Lập lịch tài nguyên trong React Concurrent Mode: Quản lý tác vụ nhận biết bộ nhớ

React Concurrent Mode là một tập hợp các tính năng mới trong React giúp các nhà phát triển xây dựng giao diện người dùng đáp ứng nhanh hơn và hiệu năng cao hơn. Cốt lõi của nó là một cơ chế lập lịch tài nguyên tinh vi quản lý việc thực thi các tác vụ khác nhau, ưu tiên các tương tác của người dùng và đảm bảo trải nghiệm mượt mà ngay cả khi tải nặng. Bài viết này đi sâu vào sự phức tạp của việc lập lịch tài nguyên trong React Concurrent Mode, tập trung vào cách nó xử lý việc quản lý bộ nhớ và ưu tiên các tác vụ để mang lại hiệu suất tối ưu cho người dùng toàn cầu.

Tìm hiểu về Concurrent Mode và các mục tiêu của nó

Cơ chế kết xuất (render) truyền thống của React là đồng bộ và chặn luồng (blocking). Điều này có nghĩa là khi React bắt đầu kết xuất một cây thành phần (component tree), nó sẽ tiếp tục cho đến khi toàn bộ cây được kết xuất, có khả năng chặn luồng chính và dẫn đến việc cập nhật giao diện người dùng chậm chạp. Concurrent Mode giải quyết hạn chế này bằng cách giới thiệu khả năng ngắt quãng, tạm dừng, tiếp tục hoặc thậm chí hủy bỏ các tác vụ kết xuất. Điều này cho phép React xen kẽ việc kết xuất với các tác vụ quan trọng khác, chẳng hạn như xử lý đầu vào của người dùng, vẽ hoạt ảnh và phản hồi các yêu cầu mạng.

Các mục tiêu chính của Concurrent Mode là:

• Khả năng đáp ứng: Duy trì giao diện người dùng mượt mà và phản hồi nhanh bằng cách ngăn các tác vụ chạy lâu chặn luồng chính.
• Ưu tiên hóa: Ưu tiên các tương tác của người dùng (ví dụ: gõ phím, nhấp chuột) hơn các tác vụ nền ít khẩn cấp hơn.
• Kết xuất bất đồng bộ: Chia nhỏ việc kết xuất thành các đơn vị công việc nhỏ hơn, có thể bị ngắt quãng.
• Cải thiện trải nghiệm người dùng: Mang lại trải nghiệm người dùng trôi chảy và liền mạch hơn, đặc biệt trên các thiết bị có tài nguyên hạn chế hoặc kết nối mạng chậm.

Kiến trúc Fiber: Nền tảng của tính đồng thời

Concurrent Mode được xây dựng dựa trên kiến trúc Fiber, là một bản viết lại hoàn chỉnh của bộ máy kết xuất nội bộ của React. Fiber biểu diễn mỗi thành phần trong giao diện người dùng như một đơn vị công việc. Không giống như bộ đối chiếu dựa trên ngăn xếp (stack-based reconciler) trước đây, Fiber sử dụng cấu trúc dữ liệu danh sách liên kết để tạo ra một cây công việc. Điều này cho phép React tạm dừng, tiếp tục và ưu tiên các tác vụ kết xuất dựa trên mức độ khẩn cấp của chúng.

Các khái niệm chính trong Fiber:

• Fiber Node: Đại diện cho một đơn vị công việc (ví dụ: một thể hiện của component).
• WorkLoop: Một vòng lặp duyệt qua cây Fiber, thực hiện công việc trên mỗi Fiber node.
• Scheduler (Bộ lập lịch): Xác định Fiber node nào sẽ được xử lý tiếp theo, dựa trên mức độ ưu tiên của chúng.
• Reconciliation (Đối chiếu): Quá trình so sánh cây Fiber hiện tại với cây trước đó để xác định những thay đổi cần được áp dụng cho DOM.

Lập lịch tài nguyên trong Concurrent Mode

Bộ lập lịch tài nguyên chịu trách nhiệm quản lý việc thực thi các tác vụ khác nhau trong Concurrent Mode. Nó ưu tiên các tác vụ dựa trên mức độ khẩn cấp của chúng và phân bổ tài nguyên (thời gian CPU, bộ nhớ) một cách tương ứng. Bộ lập lịch sử dụng nhiều kỹ thuật khác nhau để đảm bảo rằng các tác vụ quan trọng nhất được hoàn thành trước, trong khi các tác vụ ít khẩn cấp hơn được hoãn lại sau.

Ưu tiên hóa tác vụ

React Concurrent Mode sử dụng một hệ thống lập lịch dựa trên độ ưu tiên để xác định thứ tự thực hiện các tác vụ. Các tác vụ được gán các mức độ ưu tiên khác nhau dựa trên tầm quan trọng của chúng. Các mức độ ưu tiên phổ biến bao gồm:

• Ưu tiên tức thì (Immediate Priority): Dành cho các tác vụ cần được hoàn thành ngay lập tức, chẳng hạn như xử lý đầu vào của người dùng.
• Ưu tiên chặn người dùng (User-Blocking Priority): Dành cho các tác vụ chặn người dùng tương tác với giao diện, chẳng hạn như cập nhật giao diện để phản hồi một hành động của người dùng.
• Ưu tiên thông thường (Normal Priority): Dành cho các tác vụ không quan trọng về mặt thời gian, chẳng hạn như kết xuất các phần không quan trọng của giao diện.
• Ưu tiên thấp (Low Priority): Dành cho các tác vụ có thể được hoãn lại sau, chẳng hạn như kết xuất trước nội dung không hiển thị ngay lập tức.
• Ưu tiên khi rảnh rỗi (Idle Priority): Dành cho các tác vụ chỉ được thực hiện khi trình duyệt rảnh rỗi, chẳng hạn như tìm nạp dữ liệu nền.

Bộ lập lịch sử dụng các mức độ ưu tiên này để xác định tác vụ nào sẽ được thực thi tiếp theo. Các tác vụ có độ ưu tiên cao hơn sẽ được thực thi trước các tác vụ có độ ưu tiên thấp hơn. Điều này đảm bảo rằng các tác vụ quan trọng nhất được hoàn thành trước, ngay cả khi hệ thống đang chịu tải nặng.

Kết xuất có thể bị ngắt quãng

Một trong những tính năng chính của Concurrent Mode là kết xuất có thể bị ngắt quãng. Điều này có nghĩa là bộ lập lịch có thể ngắt một tác vụ kết xuất nếu có một tác vụ có độ ưu tiên cao hơn cần được thực thi. Ví dụ, nếu người dùng bắt đầu nhập liệu vào một trường đầu vào trong khi React đang kết xuất một cây thành phần lớn, bộ lập lịch có thể ngắt tác vụ kết xuất và xử lý đầu vào của người dùng trước. Điều này đảm bảo rằng giao diện người dùng vẫn phản hồi nhanh, ngay cả khi React đang thực hiện các hoạt động kết xuất phức tạp.

Khi một tác vụ kết xuất bị ngắt, React sẽ lưu trạng thái hiện tại của cây Fiber. Khi bộ lập lịch tiếp tục tác vụ kết xuất, nó có thể tiếp tục từ nơi nó đã dừng lại mà không cần phải bắt đầu lại từ đầu. Điều này cải thiện đáng kể hiệu suất của các ứng dụng React, đặc biệt khi xử lý các giao diện người dùng lớn và phức tạp.

Phân chia thời gian (Time Slicing)

Phân chia thời gian là một kỹ thuật khác được bộ lập lịch tài nguyên sử dụng để cải thiện khả năng đáp ứng của các ứng dụng React. Phân chia thời gian bao gồm việc chia nhỏ các tác vụ kết xuất thành các khối công việc nhỏ hơn. Sau đó, bộ lập lịch phân bổ một khoảng thời gian nhỏ (một "lát cắt thời gian" - "time slice") cho mỗi khối công việc. Sau khi lát cắt thời gian hết hạn, bộ lập lịch sẽ kiểm tra xem có bất kỳ tác vụ nào có độ ưu tiên cao hơn cần được thực thi hay không. Nếu có, bộ lập lịch sẽ ngắt tác vụ hiện tại và thực thi tác vụ có độ ưu tiên cao hơn. Nếu không, bộ lập lịch sẽ tiếp tục với tác vụ hiện tại cho đến khi nó hoàn thành hoặc một tác vụ có độ ưu tiên cao hơn khác xuất hiện.

Phân chia thời gian ngăn chặn các tác vụ kết xuất chạy lâu chặn luồng chính trong thời gian dài. Điều này giúp duy trì một giao diện người dùng mượt mà và phản hồi nhanh, ngay cả khi React đang thực hiện các hoạt động kết xuất phức tạp.

Quản lý tác vụ nhận biết bộ nhớ

Việc lập lịch tài nguyên trong React Concurrent Mode cũng xem xét việc sử dụng bộ nhớ. React nhằm mục đích giảm thiểu việc cấp phát bộ nhớ và thu gom rác (garbage collection) để cải thiện hiệu suất, đặc biệt trên các thiết bị có tài nguyên hạn chế. Nó đạt được điều này thông qua một số chiến lược:

Gom đối tượng (Object Pooling)

Gom đối tượng là một kỹ thuật bao gồm việc tái sử dụng các đối tượng hiện có thay vì tạo ra các đối tượng mới. Điều này có thể làm giảm đáng kể lượng bộ nhớ được cấp phát bởi các ứng dụng React. React sử dụng kỹ thuật gom đối tượng cho các đối tượng thường xuyên được tạo và hủy, chẳng hạn như các Fiber node và hàng đợi cập nhật (update queues).

Khi một đối tượng không còn cần thiết, nó được trả lại vào nhóm (pool) thay vì bị thu gom rác. Lần tiếp theo cần một đối tượng cùng loại, nó sẽ được lấy từ nhóm thay vì được tạo từ đầu. Điều này làm giảm chi phí cấp phát bộ nhớ và thu gom rác, giúp cải thiện hiệu suất của các ứng dụng React.

Độ nhạy với việc thu gom rác

Concurrent Mode được thiết kế để nhạy cảm với việc thu gom rác. Bộ lập lịch cố gắng lên lịch các tác vụ theo cách giảm thiểu tác động của việc thu gom rác đến hiệu suất. Ví dụ, bộ lập lịch có thể tránh tạo ra một số lượng lớn các đối tượng cùng một lúc, điều này có thể kích hoạt một chu kỳ thu gom rác. Nó cũng cố gắng thực hiện công việc theo các khối nhỏ hơn để giảm dung lượng bộ nhớ tại bất kỳ thời điểm nào.

Hoãn các tác vụ không quan trọng

Bằng cách ưu tiên các tương tác của người dùng và hoãn các tác vụ không quan trọng, React có thể giảm lượng bộ nhớ được sử dụng tại bất kỳ thời điểm nào. Các tác vụ không cần thiết ngay lập tức, chẳng hạn như kết xuất trước nội dung không hiển thị cho người dùng, có thể được hoãn lại đến một thời điểm sau khi hệ thống ít bận rộn hơn. Điều này làm giảm dung lượng bộ nhớ của ứng dụng và cải thiện hiệu suất tổng thể của nó.

Ví dụ thực tế và các trường hợp sử dụng

Hãy cùng khám phá một số ví dụ thực tế về cách lập lịch tài nguyên của React Concurrent Mode có thể cải thiện trải nghiệm người dùng:

Ví dụ 1: Xử lý đầu vào

Hãy tưởng tượng một biểu mẫu có nhiều trường nhập liệu và logic xác thực phức tạp. Trong một ứng dụng React truyền thống, việc gõ vào một trường nhập liệu có thể kích hoạt một bản cập nhật đồng bộ của toàn bộ biểu mẫu, dẫn đến một độ trễ đáng chú ý. Với Concurrent Mode, React có thể ưu tiên xử lý đầu vào của người dùng, đảm bảo rằng giao diện người dùng vẫn phản hồi nhanh ngay cả khi logic xác thực phức tạp. Khi người dùng gõ, React ngay lập tức cập nhật trường nhập liệu. Logic xác thực sau đó được thực thi như một tác vụ nền với độ ưu tiên thấp hơn, đảm bảo nó không can thiệp vào trải nghiệm gõ của người dùng. Đối với người dùng quốc tế nhập dữ liệu với các bộ ký tự khác nhau, khả năng đáp ứng này là rất quan trọng, đặc biệt trên các thiết bị có bộ xử lý kém mạnh hơn.

Ví dụ 2: Tìm nạp dữ liệu

Hãy xem xét một bảng điều khiển hiển thị dữ liệu từ nhiều API. Trong một ứng dụng React truyền thống, việc tìm nạp tất cả dữ liệu cùng một lúc có thể chặn giao diện người dùng cho đến khi tất cả các yêu cầu hoàn tất. Với Concurrent Mode, React có thể tìm nạp dữ liệu một cách bất đồng bộ và kết xuất giao diện người dùng theo từng phần. Dữ liệu quan trọng nhất có thể được tìm nạp và hiển thị trước, trong khi dữ liệu ít quan trọng hơn được tìm nạp và hiển thị sau. Điều này cung cấp thời gian tải ban đầu nhanh hơn và trải nghiệm người dùng phản hồi nhanh hơn. Hãy tưởng tượng một ứng dụng giao dịch chứng khoán được sử dụng trên toàn cầu. Các nhà giao dịch ở các múi giờ khác nhau cần cập nhật dữ liệu theo thời gian thực. Concurrent mode cho phép hiển thị thông tin chứng khoán quan trọng ngay lập tức, trong khi các phân tích thị trường ít quan trọng hơn được tải ở chế độ nền, mang lại trải nghiệm phản hồi nhanh ngay cả với tốc độ mạng thay đổi trên toàn cầu.

Ví dụ 3: Hoạt ảnh

Hoạt ảnh có thể tốn kém về mặt tính toán, có khả năng dẫn đến mất khung hình và trải nghiệm người dùng giật cục. Concurrent Mode cho phép React ưu tiên các hoạt ảnh, đảm bảo chúng được kết xuất mượt mà ngay cả khi các tác vụ khác đang chạy ở chế độ nền. Bằng cách gán độ ưu tiên cao cho các tác vụ hoạt ảnh, React đảm bảo rằng các khung hình của hoạt ảnh được kết xuất đúng giờ, mang lại trải nghiệm hấp dẫn về mặt hình ảnh. Ví dụ, một trang web thương mại điện tử sử dụng hoạt ảnh để chuyển đổi giữa các trang sản phẩm có thể đảm bảo trải nghiệm mượt mà và đẹp mắt cho người mua hàng quốc tế, bất kể thiết bị hoặc vị trí của họ.

Kích hoạt Concurrent Mode

Để kích hoạt Concurrent Mode trong ứng dụng React của bạn, bạn cần sử dụng API `createRoot` thay vì API `ReactDOM.render` truyền thống. Đây là một ví dụ:

import React from 'react';
import { createRoot } from 'react-dom/client';
import App from './App';

const container = document.getElementById('root');
const root = createRoot(container); // createRoot(container!) if you use TypeScript
root.render();

Bạn cũng cần đảm bảo rằng các thành phần của mình tương thích với Concurrent Mode. Điều này có nghĩa là các thành phần của bạn nên là các hàm thuần túy không dựa vào hiệu ứng phụ hoặc trạng thái có thể thay đổi. Nếu bạn đang sử dụng các class component, bạn nên xem xét việc chuyển sang các functional component với hooks.

Các phương pháp hay nhất để tối ưu hóa bộ nhớ trong Concurrent Mode

Dưới đây là một số phương pháp hay nhất để tối ưu hóa việc sử dụng bộ nhớ trong các ứng dụng React Concurrent Mode:

• Tránh kết xuất lại không cần thiết: Sử dụng `React.memo` và `useMemo` để ngăn các thành phần kết xuất lại khi props của chúng không thay đổi. Điều này có thể làm giảm đáng kể lượng công việc mà React cần làm và cải thiện hiệu suất.
• Sử dụng tải lười (lazy loading): Chỉ tải các thành phần khi chúng cần thiết. Điều này có thể giảm thời gian tải ban đầu của ứng dụng và cải thiện khả năng đáp ứng của nó.
• Tối ưu hóa hình ảnh: Sử dụng hình ảnh được tối ưu hóa để giảm kích thước ứng dụng của bạn. Điều này có thể cải thiện thời gian tải và giảm lượng bộ nhớ được ứng dụng sử dụng.
• Sử dụng tách mã (code splitting): Chia mã của bạn thành các khối nhỏ hơn có thể được tải theo yêu cầu. Điều này có thể giảm thời gian tải ban đầu của ứng dụng và cải thiện khả năng đáp ứng của nó.
• Tránh rò rỉ bộ nhớ: Đảm bảo dọn dẹp mọi tài nguyên bạn đang sử dụng khi các thành phần của bạn được gỡ bỏ (unmount). Điều này có thể ngăn chặn rò rỉ bộ nhớ và cải thiện sự ổn định của ứng dụng. Cụ thể, hãy hủy đăng ký khỏi các subscription, hủy các bộ đếm thời gian (timer) và giải phóng bất kỳ tài nguyên nào khác mà bạn đang nắm giữ.
• Hồ sơ hóa ứng dụng của bạn: Sử dụng React Profiler để xác định các điểm nghẽn hiệu suất trong ứng dụng của bạn. Điều này có thể giúp bạn xác định các khu vực mà bạn có thể cải thiện hiệu suất và giảm việc sử dụng bộ nhớ.

Các lưu ý về Quốc tế hóa và Khả năng tiếp cận

Khi xây dựng các ứng dụng React cho đối tượng người dùng toàn cầu, điều quan trọng là phải xem xét quốc tế hóa (i18n) và khả năng tiếp cận (a11y). Những cân nhắc này càng trở nên quan trọng hơn khi sử dụng Concurrent Mode, vì bản chất bất đồng bộ của việc kết xuất có thể ảnh hưởng đến trải nghiệm người dùng đối với những người khuyết tật hoặc những người ở các ngôn ngữ địa phương khác nhau.

Quốc tế hóa

• Sử dụng các thư viện i18n: Sử dụng các thư viện như `react-intl` hoặc `i18next` để quản lý các bản dịch và xử lý các ngôn ngữ địa phương khác nhau. Đảm bảo rằng các bản dịch của bạn được tải bất đồng bộ để tránh chặn giao diện người dùng.
• Định dạng ngày tháng và số: Sử dụng định dạng phù hợp cho ngày, số và tiền tệ dựa trên ngôn ngữ địa phương của người dùng.
• Hỗ trợ các ngôn ngữ từ phải sang trái: Nếu ứng dụng của bạn cần hỗ trợ các ngôn ngữ từ phải sang trái, hãy đảm bảo rằng bố cục và kiểu dáng của bạn tương thích với các ngôn ngữ đó.
• Cân nhắc sự khác biệt khu vực: Nhận thức về sự khác biệt văn hóa và điều chỉnh nội dung cũng như thiết kế của bạn cho phù hợp. Ví dụ, biểu tượng màu sắc, hình ảnh, và thậm chí cả vị trí nút bấm có thể có ý nghĩa khác nhau trong các nền văn hóa khác nhau. Tránh sử dụng các thành ngữ hoặc tiếng lóng đặc trưng văn hóa mà có thể không được tất cả người dùng hiểu. Một ví dụ đơn giản là định dạng ngày (MM/DD/YYYY so với DD/MM/YYYY) cần được xử lý một cách linh hoạt.

Khả năng tiếp cận

• Sử dụng HTML ngữ nghĩa: Sử dụng các phần tử HTML ngữ nghĩa để cung cấp cấu trúc và ý nghĩa cho nội dung của bạn. Điều này giúp các trình đọc màn hình và các công nghệ hỗ trợ khác dễ dàng hiểu ứng dụng của bạn hơn.
• Cung cấp văn bản thay thế cho hình ảnh: Luôn cung cấp văn bản thay thế cho hình ảnh để người dùng khiếm thị có thể hiểu được nội dung của hình ảnh.
• Sử dụng các thuộc tính ARIA: Sử dụng các thuộc tính ARIA để cung cấp thêm thông tin về ứng dụng của bạn cho các công nghệ hỗ trợ.
• Đảm bảo khả năng truy cập bằng bàn phím: Đảm bảo rằng tất cả các phần tử tương tác trong ứng dụng của bạn đều có thể truy cập được thông qua bàn phím.
• Kiểm tra với các công nghệ hỗ trợ: Kiểm tra ứng dụng của bạn với các trình đọc màn hình và các công nghệ hỗ trợ khác để đảm bảo rằng nó có thể truy cập được cho tất cả người dùng. Kiểm tra với các bộ ký tự quốc tế để đảm bảo kết xuất đúng cho tất cả các ngôn ngữ.

Kết luận

Cơ chế lập lịch tài nguyên và quản lý tác vụ nhận biết bộ nhớ của React Concurrent Mode là những công cụ mạnh mẽ để xây dựng giao diện người dùng hiệu năng cao và đáp ứng nhanh. Bằng cách ưu tiên các tương tác của người dùng, hoãn các tác vụ không quan trọng và tối ưu hóa việc sử dụng bộ nhớ, bạn có thể tạo ra các ứng dụng mang lại trải nghiệm liền mạch cho người dùng trên khắp thế giới, bất kể thiết bị hay điều kiện mạng của họ. Việc áp dụng các tính năng này không chỉ cải thiện trải nghiệm người dùng mà còn góp phần tạo ra một trang web toàn diện và dễ tiếp cận hơn cho mọi người. Khi React tiếp tục phát triển, việc hiểu và tận dụng Concurrent Mode sẽ rất quan trọng để xây dựng các ứng dụng web hiện đại, hiệu suất cao.