React Fiber: Tìm hiểu Kiến trúc Mới

React, thư viện JavaScript phổ biến để xây dựng giao diện người dùng, đã trải qua sự phát triển đáng kể qua nhiều năm. Một trong những thay đổi có ảnh hưởng lớn nhất là sự ra đời của React Fiber, một bản viết lại hoàn toàn thuật toán đối chiếu cốt lõi của React. Kiến trúc mới này mở ra những khả năng mạnh mẽ, cho phép trải nghiệm người dùng mượt mà hơn, cải thiện hiệu suất và linh hoạt hơn trong việc quản lý các ứng dụng phức tạp. Bài đăng trên blog này cung cấp một cái nhìn tổng quan toàn diện về React Fiber, các khái niệm chính của nó và ý nghĩa của nó đối với các nhà phát triển React trên toàn cầu.

React Fiber là gì?

Về cốt lõi, React Fiber là một triển khai của thuật toán đối chiếu của React, chịu trách nhiệm so sánh trạng thái hiện tại của giao diện người dùng ứng dụng với trạng thái mong muốn và sau đó cập nhật DOM (Mô hình Đối tượng Tài liệu) để phản ánh các thay đổi. Thuật toán đối chiếu ban đầu, thường được gọi là "stack reconciler", có những hạn chế trong việc xử lý các cập nhật phức tạp, đặc biệt là trong các kịch bản liên quan đến các tính toán chạy dài hoặc thay đổi trạng thái thường xuyên. Những hạn chế này có thể dẫn đến tắc nghẽn hiệu suất và giao diện người dùng giật, lag.

React Fiber giải quyết những hạn chế này bằng cách giới thiệu khái niệm kết xuất bất đồng bộ, cho phép React chia nhỏ quá trình kết xuất thành các đơn vị công việc nhỏ hơn, có thể bị gián đoạn. Điều này cho phép React ưu tiên các cập nhật, xử lý các tương tác của người dùng một cách nhạy bén hơn và cung cấp trải nghiệm người dùng mượt mà, trôi chảy hơn. Hãy tưởng tượng nó giống như một đầu bếp đang chuẩn bị một bữa ăn phức tạp. Phương pháp cũ có nghĩa là hoàn thành từng món một. Fiber giống như người đầu bếp chuẩn bị các phần nhỏ của nhiều món ăn cùng một lúc, và tạm dừng một món để nhanh chóng giải quyết yêu cầu của khách hàng hoặc một công việc khẩn cấp.

Các khái niệm chính của React Fiber

Để hiểu đầy đủ về React Fiber, điều cần thiết là phải nắm bắt các khái niệm chính của nó:

1. Fibers

Một fiber là đơn vị công việc cơ bản trong React Fiber. Nó đại diện cho một biểu diễn ảo của một phiên bản component React. Mỗi component trong ứng dụng có một nút fiber tương ứng, tạo thành một cấu trúc giống như cây được gọi là cây fiber. Cây này phản chiếu cây component nhưng chứa thông tin bổ sung mà React sử dụng để theo dõi, ưu tiên và quản lý các cập nhật. Mỗi fiber chứa thông tin về:

• Loại: Loại của component (ví dụ: một functional component, một class component, hoặc một phần tử DOM).
• Key: Một định danh duy nhất cho component, được sử dụng để đối chiếu hiệu quả.
• Props: Dữ liệu được truyền cho component.
• State: Dữ liệu nội bộ do component quản lý.
• Child: Một con trỏ đến con đầu tiên của component.
• Sibling: Một con trỏ đến anh chị em kế tiếp của component.
• Return: Một con trỏ đến cha của component.
• Effect Tag: Một cờ báo hiệu loại cập nhật cần được thực hiện trên component (ví dụ: cập nhật, đặt chỗ, xóa).

2. Reconciliation (Đối chiếu)

Reconciliation là quá trình so sánh cây fiber hiện tại với cây fiber mới để xác định những thay đổi cần được thực hiện đối với DOM. React Fiber sử dụng thuật toán duyệt ưu tiên chiều sâu để đi qua cây fiber và xác định sự khác biệt giữa hai cây. Thuật toán này được tối ưu hóa để giảm thiểu số lượng thao tác DOM cần thiết để cập nhật giao diện người dùng.

3. Scheduling (Lập lịch)

Scheduling là quá trình ưu tiên và thực thi các cập nhật được xác định trong quá trình đối chiếu. React Fiber sử dụng một bộ lập lịch tinh vi cho phép nó chia nhỏ quá trình kết xuất thành các đơn vị công việc nhỏ hơn, có thể bị gián đoạn. Điều này cho phép React ưu tiên các cập nhật dựa trên tầm quan trọng của chúng, xử lý các tương tác của người dùng một cách nhạy bén hơn và ngăn chặn các tính toán chạy dài làm chặn luồng chính.

Bộ lập lịch hoạt động bằng hệ thống dựa trên độ ưu tiên. Các cập nhật có thể được gán các mức độ ưu tiên khác nhau, chẳng hạn như:

• Immediate (Tức thì): Dành cho các cập nhật quan trọng cần được áp dụng ngay lập tức (ví dụ: nhập liệu của người dùng).
• User-Blocking (Chặn người dùng): Dành cho các cập nhật được kích hoạt bởi tương tác của người dùng và nên được xử lý càng nhanh càng tốt.
• Normal (Thông thường): Dành cho các cập nhật chung không có yêu cầu thời gian nghiêm ngặt.
• Low (Thấp): Dành cho các cập nhật ít quan trọng hơn và có thể được trì hoãn nếu cần.
• Idle (Nhàn rỗi): Dành cho các cập nhật có thể được thực hiện khi trình duyệt rảnh rỗi.

4. Kết xuất bất đồng bộ

Kết xuất bất đồng bộ là sự đổi mới cốt lõi của React Fiber. Nó cho phép React tạm dừng và tiếp tục quá trình kết xuất, giúp nó xử lý các cập nhật có độ ưu tiên cao hơn và các tương tác của người dùng một cách hiệu quả hơn. Điều này đạt được bằng cách chia nhỏ quá trình kết xuất thành các đơn vị công việc nhỏ hơn, có thể bị gián đoạn và lập lịch cho chúng dựa trên độ ưu tiên. Nếu một cập nhật có độ ưu tiên cao hơn đến trong khi React đang làm việc trên một tác vụ có độ ưu tiên thấp hơn, React có thể tạm dừng tác vụ có độ ưu tiên thấp hơn, xử lý cập nhật có độ ưu tiên cao hơn, và sau đó tiếp tục tác vụ có độ ưu tiên thấp hơn tại nơi nó đã dừng lại. Điều này đảm bảo rằng giao diện người dùng vẫn phản hồi ngay cả khi xử lý các cập nhật phức tạp.

5. WorkLoop (Vòng lặp công việc)

WorkLoop là trái tim của kiến trúc Fiber. Đó là một hàm lặp qua cây Fiber, xử lý các fiber riêng lẻ và thực hiện các cập nhật cần thiết. Vòng lặp này tiếp tục cho đến khi tất cả công việc đang chờ được hoàn thành hoặc cho đến khi React cần tạm dừng để xử lý một tác vụ có độ ưu tiên cao hơn. WorkLoop chịu trách nhiệm cho:

• Chọn fiber tiếp theo để xử lý.
• Thực thi các phương thức vòng đời của component.
• Tính toán sự khác biệt giữa cây fiber hiện tại và cây fiber mới.
• Cập nhật DOM.

Lợi ích của React Fiber

React Fiber mang lại một số lợi ích đáng kể cho cả nhà phát triển và người dùng React:

1. Cải thiện hiệu năng

Bằng cách chia nhỏ quá trình kết xuất thành các đơn vị công việc nhỏ hơn, có thể bị gián đoạn, React Fiber cải thiện đáng kể hiệu suất của các ứng dụng React. Điều này đặc biệt đáng chú ý trong các ứng dụng phức tạp với những thay đổi trạng thái thường xuyên hoặc các tính toán chạy dài. Khả năng ưu tiên các cập nhật và xử lý các tương tác của người dùng một cách nhạy bén hơn dẫn đến trải nghiệm người dùng mượt mà, trôi chảy hơn.

Ví dụ, hãy xem xét một trang web thương mại điện tử với trang danh sách sản phẩm phức tạp. Nếu không có React Fiber, việc lọc và sắp xếp danh sách sản phẩm có thể khiến giao diện người dùng không phản hồi, dẫn đến trải nghiệm người dùng khó chịu. Với React Fiber, các hoạt động này có thể được thực hiện bất đồng bộ, cho phép giao diện người dùng vẫn phản hồi và cung cấp trải nghiệm liền mạch hơn cho người dùng.

2. Tăng cường khả năng phản hồi

Khả năng kết xuất bất đồng bộ của React Fiber cho phép React xử lý các tương tác của người dùng một cách nhạy bén hơn. Bằng cách ưu tiên các cập nhật được kích hoạt bởi hành động của người dùng, React có thể đảm bảo rằng giao diện người dùng vẫn có tính tương tác ngay cả khi xử lý các cập nhật phức tạp. Điều này mang lại trải nghiệm người dùng hấp dẫn và thỏa mãn hơn.

Hãy tưởng tượng một trình soạn thảo tài liệu cộng tác nơi nhiều người dùng đang thực hiện các thay đổi đồng thời. Với React Fiber, giao diện người dùng có thể vẫn phản hồi với hành động của mỗi người dùng, ngay cả khi xử lý một số lượng lớn các cập nhật đồng thời. Điều này cho phép người dùng cộng tác trong thời gian thực mà không gặp phải độ trễ hoặc sự chậm trễ.

3. Linh hoạt hơn

React Fiber cung cấp sự linh hoạt lớn hơn trong việc quản lý các ứng dụng phức tạp. Khả năng ưu tiên các cập nhật và xử lý các hoạt động bất đồng bộ cho phép các nhà phát triển tối ưu hóa quá trình kết xuất cho các trường hợp sử dụng cụ thể. Điều này cho phép họ tạo ra các ứng dụng tinh vi và hiệu suất cao hơn.

For instance, consider a data visualization application that displays a large amount of real-time data. With React Fiber, developers can prioritize the rendering of the most important data points, ensuring that the user sees the most relevant information first. They can also defer the rendering of less important data points until the browser is idle, further improving performance.

4. Khả năng mới cho thiết kế UI

React Fiber mở ra những khả năng mới cho thiết kế giao diện người dùng. Khả năng thực hiện kết xuất bất đồng bộ và ưu tiên các cập nhật cho phép các nhà phát triển tạo ra các giao diện người dùng phức tạp và năng động hơn mà không làm giảm hiệu suất. Điều này cho phép họ tạo ra những trải nghiệm người dùng hấp dẫn và sống động hơn.

Hãy xem xét một ứng dụng trò chơi yêu cầu cập nhật thường xuyên trạng thái trò chơi. Với React Fiber, các nhà phát triển có thể ưu tiên kết xuất các yếu tố trò chơi quan trọng nhất, chẳng hạn như nhân vật của người chơi và các nhân vật kẻ thù, đảm bảo rằng trò chơi vẫn phản hồi ngay cả khi xử lý một số lượng lớn các cập nhật. Họ cũng có thể trì hoãn việc kết xuất các yếu tố trò chơi ít quan trọng hơn, chẳng hạn như cảnh nền, cho đến khi trình duyệt rảnh rỗi, cải thiện hiệu suất hơn nữa.

Ý nghĩa đối với lập trình viên React

Mặc dù React Fiber phần lớn là một chi tiết triển khai, nó có một số ý nghĩa đối với các nhà phát triển React. Dưới đây là một số cân nhắc chính:

1. Tìm hiểu Concurrent Mode (Chế độ đồng thời)

React Fiber kích hoạt Concurrent Mode, một tập hợp các tính năng mới cho phép React xử lý kết xuất bất đồng bộ hiệu quả hơn. Concurrent Mode giới thiệu các API và khái niệm mới mà các nhà phát triển nên quen thuộc, chẳng hạn như:

• Suspense: Một cơ chế để tạm dừng việc kết xuất của một component cho đến khi dữ liệu của nó có sẵn.
• Transitions: Một cách để đánh dấu các cập nhật ít quan trọng hơn và có thể được trì hoãn nếu cần.
• useDeferredValue: Một hook cho phép bạn trì hoãn việc cập nhật một phần của giao diện người dùng.
• useTransition: Một hook cho phép bạn đánh dấu các cập nhật là transitions.

Việc hiểu các API và khái niệm này là rất quan trọng để tận dụng tối đa các khả năng của React Fiber.

2. Error Boundaries (Ranh giới lỗi)

Với kết xuất bất đồng bộ, lỗi có thể xảy ra ở các điểm khác nhau trong quá trình kết xuất. Error boundaries là một cơ chế để bắt các lỗi xảy ra trong quá trình kết xuất và ngăn chúng làm sập toàn bộ ứng dụng. Các nhà phát triển nên sử dụng error boundaries để xử lý lỗi một cách duyên dáng và cung cấp một giao diện người dùng dự phòng cho người dùng.

Ví dụ, hãy tưởng tượng một component tìm nạp dữ liệu từ một API bên ngoài. Nếu lệnh gọi API thất bại, component có thể ném ra một lỗi. Bằng cách bao bọc component trong một error boundary, bạn có thể bắt lỗi và hiển thị một thông báo cho người dùng cho biết rằng dữ liệu không thể được tải.

3. Effects và Side Effects (Tác dụng và Tác dụng phụ)

Khi sử dụng kết xuất bất đồng bộ, điều quan trọng là phải lưu ý đến effects và side effects. Effects nên được thực hiện trong hook useEffect, điều này đảm bảo rằng chúng được thực thi sau khi component đã được kết xuất. Điều quan trọng nữa là tránh thực hiện các side effects có thể cản trở quá trình kết xuất, chẳng hạn như thao tác trực tiếp với DOM bên ngoài React.

Hãy xem xét một component cần cập nhật tiêu đề tài liệu sau khi nó đã được kết xuất. Thay vì trực tiếp đặt tiêu đề tài liệu trong hàm render của component, bạn nên sử dụng hook useEffect để cập nhật tiêu đề sau khi component đã được kết xuất. Điều này đảm bảo rằng tiêu đề được cập nhật chính xác ngay cả khi sử dụng kết xuất bất đồng bộ.

4. Tránh các hoạt động chặn (Blocking)

Để hưởng lợi đầy đủ từ các khả năng kết xuất bất đồng bộ của React Fiber, điều quan trọng là phải tránh thực hiện các hoạt động chặn có thể chặn luồng chính. Điều này bao gồm các tính toán chạy dài, các lệnh gọi API đồng bộ và các thao tác DOM quá mức. Thay vào đó, các nhà phát triển nên sử dụng các kỹ thuật bất đồng bộ, chẳng hạn như Web Workers hoặc các lệnh gọi API bất đồng bộ, để thực hiện các hoạt động này ở chế độ nền.

Ví dụ, thay vì thực hiện một phép tính phức tạp trong luồng chính, bạn có thể sử dụng một Web Worker để thực hiện phép tính trong một luồng riêng biệt. Điều này sẽ ngăn phép tính chặn luồng chính và đảm bảo rằng giao diện người dùng vẫn phản hồi.

Ví dụ và trường hợp sử dụng thực tế

Hãy cùng khám phá một số ví dụ và trường hợp sử dụng thực tế mà React Fiber có thể cải thiện đáng kể trải nghiệm người dùng:

1. Ứng dụng nhiều dữ liệu

Các ứng dụng hiển thị lượng lớn dữ liệu, chẳng hạn như bảng điều khiển, công cụ trực quan hóa dữ liệu và các trang web thương mại điện tử, có thể hưởng lợi rất nhiều từ hiệu suất và khả năng phản hồi được cải thiện của React Fiber. Bằng cách ưu tiên kết xuất các điểm dữ liệu quan trọng nhất và trì hoãn việc kết xuất các điểm dữ liệu ít quan trọng hơn, các nhà phát triển có thể đảm bảo rằng người dùng nhìn thấy thông tin phù hợp nhất trước tiên và giao diện người dùng vẫn phản hồi ngay cả khi xử lý một lượng lớn dữ liệu.

Ví dụ, một bảng điều khiển tài chính hiển thị giá cổ phiếu theo thời gian thực có thể sử dụng React Fiber để ưu tiên kết xuất giá cổ phiếu hiện tại và trì hoãn việc kết xuất giá cổ phiếu lịch sử. Điều này sẽ đảm bảo rằng người dùng nhìn thấy thông tin cập nhật nhất và bảng điều khiển vẫn phản hồi ngay cả khi xử lý một lượng lớn dữ liệu.

2. Giao diện người dùng tương tác

Các ứng dụng có giao diện người dùng tương tác phức tạp, chẳng hạn như trò chơi, mô phỏng và trình soạn thảo cộng tác, có thể hưởng lợi từ khả năng phản hồi được tăng cường của React Fiber. Bằng cách ưu tiên các cập nhật được kích hoạt bởi hành động của người dùng, các nhà phát triển có thể đảm bảo rằng giao diện người dùng vẫn có tính tương tác ngay cả khi xử lý một số lượng lớn các cập nhật.

Hãy tưởng tượng một trò chơi chiến lược thời gian thực nơi người chơi liên tục ra lệnh cho các đơn vị của mình. Với React Fiber, giao diện người dùng có thể vẫn phản hồi với hành động của mỗi người chơi, ngay cả khi xử lý một số lượng lớn các cập nhật đồng thời. Điều này cho phép người chơi điều khiển các đơn vị của mình trong thời gian thực mà không gặp phải độ trễ hoặc sự chậm trễ.

3. Ứng dụng có hiệu ứng động (Animations)

Các ứng dụng sử dụng hiệu ứng động có thể hưởng lợi từ khả năng kết xuất bất đồng bộ của React Fiber. Bằng cách chia nhỏ quá trình hoạt ảnh thành các đơn vị công việc nhỏ hơn, có thể bị gián đoạn, các nhà phát triển có thể đảm bảo rằng các hoạt ảnh chạy mượt mà và giao diện người dùng vẫn phản hồi ngay cả khi các hoạt ảnh phức tạp.

Ví dụ, một trang web có hoạt ảnh chuyển trang phức tạp có thể sử dụng React Fiber để đảm bảo rằng hoạt ảnh chạy mượt mà và người dùng không gặp phải bất kỳ độ trễ hoặc sự chậm trễ nào trong quá trình chuyển đổi.

4. Tách mã (Code Splitting) và Tải lười (Lazy Loading)

React Fiber tích hợp liền mạch với các kỹ thuật tách mã và tải lười. Bằng cách sử dụng React.lazy và Suspense, bạn có thể tải các component theo yêu cầu, cải thiện thời gian tải ban đầu của ứng dụng. Fiber đảm bảo rằng các chỉ báo tải và giao diện người dùng dự phòng được hiển thị mượt mà và các component được tải được kết xuất hiệu quả.

Các phương pháp tốt nhất khi sử dụng React Fiber

Để tận dụng tối đa React Fiber, hãy xem xét các phương pháp tốt nhất sau:

• Sử dụng Concurrent Mode: Kích hoạt Concurrent Mode để mở khóa toàn bộ tiềm năng của khả năng kết xuất bất đồng bộ của React Fiber.
• Triển khai Error Boundaries: Sử dụng ranh giới lỗi để xử lý lỗi một cách duyên dáng và ngăn chúng làm sập toàn bộ ứng dụng.
• Tối ưu hóa Effects: Sử dụng hook useEffect để quản lý các tác dụng và tác dụng phụ và tránh thực hiện các tác dụng phụ có thể cản trở quá trình kết xuất.
• Tránh các hoạt động chặn: Sử dụng các kỹ thuật bất đồng bộ để tránh thực hiện các hoạt động chặn có thể chặn luồng chính.
• Phân tích ứng dụng của bạn: Sử dụng các công cụ phân tích hiệu suất của React để xác định các điểm nghẽn hiệu suất và tối ưu hóa mã của bạn cho phù hợp.

React Fiber trong bối cảnh toàn cầu

Lợi ích của React Fiber có thể áp dụng phổ biến, bất kể vị trí địa lý hay bối cảnh văn hóa. Những cải tiến về hiệu suất, khả năng phản hồi và tính linh hoạt của nó là rất quan trọng để mang lại trải nghiệm người dùng liền mạch cho khán giả toàn cầu. Khi xây dựng các ứng dụng cho người dùng đa dạng trên toàn thế giới, điều cần thiết là phải xem xét các yếu tố như độ trễ mạng, khả năng của thiết bị và sở thích khu vực. React Fiber có thể giúp giảm thiểu một số thách thức này bằng cách tối ưu hóa quá trình kết xuất và đảm bảo rằng giao diện người dùng vẫn phản hồi ngay cả trong những điều kiện không lý tưởng.

Ví dụ, ở những khu vực có kết nối internet chậm hơn, khả năng kết xuất bất đồng bộ của React Fiber có thể giúp đảm bảo rằng giao diện người dùng tải nhanh và vẫn phản hồi, mang lại trải nghiệm tốt hơn cho người dùng ở những khu vực đó. Tương tự, ở những khu vực có nhiều loại thiết bị khác nhau, khả năng ưu tiên các cập nhật và xử lý các hoạt động bất đồng bộ của React Fiber có thể giúp đảm bảo rằng ứng dụng chạy mượt mà trên nhiều loại thiết bị, từ điện thoại thông minh cao cấp đến điện thoại phổ thông cấp thấp.

Kết luận

React Fiber là một kiến trúc mang tính cách mạng đã thay đổi cách xây dựng và kết xuất các ứng dụng React. Bằng cách giới thiệu kết xuất bất đồng bộ và thuật toán lập lịch tinh vi, React Fiber mở ra những khả năng mạnh mẽ cho phép trải nghiệm người dùng mượt mà hơn, cải thiện hiệu suất và linh hoạt hơn. Mặc dù nó giới thiệu các khái niệm và API mới, việc hiểu React Fiber là rất quan trọng đối với bất kỳ nhà phát triển React nào muốn xây dựng các ứng dụng hiện đại, hiệu suất cao và có khả năng mở rộng. Bằng cách nắm bắt React Fiber và các tính năng liên quan của nó, các nhà phát triển có thể mang lại trải nghiệm người dùng đặc biệt cho khán giả toàn cầu và đẩy xa hơn những giới hạn của những gì có thể làm được với React.