Phục hồi sau gián đoạn Vòng lặp công việc của React Fiber: Một chiến lược tiếp tục tác vụ toàn diện

React Fiber là một bản viết lại hoàn chỉnh của thuật toán đối chiếu (reconciliation) của React. Mục tiêu chính của nó là tăng cường sự phù hợp cho các lĩnh vực như hoạt ảnh, bố cục và cử chỉ. Một trong những khía cạnh cốt lõi của Fiber là khả năng ngắt quãng, tạm dừng, tiếp tục và thậm chí hủy bỏ công việc rendering. Điều này cho phép React duy trì khả năng phản hồi của giao diện người dùng (UI) ngay cả khi xử lý các bản cập nhật phức tạp.

Tìm hiểu về Kiến trúc React Fiber

Trước khi đi sâu vào việc gián đoạn và tiếp tục, chúng ta hãy xem xét ngắn gọn về kiến trúc Fiber. React Fiber chia nhỏ các bản cập nhật thành các đơn vị công việc nhỏ. Mỗi đơn vị công việc đại diện cho một Fiber, là một đối tượng JavaScript được liên kết với một component React. Các Fiber này tạo thành một cây, phản ánh cây component.

Quá trình đối chiếu trong Fiber được chia thành hai giai đoạn:

• Giai đoạn Render (Render Phase): Xác định những thay đổi cần thực hiện đối với DOM. Giai đoạn này không đồng bộ và có thể bị gián đoạn. Nó xây dựng danh sách các hiệu ứng (effects list) sẽ được commit.
• Giai đoạn Commit (Commit Phase): Áp dụng các thay đổi vào DOM. Giai đoạn này đồng bộ và không thể bị gián đoạn. Nó đảm bảo rằng DOM được cập nhật một cách nhất quán và có thể dự đoán được.

Vòng lặp công việc và vai trò của nó trong việc Rendering

Vòng lặp công việc (work loop) là trung tâm của quá trình rendering. Nó lặp qua cây Fiber, xử lý từng Fiber và xác định những thay đổi cần thiết. Hàm vòng lặp công việc chính, thường được gọi là `workLoopSync` (đồng bộ) hoặc `workLoopConcurrent` (bất đồng bộ), tiếp tục thực thi cho đến khi không còn việc gì để làm hoặc một tác vụ có độ ưu tiên cao ngắt quãng nó.

Trong bộ đối chiếu Stack cũ hơn, quá trình rendering là đồng bộ. Nếu một cây component lớn cần cập nhật, trình duyệt sẽ bị chặn cho đến khi toàn bộ bản cập nhật hoàn tất. Điều này thường dẫn đến giao diện người dùng bị đơ và trải nghiệm người dùng kém.

Fiber giải quyết vấn đề này bằng cách cho phép vòng lặp công việc bị gián đoạn. React định kỳ nhường quyền kiểm soát lại cho trình duyệt, cho phép nó xử lý các tương tác của người dùng, hoạt ảnh và các tác vụ có độ ưu tiên cao khác. Điều này đảm bảo rằng giao diện người dùng vẫn phản hồi ngay cả trong các bản cập nhật kéo dài.

Gián đoạn: Khi nào và tại sao nó xảy ra?

Vòng lặp công việc có thể bị gián đoạn vì một số lý do:

• Cập nhật có độ ưu tiên cao: Các tương tác của người dùng, chẳng hạn như nhấp chuột và nhấn phím, được coi là có độ ưu tiên cao. Nếu một bản cập nhật có độ ưu tiên cao xảy ra trong khi vòng lặp công việc đang chạy, React sẽ ngắt quãng tác vụ hiện tại và ưu tiên tương tác của người dùng.
• Hết khoảng thời gian (Time Slice): React sử dụng một bộ lập lịch (scheduler) để quản lý việc thực thi các tác vụ. Mỗi tác vụ được cấp một khoảng thời gian để chạy. Nếu tác vụ vượt quá khoảng thời gian của nó, React sẽ ngắt quãng nó và nhường quyền kiểm soát lại cho trình duyệt.
• Lập lịch của trình duyệt: Các trình duyệt hiện đại cũng có cơ chế lập lịch riêng. React cần hợp tác với bộ lập lịch của trình duyệt để đảm bảo hiệu suất tối ưu.

Hãy nghĩ về một kịch bản: Một người dùng đang gõ vào một trường nhập liệu trong khi một tập dữ liệu lớn đang được render. Nếu không có sự gián đoạn, quá trình rendering có thể chặn UI, khiến trường nhập liệu không phản hồi. Với khả năng gián đoạn của Fiber, React có thể tạm dừng quá trình rendering, xử lý đầu vào của người dùng và sau đó tiếp tục rendering.

Chiến lược tiếp tục tác vụ: Cách React tiếp tục từ nơi nó đã dừng lại

Khi vòng lặp công việc bị gián đoạn, React cần một cơ chế để tiếp tục tác vụ sau đó. Đây là lúc chiến lược tiếp tục tác vụ phát huy tác dụng. React theo dõi cẩn thận tiến trình của mình và lưu trữ thông tin cần thiết để tiếp tục từ nơi nó đã dừng lại.

Dưới đây là phân tích các khía cạnh chính của chiến lược tiếp tục:

1. Cây Fiber như một cấu trúc dữ liệu bền vững

Cây Fiber được thiết kế để trở thành một cấu trúc dữ liệu bền vững (persistent data structure). Điều này có nghĩa là khi một bản cập nhật xảy ra, React không thay đổi trực tiếp cây hiện có. Thay vào đó, nó tạo ra một cây mới phản ánh những thay đổi. Cây cũ được bảo tồn cho đến khi cây mới sẵn sàng để được commit vào DOM.

Cấu trúc dữ liệu bền vững này cho phép React ngắt quãng vòng lặp công việc một cách an toàn mà không làm mất tiến trình. Nếu vòng lặp công việc bị gián đoạn, React có thể chỉ cần loại bỏ cây mới chưa hoàn thành và tiếp tục từ cây cũ khi nó sẵn sàng.

2. Các con trỏ `finishedWork` và `nextUnitOfWork`

React duy trì hai con trỏ quan trọng trong quá trình rendering:

• `nextUnitOfWork`: Trỏ đến Fiber tiếp theo cần được xử lý. Con trỏ này được cập nhật khi vòng lặp công việc tiến triển.
• `finishedWork`: Trỏ đến gốc của công việc đã hoàn thành. Sau khi hoàn thành mỗi fiber, nó được thêm vào danh sách hiệu ứng.

Khi vòng lặp công việc bị gián đoạn, con trỏ `nextUnitOfWork` giữ chìa khóa để tiếp tục tác vụ. React có thể sử dụng con trỏ này để bắt đầu xử lý cây Fiber từ điểm mà nó đã dừng lại.

3. Lưu và phục hồi Context

Trong quá trình rendering, React duy trì một đối tượng context chứa thông tin về môi trường rendering hiện tại. Context này bao gồm những thứ như chủ đề hiện tại, ngôn ngữ và các cài đặt cấu hình khác.

Khi vòng lặp công việc bị gián đoạn, React cần lưu context hiện tại để có thể phục hồi nó khi tác vụ được tiếp tục. Điều này đảm bảo rằng quá trình rendering tiếp tục với các cài đặt chính xác.

4. Ưu tiên và Lập lịch

React sử dụng một bộ lập lịch để quản lý việc thực thi các tác vụ. Bộ lập lịch gán các mức độ ưu tiên cho các tác vụ dựa trên tầm quan trọng của chúng. Các tác vụ có độ ưu tiên cao, chẳng hạn như tương tác của người dùng, được ưu tiên hơn các tác vụ có độ ưu tiên thấp, chẳng hạn như cập nhật nền.

Khi vòng lặp công việc bị gián đoạn, React có thể sử dụng bộ lập lịch để xác định tác vụ nào nên được tiếp tục trước. Điều này đảm bảo rằng các tác vụ quan trọng nhất được hoàn thành trước, duy trì khả năng phản hồi của UI.

Ví dụ, hãy tưởng tượng một hoạt ảnh phức tạp đang chạy và người dùng nhấp vào một nút. React sẽ ngắt quãng việc rendering hoạt ảnh, ưu tiên trình xử lý sự kiện nhấp chuột vào nút, và sau đó, khi hoàn tất, tiếp tục rendering hoạt ảnh từ nơi nó đã bị tạm dừng.

Ví dụ mã nguồn: Minh họa sự gián đoạn và tiếp tục

Mặc dù việc triển khai nội bộ rất phức tạp, chúng ta hãy minh họa khái niệm này bằng một ví dụ đơn giản hóa:

```javascript let nextUnitOfWork = null; let shouldYield = false; // Mô phỏng việc nhường quyền cho trình duyệt function performWork(fiber) { // ... xử lý fiber ... if (shouldYield) { // Tạm dừng công việc và lên lịch để tiếp tục sau requestIdleCallback(() => { nextUnitOfWork = fiber; // Lưu trữ fiber hiện tại workLoop(); }); return; } // ... tiếp tục đến fiber tiếp theo ... nextUnitOfWork = fiber.child || fiber.sibling || fiber.return; if (nextUnitOfWork) { performWork(nextUnitOfWork); } } function workLoop() { while (nextUnitOfWork && !shouldYield) { nextUnitOfWork = performWork(nextUnitOfWork); } } // Bắt đầu công việc ban đầu nextUnitOfWork = rootFiber; workLoop(); ```

Trong ví dụ đơn giản này, `shouldYield` mô phỏng một sự gián đoạn. `requestIdleCallback` lên lịch để `workLoop` tiếp tục sau, thể hiện một cách hiệu quả chiến lược tiếp tục.

Lợi ích của việc gián đoạn và tiếp tục

Chiến lược gián đoạn và tiếp tục trong React Fiber mang lại một số lợi ích đáng kể:

• Cải thiện khả năng phản hồi của UI: Bằng cách cho phép vòng lặp công việc bị gián đoạn, React có thể đảm bảo rằng UI vẫn phản hồi ngay cả trong các bản cập nhật kéo dài.
• Trải nghiệm người dùng tốt hơn: Một UI phản hồi dẫn đến trải nghiệm người dùng tốt hơn, vì người dùng có thể tương tác với ứng dụng mà không bị trễ hoặc đơ.
• Nâng cao hiệu suất: React có thể tối ưu hóa quá trình rendering bằng cách ưu tiên các tác vụ quan trọng và trì hoãn các tác vụ ít quan trọng hơn.
• Hỗ trợ Rendering đồng thời (Concurrent Rendering): Gián đoạn và tiếp tục là cần thiết cho rendering đồng thời, cho phép React thực hiện nhiều tác vụ rendering cùng một lúc.

Ví dụ thực tế trong các ngữ cảnh khác nhau

Dưới đây là một số ví dụ thực tế về cách sự gián đoạn và tiếp tục của React Fiber mang lại lợi ích cho các ngữ cảnh ứng dụng khác nhau:

• Nền tảng thương mại điện tử (Phạm vi toàn cầu): Hãy tưởng tượng một nền tảng thương mại điện tử toàn cầu với danh sách sản phẩm phức tạp. Khi người dùng duyệt web, React Fiber đảm bảo trải nghiệm cuộn mượt mà ngay cả khi hình ảnh và các thành phần khác được tải lười (lazy-loaded). Sự gián đoạn cho phép ưu tiên các tương tác của người dùng như thêm sản phẩm vào giỏ hàng, ngăn chặn UI bị đơ bất kể vị trí và tốc độ internet của người dùng.
• Trực quan hóa dữ liệu tương tác (Nghiên cứu khoa học - Hợp tác quốc tế): Trong nghiên cứu khoa học, việc trực quan hóa dữ liệu phức tạp là phổ biến. React Fiber cho phép các nhà khoa học tương tác với các biểu đồ này trong thời gian thực, phóng to, kéo và lọc dữ liệu mà không bị lag. Chiến lược gián đoạn và tiếp tục đảm bảo rằng các tương tác được ưu tiên hơn việc render các điểm dữ liệu mới, thúc đẩy việc khám phá dữ liệu mượt mà.
• Công cụ cộng tác thời gian thực (Đội nhóm toàn cầu): Đối với các đội nhóm toàn cầu cộng tác trên tài liệu hoặc thiết kế, các cập nhật thời gian thực là rất quan trọng. React Fiber cho phép người dùng gõ và chỉnh sửa tài liệu một cách liền mạch, ngay cả khi những người dùng khác đang thực hiện thay đổi đồng thời. Hệ thống ưu tiên đầu vào của người dùng, chẳng hạn như các lần nhấn phím, duy trì cảm giác phản hồi cho tất cả những người tham gia, bất kể độ trễ mạng của họ.
• Ứng dụng mạng xã hội (Cơ sở người dùng đa dạng): Một ứng dụng mạng xã hội hiển thị một bảng tin với hình ảnh, video và văn bản được hưởng lợi rất nhiều. React Fiber cho phép cuộn mượt mà qua bảng tin, ưu tiên render nội dung hiện đang hiển thị cho người dùng. Khi người dùng tương tác với một bài đăng, chẳng hạn như thích hoặc bình luận, React sẽ ngắt quãng việc render bảng tin và xử lý tương tác ngay lập tức, mang lại trải nghiệm mượt mà cho tất cả người dùng.

Tối ưu hóa cho việc gián đoạn và tiếp tục

Mặc dù React Fiber xử lý việc gián đoạn và tiếp tục một cách tự động, có một số điều bạn có thể làm để tối ưu hóa ứng dụng của mình cho tính năng này:

• Giảm thiểu logic rendering phức tạp: Chia nhỏ các component lớn thành các component nhỏ hơn, dễ quản lý hơn. Điều này làm giảm lượng công việc cần thực hiện trong một đơn vị thời gian, giúp React dễ dàng ngắt quãng và tiếp tục tác vụ hơn.
• Sử dụng các kỹ thuật Memoization: Sử dụng `React.memo`, `useMemo`, và `useCallback` để ngăn chặn các lần re-render không cần thiết. Điều này làm giảm lượng công việc cần thực hiện trong quá trình rendering.
• Tối ưu hóa cấu trúc dữ liệu: Sử dụng các cấu trúc dữ liệu và thuật toán hiệu quả để giảm thiểu thời gian xử lý dữ liệu.
• Tải lười các component: Sử dụng `React.lazy` để chỉ tải các component khi chúng cần thiết. Điều này làm giảm thời gian tải ban đầu và cải thiện hiệu suất tổng thể của ứng dụng.
• Sử dụng Web Workers: Đối với các tác vụ tính toán chuyên sâu, hãy xem xét sử dụng web workers để chuyển công việc sang một luồng riêng biệt. Điều này ngăn luồng chính bị chặn, cải thiện khả năng phản hồi của UI.

Những cạm bẫy phổ biến và cách tránh chúng

Mặc dù sự gián đoạn và tiếp tục của React Fiber mang lại những lợi thế đáng kể, một số cạm bẫy phổ biến có thể cản trở hiệu quả của chúng:

• Cập nhật state không cần thiết: Kích hoạt các bản cập nhật state thường xuyên trong các component có thể dẫn đến việc re-render quá mức. Đảm bảo rằng các component chỉ cập nhật khi cần thiết. Sử dụng các công cụ như React Profiler để xác định các bản cập nhật không cần thiết.
• Cây component phức tạp: Các cây component lồng nhau sâu có thể làm tăng thời gian cần thiết cho việc đối chiếu. Tái cấu trúc cây thành các cấu trúc phẳng hơn khi có thể để cải thiện hiệu suất.
• Các hoạt động đồng bộ kéo dài: Tránh thực hiện các hoạt động đồng bộ kéo dài, chẳng hạn như các phép tính phức tạp hoặc yêu cầu mạng, trong giai đoạn render. Điều này có thể chặn luồng chính và vô hiệu hóa các lợi ích của Fiber. Sử dụng các hoạt động bất đồng bộ (ví dụ: `async/await`, `Promise`) và chuyển các hoạt động đó sang giai đoạn commit hoặc các luồng nền bằng Web Workers.
• Bỏ qua độ ưu tiên của component: Không gán đúng độ ưu tiên cho các bản cập nhật component có thể dẫn đến khả năng phản hồi của UI kém. Tận dụng các tính năng như `useTransition` để đánh dấu các bản cập nhật ít quan trọng hơn, cho phép React ưu tiên các tương tác của người dùng.

Kết luận: Nắm bắt sức mạnh của sự gián đoạn và tiếp tục

Chiến lược gián đoạn và tiếp tục vòng lặp công việc của React Fiber là một công cụ mạnh mẽ để xây dựng giao diện người dùng hiệu suất cao và có khả năng phản hồi tốt. Bằng cách hiểu cách cơ chế này hoạt động và tuân theo các phương pháp hay nhất được nêu trong bài viết này, bạn có thể tạo ra các ứng dụng cung cấp trải nghiệm người dùng mượt mà và hấp dẫn, ngay cả trong các môi trường phức tạp và đòi hỏi khắt khe.

Bằng cách nắm bắt sự gián đoạn và tiếp tục, React trao quyền cho các nhà phát triển để tạo ra các ứng dụng đẳng cấp thế giới thực sự có thể xử lý các tương tác người dùng đa dạng và sự phức tạp của dữ liệu một cách dễ dàng và tinh tế, đảm bảo trải nghiệm tích cực cho người dùng trên toàn cầu.