ์ ถือเป็นงานที่มีลำดับความสำคัญสูง หากมีการอัปเดตที่มีลำดับความสำคัญสูงเกิดขึ้นในขณะที่ work loop กำลังทำงาน React จะขัดจังหวะงานปัจจุบันและให้ความสำคัญกับการโต้ตอบของผู้ใช้ก่อน
• หมดช่วงเวลาที่กำหนด (Time Slice): React ใช้ตัวจัดตารางเวลา (scheduler) เพื่อจัดการการทำงานของงานต่างๆ แต่ละงานจะได้รับช่วงเวลาในการทำงาน หากงานนั้นใช้เวลาเกินกว่าที่กำหนด React จะขัดจังหวะและคืนการควบคุมกลับไปยังเบราว์เซอร์
• การจัดตารางเวลาของเบราว์เซอร์: เบราว์เซอร์สมัยใหม่ก็มีกลไกการจัดตารางเวลาของตัวเอง React จำเป็นต้องทำงานร่วมกับตัวจัดตารางเวลาของเบราว์เซอร์เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพสูงสุด

ลองนึกถึงสถานการณ์: ผู้ใช้กำลังพิมพ์ในช่องป้อนข้อมูลในขณะที่ชุดข้อมูลขนาดใหญ่กำลังถูกเรนเดอร์ หากไม่มีการขัดจังหวะ กระบวนการเรนเดอร์อาจบล็อก UI ทำให้ช่องป้อนข้อมูลไม่ตอบสนอง แต่ด้วยความสามารถในการขัดจังหวะของ Fiber, React สามารถหยุดกระบวนการเรนเดอร์ชั่วคราว จัดการกับการป้อนข้อมูลของผู้ใช้ แล้วจึงกลับมาเรนเดอร์ต่อ

กลยุทธ์การกลับมาทำงานต่อ: React กลับมาทำงานต่อจากจุดที่ค้างไว้ได้อย่างไร

เมื่อ work loop ถูกขัดจังหวะ React จำเป็นต้องมีกลไกเพื่อกลับมาทำงานต่อในภายหลัง นี่คือจุดที่กลยุทธ์การกลับมาทำงานต่อเข้ามามีบทบาท React จะติดตามความคืบหน้าอย่างระมัดระวังและเก็บข้อมูลที่จำเป็นเพื่อกลับมาทำงานต่อจากจุดที่ค้างไว้

นี่คือรายละเอียดของส่วนสำคัญต่างๆ ในกลยุทธ์การกลับมาทำงานต่อ:

1. โครงสร้างต้นไม้ Fiber ในฐานะโครงสร้างข้อมูลแบบถาวร

โครงสร้างต้นไม้ของ Fiber ถูกออกแบบมาให้เป็นโครงสร้างข้อมูลแบบถาวร (persistent data structure) ซึ่งหมายความว่าเมื่อมีการอัปเดตเกิดขึ้น React จะไม่แก้ไขโครงสร้างต้นไม้ที่มีอยู่โดยตรง แต่จะสร้างโครงสร้างต้นไม้ใหม่ที่สะท้อนการเปลี่ยนแปลงนั้นๆ โครงสร้างต้นไม้เก่าจะถูกเก็บไว้จนกว่าโครงสร้างต้นไม้ใหม่จะพร้อมที่จะถูก commit ไปยัง DOM

โครงสร้างข้อมูลแบบถาวรนี้ช่วยให้ React สามารถขัดจังหวะ work loop ได้อย่างปลอดภัยโดยไม่สูญเสียความคืบหน้า หาก work loop ถูกขัดจังหวะ React ก็เพียงแค่ทิ้งโครงสร้างต้นไม้ใหม่ที่ยังทำไม่เสร็จและกลับมาเริ่มจากโครงสร้างต้นไม้เก่าเมื่อพร้อม

2. พอยน์เตอร์ `finishedWork` และ `nextUnitOfWork`

React จะดูแลพอยน์เตอร์ที่สำคัญสองตัวในระหว่างกระบวนการเรนเดอร์:

• `nextUnitOfWork`: ชี้ไปยัง Fiber ตัวถัดไปที่ต้องประมวลผล พอยน์เตอร์นี้จะถูกอัปเดตไปเรื่อยๆ ขณะที่ work loop ทำงาน
• `finishedWork`: ชี้ไปยังรากของงานที่เสร็จสมบูรณ์ หลังจากประมวลผลแต่ละ Fiber เสร็จสิ้น มันจะถูกเพิ่มเข้าไปในรายการผลลัพธ์ (effect list)

เมื่อ work loop ถูกขัดจังหวะ พอยน์เตอร์ `nextUnitOfWork` จะเป็นกุญแจสำคัญในการกลับมาทำงานต่อ React สามารถใช้พอยน์เตอร์นี้เพื่อเริ่มประมวลผลโครงสร้างต้นไม้ของ Fiber จากจุดที่ค้างไว้ได้

3. การบันทึกและกู้คืน Context

ในระหว่างกระบวนการเรนเดอร์ React จะดูแลออบเจ็กต์ context ซึ่งมีข้อมูลเกี่ยวกับสภาพแวดล้อมการเรนเดอร์ในปัจจุบัน context นี้รวมถึงสิ่งต่างๆ เช่น ธีมปัจจุบัน, ภาษา และการตั้งค่าอื่นๆ

เมื่อ work loop ถูกขัดจังหวะ React จำเป็นต้องบันทึก context ปัจจุบันไว้ เพื่อที่จะสามารถกู้คืนได้เมื่องานกลับมาทำงานต่อ ซึ่งช่วยให้มั่นใจได้ว่ากระบวนการเรนเดอร์จะดำเนินต่อไปด้วยการตั้งค่าที่ถูกต้อง

4. การจัดลำดับความสำคัญและการจัดตารางเวลา

React ใช้ตัวจัดตารางเวลา (scheduler) เพื่อจัดการการทำงานของงานต่างๆ ตัวจัดตารางเวลาจะกำหนดลำดับความสำคัญให้กับงานตามความสำคัญของมัน งานที่มีลำดับความสำคัญสูง เช่น การโต้ตอบของผู้ใช้ จะได้รับความสำคัญเหนืองานที่มีลำดับความสำคัญต่ำ เช่น การอัปเดตในเบื้องหลัง

เมื่อ work loop ถูกขัดจังหวะ React สามารถใช้ตัวจัดตารางเวลาเพื่อกำหนดว่างานใดควรจะกลับมาทำงานต่อก่อน ซึ่งช่วยให้มั่นใจได้ว่างานที่สำคัญที่สุดจะเสร็จสิ้นก่อน เพื่อรักษาการตอบสนองของ UI

ตัวอย่างเช่น ลองจินตนาการว่าแอนิเมชันที่ซับซ้อนกำลังทำงานอยู่ และผู้ใช้คลิกที่ปุ่ม React จะขัดจังหวะการเรนเดอร์แอนิเมชัน ให้ความสำคัญกับตัวจัดการการคลิกปุ่ม และเมื่อเสร็จสิ้นแล้วจึงกลับมาเรนเดอร์แอนิเมชันต่อจากจุดที่หยุดไป

ตัวอย่างโค้ด: ภาพประกอบการขัดจังหวะและกลับมาทำงานต่อ

แม้ว่าการนำไปใช้งานภายในจะซับซ้อน แต่เรามาดูแนวคิดนี้ผ่านตัวอย่างแบบง่ายๆ กัน:

```javascript let nextUnitOfWork = null; let shouldYield = false; // Simulate yielding to the browser function performWork(fiber) { // ... process the fiber ... if (shouldYield) { // Pause the work and schedule it to resume later requestIdleCallback(() => { nextUnitOfWork = fiber; // Store the current fiber workLoop(); }); return; } // ... continue to the next fiber ... nextUnitOfWork = fiber.child || fiber.sibling || fiber.return; if (nextUnitOfWork) { performWork(nextUnitOfWork); } } function workLoop() { while (nextUnitOfWork && !shouldYield) { nextUnitOfWork = performWork(nextUnitOfWork); } } // Start the initial work nextUnitOfWork = rootFiber; workLoop(); ```

ในตัวอย่างแบบง่ายนี้ `shouldYield` จำลองการขัดจังหวะ ส่วน `requestIdleCallback` จะจัดตารางเวลาให้ `workLoop` กลับมาทำงานต่อในภายหลัง ซึ่งแสดงให้เห็นถึงกลยุทธ์การกลับมาทำงานต่ออย่างมีประสิทธิภาพ

ประโยชน์ของการขัดจังหวะและกลับมาทำงานต่อ

กลยุทธ์การขัดจังหวะและกลับมาทำงานต่อใน React Fiber มอบประโยชน์ที่สำคัญหลายประการ:

• การตอบสนองของ UI ที่ดีขึ้น: ด้วยการอนุญาตให้ work loop ถูกขัดจังหวะได้ React สามารถรับประกันได้ว่า UI จะยังคงตอบสนองได้แม้ในระหว่างการอัปเดตที่ใช้เวลานาน
• ประสบการณ์ผู้ใช้ที่ดีขึ้น: UI ที่ตอบสนองได้ดีจะนำไปสู่ประสบการณ์ผู้ใช้ที่ดีขึ้น เนื่องจากผู้ใช้สามารถโต้ตอบกับแอปพลิเคชันได้โดยไม่ประสบกับความล่าช้าหรือการค้าง
• ประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้น: React สามารถปรับปรุงกระบวนการเรนเดอร์ให้เหมาะสมที่สุดโดยการจัดลำดับความสำคัญของงานที่สำคัญและเลื่อนงานที่ไม่สำคัญออกไป
• รองรับ Concurrent Rendering: การขัดจังหวะและกลับมาทำงานต่อเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับ concurrent rendering ซึ่งช่วยให้ React สามารถทำงานเรนเดอร์หลายอย่างพร้อมกันได้

ตัวอย่างการใช้งานจริงในบริบทต่างๆ

นี่คือตัวอย่างการใช้งานจริงบางส่วนที่แสดงให้เห็นว่าการขัดจังหวะและกลับมาทำงานต่อของ React Fiber มีประโยชน์ต่อบริบทของแอปพลิเคชันต่างๆ อย่างไร:

• แพลตฟอร์มอีคอมเมิร์ซ (เข้าถึงทั่วโลก): ลองจินตนาการถึงแพลตฟอร์มอีคอมเมิร์ซระดับโลกที่มีรายการสินค้าที่ซับซ้อน ขณะที่ผู้ใช้เลื่อนดู React Fiber จะช่วยให้การเลื่อนดูเป็นไปอย่างราบรื่นแม้ในขณะที่รูปภาพและคอมโพเนนต์อื่นๆ กำลังถูกโหลดแบบ lazy loading การขัดจังหวะช่วยให้สามารถจัดลำดับความสำคัญของการโต้ตอบของผู้ใช้ เช่น การเพิ่มสินค้าลงในตะกร้า ป้องกันไม่ให้ UI ค้าง ไม่ว่าผู้ใช้จะอยู่ที่ใดหรือมีความเร็วอินเทอร์เน็ตเท่าใด
• การแสดงข้อมูลแบบโต้ตอบ (การวิจัยทางวิทยาศาสตร์ - การทำงานร่วมกันระหว่างประเทศ): ในการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ การแสดงข้อมูลที่ซับซ้อนเป็นเรื่องปกติ React Fiber ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถโต้ตอบกับการแสดงข้อมูลเหล่านี้ได้แบบเรียลไทม์ ทั้งการซูม การแพน และการกรองข้อมูลโดยไม่มีความล่าช้า กลยุทธ์การขัดจังหวะและกลับมาทำงานต่อช่วยให้แน่ใจว่าการโต้ตอบจะได้รับความสำคัญก่อนการเรนเดอร์จุดข้อมูลใหม่ ซึ่งส่งเสริมการสำรวจข้อมูลที่ราบรื่น
• เครื่องมือทำงานร่วมกันแบบเรียลไทม์ (ทีมงานระดับโลก): สำหรับทีมงานระดับโลกที่ทำงานร่วมกันบนเอกสารหรือการออกแบบ การอัปเดตแบบเรียลไทม์เป็นสิ่งสำคัญ React Fiber ช่วยให้ผู้ใช้สามารถพิมพ์และแก้ไขเอกสารได้อย่างราบรื่น แม้ในขณะที่ผู้ใช้คนอื่นกำลังทำการเปลี่ยนแปลงพร้อมกัน ระบบจะให้ความสำคัญกับการป้อนข้อมูลของผู้ใช้ เช่น การกดแป้นพิมพ์ ทำให้ผู้เข้าร่วมทุกคนรู้สึกถึงการตอบสนองที่ดี โดยไม่คำนึงถึงความหน่วงของเครือข่าย
• แอปพลิเคชันโซเชียลมีเดีย (ฐานผู้ใช้ที่หลากหลาย): แอปพลิเคชันโซเชียลมีเดียที่เรนเดอร์ฟีดที่มีทั้งรูปภาพ วิดีโอ และข้อความ จะได้รับประโยชน์อย่างมาก React Fiber ช่วยให้สามารถเลื่อนดูฟีดได้อย่างราบรื่น โดยให้ความสำคัญกับการเรนเดอร์เนื้อหาที่ผู้ใช้มองเห็นอยู่ในปัจจุบัน เมื่อผู้ใช้โต้ตอบกับโพสต์ เช่น การกดไลค์หรือแสดงความคิดเห็น React จะขัดจังหวะการเรนเดอร์ฟีดและจัดการกับการโต้ตอบนั้นทันที มอบประสบการณ์ที่ลื่นไหลสำหรับผู้ใช้ทุกคน

การปรับปรุงเพื่อการขัดจังหวะและกลับมาทำงานต่อ

แม้ว่า React Fiber จะจัดการการขัดจังหวะและกลับมาทำงานต่อโดยอัตโนมัติ แต่ก็มีหลายสิ่งที่คุณสามารถทำได้เพื่อปรับปรุงแอปพลิเคชันของคุณสำหรับคุณสมบัตินี้:

• ลดตรรกะการเรนเดอร์ที่ซับซ้อน: แบ่งคอมโพเนนต์ขนาดใหญ่ออกเป็นคอมโพเนนต์ที่เล็กและจัดการได้ง่ายขึ้น ซึ่งจะช่วยลดปริมาณงานที่ต้องทำในหน่วยเวลาเดียว ทำให้ React สามารถขัดจังหวะและกลับมาทำงานต่อได้ง่ายขึ้น
• ใช้เทคนิค Memoization: ใช้ `React.memo`, `useMemo` และ `useCallback` เพื่อป้องกันการ re-render ที่ไม่จำเป็น ซึ่งจะช่วยลดปริมาณงานที่ต้องทำในระหว่างกระบวนการเรนเดอร์
• ปรับปรุงโครงสร้างข้อมูล: ใช้โครงสร้างข้อมูลและอัลกอริทึมที่มีประสิทธิภาพเพื่อลดเวลาที่ใช้ในการประมวลผลข้อมูล
• Lazy Load คอมโพเนนต์: ใช้ `React.lazy` เพื่อโหลดคอมโพเนนต์เมื่อจำเป็นเท่านั้น ซึ่งจะช่วยลดเวลาในการโหลดเริ่มต้นและปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวมของแอปพลิเคชัน
• ใช้ Web Workers: สำหรับงานที่ต้องใช้การคำนวณสูง ลองพิจารณาใช้ Web Workers เพื่อย้ายงานไปทำงานในเธรดแยกต่างหาก ซึ่งจะช่วยป้องกันไม่ให้เธรดหลักถูกบล็อกและปรับปรุงการตอบสนองของ UI

ข้อผิดพลาดที่พบบ่อยและวิธีหลีกเลี่ยง

แม้ว่าการขัดจังหวะและกลับมาทำงานต่อของ React Fiber จะมีข้อดีที่สำคัญ แต่ก็มีข้อผิดพลาดทั่วไปบางประการที่อาจขัดขวางประสิทธิภาพของมัน:

• การอัปเดต State ที่ไม่จำเป็น: การกระตุ้นให้เกิดการอัปเดต state บ่อยครั้งในคอมโพเนนต์อาจนำไปสู่การ re-render มากเกินไป ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคอมโพเนนต์อัปเดตเมื่อจำเป็นเท่านั้น ใช้เครื่องมืออย่าง React Profiler เพื่อระบุการอัปเดตที่ไม่จำเป็น
• โครงสร้างต้นไม้ของคอมโพเนนต์ที่ซับซ้อน: โครงสร้างต้นไม้ของคอมโพเนนต์ที่ซ้อนกันลึกๆ อาจเพิ่มเวลาที่ต้องใช้ในการ reconciliation ควรปรับโครงสร้างให้แบนลงเมื่อเป็นไปได้เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพ
• การดำเนินการแบบซิงโครนัสที่ใช้เวลานาน: หลีกเลี่ยงการดำเนินการแบบซิงโครนัสที่ใช้เวลานาน เช่น การคำนวณที่ซับซ้อนหรือการร้องขอเครือข่าย ภายในเฟสการเรนเดอร์ ซึ่งอาจบล็อกเธรดหลักและลดทอนประโยชน์ของ Fiber ควรใช้การดำเนินการแบบอะซิงโครนัส (เช่น `async/await`, `Promise`) และย้ายการดำเนินการดังกล่าวไปยังเฟส commit หรือเธรดเบื้องหลังโดยใช้ Web Workers
• การละเลยลำดับความสำคัญของคอมโพเนนต์: การไม่กำหนดลำดับความสำคัญให้กับการอัปเดตคอมโพเนนต์อย่างถูกต้องอาจส่งผลให้ UI ตอบสนองได้ไม่ดี ควรใช้คุณสมบัติต่างๆ เช่น `useTransition` เพื่อทำเครื่องหมายการอัปเดตที่ไม่สำคัญมาก เพื่อให้ React สามารถจัดลำดับความสำคัญของการโต้ตอบของผู้ใช้ได้

สรุป: การใช้ประโยชน์จากพลังของการขัดจังหวะและกลับมาทำงานต่อ

กลยุทธ์การขัดจังหวะและกลับมาทำงานต่อของ work loop ใน React Fiber เป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพสำหรับการสร้างส่วนต่อประสานผู้ใช้ที่ตอบสนองและมีประสิทธิภาพสูง ด้วยการทำความเข้าใจว่ากลไกนี้ทำงานอย่างไรและปฏิบัติตามแนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดที่ระบุไว้ในบทความนี้ คุณจะสามารถสร้างแอปพลิเคชันที่มอบประสบการณ์ผู้ใช้ที่ราบรื่นและน่าสนใจได้ แม้ในสภาพแวดล้อมที่ซับซ้อนและมีความต้องการสูง

ด้วยการยอมรับการขัดจังหวะและกลับมาทำงานต่อ React ช่วยให้นักพัฒนาสามารถสร้างแอปพลิเคชันระดับโลกที่สามารถจัดการกับการโต้ตอบของผู้ใช้ที่หลากหลายและความซับซ้อนของข้อมูลได้อย่างง่ายดายและสง่างาม ทำให้ผู้ใช้ทั่วโลกได้รับประสบการณ์ที่ดี