Tối ưu hóa Vòng lặp Công việc của React Scheduler: Tối đa hóa Hiệu suất Thực thi Tác vụ

Scheduler của React là một thành phần quan trọng quản lý và ưu tiên các bản cập nhật để đảm bảo giao diện người dùng mượt mà và phản hồi nhanh. Hiểu cách vòng lặp công việc (work loop) của Scheduler hoạt động và áp dụng các kỹ thuật tối ưu hóa hiệu quả là rất quan trọng để xây dựng các ứng dụng React hiệu suất cao. Hướng dẫn toàn diện này khám phá React Scheduler, vòng lặp công việc của nó, và các chiến lược để tối đa hóa hiệu suất thực thi tác vụ.

Tìm hiểu về React Scheduler

React Scheduler, còn được gọi là kiến trúc Fiber, là cơ chế nền tảng của React để quản lý và ưu tiên các bản cập nhật. Trước Fiber, React sử dụng một quy trình đối chiếu (reconciliation) đồng bộ, có thể chặn luồng chính và dẫn đến trải nghiệm người dùng giật lag, đặc biệt đối với các ứng dụng phức tạp. Scheduler giới thiệu tính đồng thời, cho phép React chia nhỏ công việc render thành các đơn vị nhỏ hơn, có thể bị gián đoạn.

Các khái niệm chính của React Scheduler bao gồm:

• Fiber: Một Fiber đại diện cho một đơn vị công việc. Mỗi instance của component React có một nút Fiber tương ứng chứa thông tin về component, trạng thái của nó và mối quan hệ của nó với các component khác trong cây.
• Work Loop (Vòng lặp công việc): Vòng lặp công việc là cơ chế cốt lõi lặp qua cây Fiber, thực hiện các cập nhật và render các thay đổi ra DOM.
• Prioritization (Ưu tiên hóa): Scheduler ưu tiên các loại cập nhật khác nhau dựa trên mức độ khẩn cấp của chúng, đảm bảo rằng các tác vụ có độ ưu tiên cao (như tương tác của người dùng) được xử lý nhanh chóng.
• Concurrency (Tính đồng thời): React có thể gián đoạn, tạm dừng hoặc tiếp tục công việc render, cho phép trình duyệt xử lý các tác vụ khác (như nhập liệu của người dùng hoặc hoạt ảnh) mà không chặn luồng chính.

Vòng lặp Công việc của React Scheduler: Một Cái nhìn Sâu sắc

Vòng lặp công việc là trái tim của React Scheduler. Nó chịu trách nhiệm duyệt cây Fiber, xử lý các cập nhật và render các thay đổi ra DOM. Hiểu cách vòng lặp công việc hoạt động là điều cần thiết để xác định các điểm nghẽn hiệu suất tiềm ẩn và triển khai các chiến lược tối ưu hóa.

Các Giai đoạn của Vòng lặp Công việc

Vòng lặp công việc bao gồm hai giai đoạn chính:

1. Render Phase (Giai đoạn Render): Trong giai đoạn render, React duyệt cây Fiber và xác định những thay đổi cần được thực hiện trên DOM. Giai đoạn này còn được gọi là giai đoạn "đối chiếu" (reconciliation).
   • Begin Work: React bắt đầu từ nút Fiber gốc và duyệt đệ quy xuống cây, so sánh Fiber hiện tại với Fiber trước đó (nếu có). Quá trình này xác định xem một component có cần được cập nhật hay không.
   • Complete Work: Khi React duyệt ngược lên cây, nó tính toán các hiệu ứng của các cập nhật và chuẩn bị các thay đổi để được áp dụng vào DOM.
2. Commit Phase (Giai đoạn Commit): Trong giai đoạn commit, React áp dụng các thay đổi vào DOM và gọi các phương thức vòng đời.
   • Before Mutation: React chạy các phương thức vòng đời như `getSnapshotBeforeUpdate`.
   • Mutation: React cập nhật các nút DOM bằng cách thêm, xóa hoặc sửa đổi các phần tử.
   • Layout: React chạy các phương thức vòng đời như `componentDidMount` và `componentDidUpdate`. Nó cũng cập nhật các ref và lên lịch các layout effect.

Giai đoạn render có thể bị gián đoạn bởi Scheduler nếu một tác vụ có độ ưu tiên cao hơn xuất hiện. Tuy nhiên, giai đoạn commit là đồng bộ và không thể bị gián đoạn.

Ưu tiên hóa và Lập lịch

React sử dụng một thuật toán lập lịch dựa trên độ ưu tiên để xác định thứ tự xử lý các cập nhật. Các cập nhật được gán các độ ưu tiên khác nhau dựa trên mức độ khẩn cấp của chúng.

Các mức độ ưu tiên phổ biến bao gồm:

• Immediate Priority: Được sử dụng cho các cập nhật khẩn cấp cần được xử lý ngay lập tức, chẳng hạn như nhập liệu của người dùng (ví dụ: gõ vào một trường văn bản).
• User Blocking Priority: Được sử dụng cho các cập nhật chặn tương tác của người dùng, chẳng hạn như hoạt ảnh hoặc chuyển tiếp.
• Normal Priority: Được sử dụng cho hầu hết các cập nhật, chẳng hạn như render nội dung mới hoặc cập nhật dữ liệu.
• Low Priority: Được sử dụng cho các cập nhật không quan trọng, chẳng hạn như các tác vụ nền hoặc phân tích.
• Idle Priority: Được sử dụng cho các cập nhật có thể được trì hoãn cho đến khi trình duyệt rảnh rỗi, chẳng hạn như tìm nạp trước dữ liệu hoặc thực hiện các tính toán phức tạp.

React sử dụng API `requestIdleCallback` (hoặc một polyfill) để lập lịch các tác vụ có độ ưu tiên thấp, cho phép trình duyệt tối ưu hóa hiệu suất và tránh chặn luồng chính.

Các Kỹ thuật Tối ưu hóa để Thực thi Tác vụ Hiệu quả

Tối ưu hóa vòng lặp công việc của React Scheduler bao gồm việc giảm thiểu lượng công việc cần phải thực hiện trong giai đoạn render và đảm bảo rằng các cập nhật được ưu tiên một cách chính xác. Dưới đây là một số kỹ thuật để cải thiện hiệu suất thực thi tác vụ:

1. Memoization (Ghi nhớ)

Memoization là một kỹ thuật tối ưu hóa mạnh mẽ, bao gồm việc lưu vào bộ nhớ đệm kết quả của các lệnh gọi hàm tốn kém và trả về kết quả đã lưu trong bộ nhớ đệm khi cùng một đầu vào xảy ra lần nữa. Trong React, memoization có thể được áp dụng cho cả component và giá trị.

`React.memo`

`React.memo` là một component bậc cao (higher-order component) ghi nhớ một functional component. Nó ngăn component render lại nếu các prop của nó không thay đổi. Theo mặc định, `React.memo` thực hiện so sánh nông (shallow comparison) các prop. Bạn cũng có thể cung cấp một hàm so sánh tùy chỉnh làm đối số thứ hai cho `React.memo`.

Ví dụ:

import React from 'react';

const MyComponent = React.memo(function MyComponent(props) {
  // Component logic
  return (
    <div>
      {props.value}
    </div>
  );
});

export default MyComponent;

`useMemo`

`useMemo` là một hook ghi nhớ một giá trị. Nó nhận một hàm tính toán giá trị và một mảng phụ thuộc. Hàm chỉ được thực thi lại khi một trong các phụ thuộc thay đổi. Điều này hữu ích để ghi nhớ các tính toán tốn kém hoặc tạo ra các tham chiếu ổn định.

Ví dụ:

import React, { useMemo } from 'react';

function MyComponent(props) {
  const expensiveValue = useMemo(() => {
    // Perform an expensive calculation
    return computeExpensiveValue(props.data);
  }, [props.data]);

  return (
    <div>
      {expensiveValue}
    </div>
  );
}

`useCallback`

`useCallback` là một hook ghi nhớ một hàm. Nó nhận một hàm và một mảng phụ thuộc. Hàm chỉ được tạo lại khi một trong các phụ thuộc thay đổi. Điều này hữu ích khi truyền các callback cho các component con sử dụng `React.memo`.

Ví dụ:

import React, { useCallback } from 'react';

function MyComponent(props) {
  const handleClick = useCallback(() => {
    // Handle click event
    console.log('Clicked!');
  }, []);

  return (
    <button onClick={handleClick}>
      Click Me
    </button>
  );
}

2. Virtualization (Ảo hóa)

Virtualization (còn được gọi là windowing) là một kỹ thuật để render các danh sách hoặc bảng lớn một cách hiệu quả. Thay vì render tất cả các mục cùng một lúc, virtualization chỉ render các mục hiện đang hiển thị trong viewport. Khi người dùng cuộn, các mục mới được render và các mục cũ bị xóa.

Một số thư viện cung cấp các component virtualization cho React, bao gồm:

• `react-window`: Một thư viện nhẹ để render các danh sách và bảng lớn.
• `react-virtualized`: Một thư viện toàn diện hơn với một loạt các component virtualization.

Ví dụ sử dụng `react-window`:

import React from 'react';
import { FixedSizeList } from 'react-window';

const Row = ({ index, style }) => (
  <div style={style}>
    Row {index}
  </div>
);

function MyListComponent(props) {
  return (
    <FixedSizeList
      height={400}
      width={300}
      itemSize={30}
      itemCount={props.items.length}
    >
      {Row}
    </FixedSizeList>
  );
}

3. Code Splitting (Tách mã)

Code splitting là một kỹ thuật để chia nhỏ ứng dụng của bạn thành các đoạn nhỏ hơn có thể được tải theo yêu cầu. Điều này làm giảm thời gian tải ban đầu và cải thiện hiệu suất tổng thể của ứng dụng.

React cung cấp một số cách để triển khai code splitting:

• `React.lazy` và `Suspense`: `React.lazy` cho phép bạn nhập (import) động các component, và `Suspense` cho phép bạn hiển thị một giao diện người dùng dự phòng trong khi component đang tải.
• Dynamic Imports: Bạn có thể sử dụng dynamic imports (`import()`) để tải các module theo yêu cầu.

Ví dụ sử dụng `React.lazy` và `Suspense`:

import React, { lazy, Suspense } from 'react';

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

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

4. Debouncing và Throttling

Debouncing và throttling là các kỹ thuật để giới hạn tốc độ thực thi một hàm. Điều này có thể hữu ích để cải thiện hiệu suất của các trình xử lý sự kiện được kích hoạt thường xuyên, chẳng hạn như sự kiện cuộn hoặc sự kiện thay đổi kích thước.

• Debouncing: Debouncing trì hoãn việc thực thi một hàm cho đến khi một khoảng thời gian nhất định trôi qua kể từ lần cuối cùng hàm được gọi.
• Throttling: Throttling giới hạn tốc độ thực thi một hàm. Hàm chỉ được thực thi một lần trong một khoảng thời gian xác định.

Ví dụ sử dụng thư viện `lodash` cho debouncing:

import React, { useState, useEffect } from 'react';
import { debounce } from 'lodash';

function MyComponent() {
  const [value, setValue] = useState('');

  const handleChange = (event) => {
    setValue(event.target.value);
  };

  const debouncedHandleChange = debounce(handleChange, 300);

  useEffect(() => {
    return () => {
      debouncedHandleChange.cancel();
    };
  }, [debouncedHandleChange]);

  return (
    <input type="text" onChange={debouncedHandleChange} />
  );
}

5. Tránh các Lần Render lại Không cần thiết

Một trong những nguyên nhân phổ biến nhất gây ra các vấn đề về hiệu suất trong các ứng dụng React là các lần render lại không cần thiết. Một số chiến lược có thể giúp giảm thiểu các lần render lại không cần thiết này:

• Cấu trúc dữ liệu bất biến (Immutable Data Structures): Sử dụng các cấu trúc dữ liệu bất biến đảm bảo rằng các thay đổi đối với dữ liệu sẽ tạo ra các đối tượng mới thay vì sửa đổi các đối tượng hiện có. Điều này giúp dễ dàng phát hiện các thay đổi và ngăn chặn các lần render lại không cần thiết. Các thư viện như Immutable.js và Immer có thể giúp ích trong việc này.
• Pure Components: Các class component có thể kế thừa từ `React.PureComponent`, thực hiện so sánh nông các prop và state trước khi render lại. Điều này tương tự như `React.memo` cho các functional component.
• Danh sách có Key đúng cách: Khi render danh sách các mục, hãy đảm bảo rằng mỗi mục có một key duy nhất và ổn định. Điều này giúp React cập nhật danh sách một cách hiệu quả khi các mục được thêm, xóa hoặc sắp xếp lại.
• Tránh các hàm và đối tượng nội tuyến làm Prop: Tạo các hàm hoặc đối tượng mới nội tuyến trong phương thức render của một component sẽ khiến các component con render lại, ngay cả khi dữ liệu không thay đổi. Sử dụng `useCallback` và `useMemo` để tránh điều này.

6. Xử lý Sự kiện Hiệu quả

Tối ưu hóa việc xử lý sự kiện bằng cách giảm thiểu công việc được thực hiện trong các trình xử lý sự kiện. Tránh thực hiện các tính toán phức tạp hoặc thao tác DOM trực tiếp trong các trình xử lý sự kiện. Thay vào đó, hãy trì hoãn các tác vụ này sang các hoạt động bất đồng bộ hoặc sử dụng web worker cho các tác vụ tính toán chuyên sâu.

7. Profiling và Giám sát Hiệu suất

Thường xuyên phân tích (profile) ứng dụng React của bạn để xác định các điểm nghẽn hiệu suất và các khu vực cần tối ưu hóa. React DevTools cung cấp các khả năng profiling mạnh mẽ cho phép bạn kiểm tra thời gian render của component, xác định các lần render lại không cần thiết và phân tích call stack. Sử dụng các công cụ giám sát hiệu suất để theo dõi các chỉ số hiệu suất chính trong môi trường production và xác định các vấn đề tiềm ẩn trước khi chúng ảnh hưởng đến người dùng.

Ví dụ Thực tế và Nghiên cứu Tình huống

Hãy xem xét một vài ví dụ thực tế về cách áp dụng các kỹ thuật tối ưu hóa này:

• Danh sách sản phẩm thương mại điện tử: Một trang web thương mại điện tử hiển thị một danh sách sản phẩm lớn có thể hưởng lợi từ việc ảo hóa để cải thiện hiệu suất cuộn. Việc ghi nhớ các component sản phẩm cũng có thể ngăn chặn các lần render lại không cần thiết khi chỉ có số lượng hoặc trạng thái giỏ hàng thay đổi.
• Bảng điều khiển tương tác: Một bảng điều khiển có nhiều biểu đồ và widget tương tác có thể sử dụng tách mã để chỉ tải các component cần thiết theo yêu cầu. Việc debouncing các sự kiện nhập liệu của người dùng có thể ngăn chặn các cập nhật quá mức và cải thiện khả năng phản hồi.
• Bảng tin mạng xã hội: Một bảng tin mạng xã hội hiển thị một luồng bài đăng lớn có thể sử dụng ảo hóa để chỉ render các bài đăng có thể nhìn thấy. Việc ghi nhớ các component bài đăng và tối ưu hóa việc tải hình ảnh có thể nâng cao hiệu suất hơn nữa.

Kết luận

Tối ưu hóa vòng lặp công việc của React Scheduler là điều cần thiết để xây dựng các ứng dụng React hiệu suất cao. Bằng cách hiểu cách Scheduler hoạt động và áp dụng các kỹ thuật như memoization, virtualization, code splitting, debouncing, và các chiến lược render cẩn thận, bạn có thể cải thiện đáng kể hiệu suất thực thi tác vụ và tạo ra trải nghiệm người dùng mượt mà, phản hồi nhanh hơn. Hãy nhớ thường xuyên phân tích ứng dụng của bạn để xác định các điểm nghẽn hiệu suất và liên tục tinh chỉnh các chiến lược tối ưu hóa của bạn.

Bằng cách triển khai những phương pháp tốt nhất này, các nhà phát triển có thể xây dựng các ứng dụng React hiệu quả và hiệu suất cao hơn, mang lại trải nghiệm người dùng tốt hơn trên nhiều loại thiết bị và điều kiện mạng, cuối cùng dẫn đến tăng sự tương tác và hài lòng của người dùng.

Tài nguyên tham khảo thêm

• Tài liệu Tối ưu hóa Hiệu suất của React
• Thư viện react-window
• Preact (Thư viện thay thế React)