Kiến trúc React Fiber: Hiểu rõ Quá trình Đối chiếu

React đã cách mạng hóa việc phát triển front-end với kiến trúc dựa trên component và mô hình lập trình khai báo. Trái tim của hiệu quả React nằm ở quá trình đối chiếu (reconciliation) – cơ chế mà React dùng để cập nhật DOM thật sự nhằm phản ánh những thay đổi trong cây component. Quá trình này đã trải qua một sự tiến hóa đáng kể, đỉnh cao là kiến trúc Fiber. Bài viết này cung cấp một sự hiểu biết toàn diện về React Fiber và tác động của nó đối với quá trình đối chiếu.

Đối chiếu (Reconciliation) là gì?

Đối chiếu là thuật toán mà React sử dụng để so sánh DOM ảo trước đó với DOM ảo mới và xác định tập hợp thay đổi tối thiểu cần thiết để cập nhật DOM thật sự. DOM ảo là một biểu diễn trong bộ nhớ của UI. Khi trạng thái của một component thay đổi, React tạo ra một cây DOM ảo mới. Thay vì thao tác trực tiếp trên DOM thật sự, một quá trình chậm chạp, React so sánh cây DOM ảo mới với cây trước đó và xác định sự khác biệt. Quá trình này được gọi là diffing.

Quá trình đối chiếu được dẫn dắt bởi hai giả định chính:

• Các phần tử thuộc loại khác nhau sẽ tạo ra các cây khác nhau.
• Nhà phát triển có thể gợi ý những phần tử con nào có thể ổn định qua các lần render khác nhau bằng prop key.

Cơ chế Đối chiếu Truyền thống (Trước Fiber)

Trong phiên bản đầu tiên của React, quá trình đối chiếu là đồng bộ và không thể phân chia. Điều này có nghĩa là một khi React bắt đầu quá trình so sánh DOM ảo và cập nhật DOM thật, nó không thể bị gián đoạn. Điều này có thể dẫn đến các vấn đề về hiệu suất, đặc biệt là trong các ứng dụng phức tạp với cây component lớn. Nếu một cập nhật component mất nhiều thời gian, trình duyệt sẽ trở nên không phản hồi, dẫn đến trải nghiệm người dùng kém. Điều này thường được gọi là vấn đề "giật lag" (jank).

Hãy tưởng tượng một trang web thương mại điện tử phức tạp hiển thị danh mục sản phẩm. Nếu người dùng tương tác với một bộ lọc, kích hoạt việc render lại danh mục, quá trình đối chiếu đồng bộ có thể chặn luồng chính, làm cho UI không phản hồi cho đến khi toàn bộ danh mục được render lại. Điều này có thể mất vài giây, gây khó chịu cho người dùng.

Giới thiệu React Fiber

React Fiber là một bản viết lại hoàn toàn thuật toán đối chiếu của React, được giới thiệu trong React 16. Mục tiêu chính của nó là cải thiện khả năng phản hồi và hiệu suất cảm nhận được của các ứng dụng React, đặc biệt là trong các kịch bản phức tạp. Fiber đạt được điều này bằng cách chia nhỏ quá trình đối chiếu thành các đơn vị công việc nhỏ hơn, có thể bị gián đoạn.

Các khái niệm chính đằng sau React Fiber là:

• Fibers: Một fiber là một đối tượng JavaScript đại diện cho một đơn vị công việc. Nó chứa thông tin về một component, đầu vào và đầu ra của nó. Mỗi component React có một fiber tương ứng.
• WorkLoop: Vòng lặp công việc là một vòng lặp duyệt qua cây fiber và thực hiện công việc cần thiết cho mỗi fiber.
• Scheduling: Bộ lập lịch quyết định khi nào bắt đầu, tạm dừng, tiếp tục hoặc hủy bỏ một đơn vị công việc dựa trên độ ưu tiên.

Lợi ích của Kiến trúc Fiber

Kiến trúc Fiber mang lại nhiều lợi ích đáng kể:

• Đối chiếu có thể gián đoạn: Fiber cho phép React tạm dừng và tiếp tục quá trình đối chiếu, ngăn chặn các tác vụ chạy lâu làm chặn luồng chính. Điều này đảm bảo UI luôn phản hồi, ngay cả trong các cập nhật phức tạp.
• Cập nhật dựa trên độ ưu tiên: Fiber cho phép React ưu tiên các loại cập nhật khác nhau. Ví dụ, các tương tác của người dùng, như gõ phím hoặc nhấp chuột, có thể được ưu tiên cao hơn các tác vụ nền, như tìm nạp dữ liệu. Điều này đảm bảo rằng các cập nhật quan trọng nhất được xử lý trước.
• Render bất đồng bộ: Fiber cho phép React thực hiện render một cách bất đồng bộ. Điều này có nghĩa là React có thể bắt đầu render một component và sau đó tạm dừng để cho phép trình duyệt xử lý các tác vụ khác, chẳng hạn như đầu vào của người dùng hoặc hoạt ảnh. Điều này cải thiện hiệu suất tổng thể và khả năng phản hồi của ứng dụng.
• Xử lý lỗi được cải thiện: Fiber cung cấp khả năng xử lý lỗi tốt hơn trong quá trình đối chiếu. Nếu một lỗi xảy ra trong quá trình render, React có thể phục hồi một cách mượt mà hơn và ngăn không cho toàn bộ ứng dụng bị sập.

Hãy xem xét một ứng dụng chỉnh sửa tài liệu cộng tác. Với Fiber, các chỉnh sửa của những người dùng khác nhau có thể được xử lý với các mức độ ưu tiên khác nhau. Việc gõ phím thời gian thực từ người dùng hiện tại nhận được ưu tiên cao nhất, đảm bảo phản hồi ngay lập tức. Các cập nhật từ những người dùng khác, hoặc việc tự động lưu nền, có thể được xử lý với độ ưu tiên thấp hơn, giảm thiểu sự gián đoạn đối với trải nghiệm của người dùng đang hoạt động.

Hiểu về Cấu trúc Fiber

Mỗi component React được đại diện bởi một nút Fiber. Nút Fiber chứa thông tin về loại của component, props, state, và các mối quan hệ của nó với các nút Fiber khác trong cây. Dưới đây là một số thuộc tính quan trọng của một nút Fiber:

• type: Loại của component (ví dụ: function component, class component, phần tử DOM).
• key: Prop key được truyền cho component.
• props: Các props được truyền cho component.
• stateNode: Thể hiện của component (đối với class component) hoặc null (đối với function component).
• child: Một con trỏ đến nút Fiber con đầu tiên.
• sibling: Một con trỏ đến nút Fiber anh em kế tiếp.
• return: Một con trỏ đến nút Fiber cha.
• alternate: Một con trỏ đến nút Fiber đại diện cho trạng thái trước đó của component.
• effectTag: Một cờ báo cho biết loại cập nhật cần được thực hiện trên DOM.

Thuộc tính alternate đặc biệt quan trọng. Nó cho phép React theo dõi trạng thái trước đó và hiện tại của component. Trong quá trình đối chiếu, React so sánh nút Fiber hiện tại với alternate của nó để xác định những thay đổi cần được thực hiện đối với DOM.

Thuật toán WorkLoop

Vòng lặp công việc (work loop) là cốt lõi của kiến trúc Fiber. Nó chịu trách nhiệm duyệt qua cây fiber và thực hiện công việc cần thiết cho mỗi fiber. Vòng lặp công việc được triển khai như một hàm đệ quy xử lý từng fiber một.

Vòng lặp công việc bao gồm hai giai đoạn chính:

• Giai đoạn Render: Trong giai đoạn render, React duyệt qua cây fiber và xác định những thay đổi cần được thực hiện đối với DOM. Giai đoạn này có thể bị gián đoạn, nghĩa là React có thể tạm dừng và tiếp tục nó bất cứ lúc nào.
• Giai đoạn Commit: Trong giai đoạn commit, React áp dụng các thay đổi vào DOM. Giai đoạn này không thể bị gián đoạn, nghĩa là React phải hoàn thành nó một khi đã bắt đầu.

Chi tiết về Giai đoạn Render

Giai đoạn render có thể được chia thành hai giai đoạn con:

• beginWork: Hàm beginWork chịu trách nhiệm xử lý nút Fiber hiện tại và tạo các nút Fiber con. Nó xác định xem component có cần được cập nhật hay không và, nếu có, tạo các nút Fiber mới cho các con của nó.
• completeWork: Hàm completeWork chịu trách nhiệm xử lý nút Fiber hiện tại sau khi các con của nó đã được xử lý. Nó cập nhật DOM và tính toán bố cục của component.

Hàm beginWork thực hiện các tác vụ sau:

1. Kiểm tra xem component có cần được cập nhật hay không.
2. Nếu component cần được cập nhật, nó so sánh props và state mới với props và state trước đó để xác định những thay đổi cần được thực hiện.
3. Tạo các nút Fiber mới cho các con của component.
4. Đặt thuộc tính effectTag trên nút Fiber để chỉ ra loại cập nhật cần được thực hiện trên DOM.

Hàm completeWork thực hiện các tác vụ sau:

1. Cập nhật DOM với những thay đổi đã được xác định trong hàm beginWork.
2. Tính toán bố cục của component.
3. Thu thập các hiệu ứng phụ (side effects) cần được thực hiện sau giai đoạn commit.

Chi tiết về Giai đoạn Commit

Giai đoạn commit chịu trách nhiệm áp dụng các thay đổi vào DOM. Giai đoạn này không thể bị gián đoạn, nghĩa là React phải hoàn thành nó một khi đã bắt đầu. Giai đoạn commit bao gồm ba giai đoạn con:

• beforeMutation: Giai đoạn này được thực thi trước khi DOM bị thay đổi. Nó được sử dụng để thực hiện các tác vụ như chuẩn bị DOM cho các cập nhật.
• mutation: Giai đoạn này là nơi các thay đổi DOM thực sự được thực hiện. React cập nhật DOM dựa trên thuộc tính effectTag của các nút Fiber.
• layout: Giai đoạn này được thực thi sau khi DOM đã được thay đổi. Nó được sử dụng để thực hiện các tác vụ như cập nhật bố cục của component và chạy các phương thức vòng đời.

Ví dụ Thực tế và Đoạn mã

Hãy minh họa quá trình đối chiếu của Fiber với một ví dụ đơn giản. Xem xét một component hiển thị một danh sách các mục:

```javascript function ItemList({ items }) { return (

{items.map(item => (
• {item.name}
))}

); } ```

Khi prop items thay đổi, React cần đối chiếu danh sách và cập nhật DOM tương ứng. Đây là cách Fiber sẽ xử lý điều này:

1. Giai đoạn Render: Hàm beginWork sẽ so sánh mảng items mới với mảng items trước đó. Nó sẽ xác định mục nào đã được thêm, xóa hoặc cập nhật.
2. Các nút Fiber mới sẽ được tạo cho các mục được thêm, và effectTag sẽ được đặt để chỉ ra rằng các mục này cần được chèn vào DOM.
3. Các nút Fiber cho các mục bị xóa sẽ được đánh dấu để xóa.
4. Các nút Fiber cho các mục được cập nhật sẽ được cập nhật với dữ liệu mới.
5. Giai đoạn Commit: Giai đoạn commit sau đó sẽ áp dụng những thay đổi này vào DOM thật sự. Các mục được thêm sẽ được chèn, các mục bị xóa sẽ bị xóa, và các mục được cập nhật sẽ được sửa đổi.

Việc sử dụng prop key là rất quan trọng để đối chiếu hiệu quả. Nếu không có prop key, React sẽ phải render lại toàn bộ danh sách mỗi khi mảng items thay đổi. Với prop key, React có thể nhanh chóng xác định mục nào đã được thêm, xóa hoặc cập nhật, và chỉ cập nhật những mục đó.

Ví dụ, hãy tưởng tượng một kịch bản trong đó thứ tự các mặt hàng trong giỏ hàng thay đổi. Nếu mỗi mặt hàng có một key duy nhất (ví dụ: ID sản phẩm), React có thể sắp xếp lại các mặt hàng trong DOM một cách hiệu quả mà không cần phải render lại chúng hoàn toàn. Điều này cải thiện đáng kể hiệu suất, đặc biệt là đối với các danh sách lớn.

Lập lịch và Ưu tiên hóa

Một trong những lợi ích chính của Fiber là khả năng lập lịch và ưu tiên các cập nhật. React sử dụng một bộ lập lịch để xác định khi nào bắt đầu, tạm dừng, tiếp tục hoặc hủy bỏ một đơn vị công việc dựa trên độ ưu tiên của nó. Điều này cho phép React ưu tiên các tương tác của người dùng và đảm bảo rằng UI luôn phản hồi, ngay cả trong các cập nhật phức tạp.

React cung cấp một số API để lập lịch các cập nhật với các mức độ ưu tiên khác nhau:

• React.render: Lập lịch một cập nhật với độ ưu tiên mặc định.
• ReactDOM.unstable_deferredUpdates: Lập lịch một cập nhật với độ ưu tiên thấp hơn.
• ReactDOM.unstable_runWithPriority: Cho phép bạn chỉ định rõ ràng độ ưu tiên của một cập nhật.

Ví dụ, bạn có thể sử dụng ReactDOM.unstable_deferredUpdates để lập lịch các cập nhật không quan trọng đối với trải nghiệm người dùng, chẳng hạn như theo dõi phân tích hoặc tìm nạp dữ liệu nền.

```javascript ReactDOM.unstable_deferredUpdates(() => { // Thực hiện các cập nhật không quan trọng ở đây updateAnalyticsData(); }); ```

Xử lý Lỗi với Fiber

Fiber cung cấp khả năng xử lý lỗi được cải thiện trong quá trình đối chiếu. Khi một lỗi xảy ra trong quá trình render, React có thể bắt lỗi và ngăn không cho toàn bộ ứng dụng bị sập. React sử dụng error boundaries để xử lý lỗi một cách có kiểm soát.

Một error boundary là một component bắt lỗi JavaScript ở bất kỳ đâu trong cây component con của nó, ghi lại các lỗi đó và hiển thị một UI dự phòng thay vì cây component đã bị sập. Error boundary bắt lỗi trong quá trình render, trong các phương thức vòng đời và trong hàm khởi tạo của toàn bộ cây bên dưới chúng.

```javascript class ErrorBoundary extends React.Component { constructor(props) { super(props); this.state = { hasError: false }; } static getDerivedStateFromError(error) { // Cập nhật state để lần render tiếp theo sẽ hiển thị UI dự phòng. return { hasError: true }; } componentDidCatch(error, errorInfo) { // Bạn cũng có thể ghi lại lỗi vào một dịch vụ báo cáo lỗi logErrorToMyService(error, errorInfo); } render() { if (this.state.hasError) { // Bạn có thể render bất kỳ UI dự phòng tùy chỉnh nào return

Đã xảy ra lỗi.

; } return this.props.children; } } ```

Bạn có thể sử dụng error boundaries để bọc bất kỳ component nào có thể gây ra lỗi. Điều này đảm bảo rằng ứng dụng của bạn vẫn ổn định ngay cả khi một số component bị lỗi.

```javascript ```

Gỡ lỗi Fiber

Gỡ lỗi các ứng dụng React sử dụng Fiber có thể là một thách thức, nhưng có một số công cụ và kỹ thuật có thể giúp ích. Tiện ích mở rộng trình duyệt React DevTools cung cấp một bộ công cụ mạnh mẽ để kiểm tra cây component, phân tích hiệu suất và gỡ lỗi.

React Profiler cho phép bạn ghi lại hiệu suất của ứng dụng và xác định các điểm nghẽn. Bạn có thể sử dụng Profiler để xem mỗi component mất bao lâu để render và xác định các component đang gây ra vấn đề về hiệu suất.

React DevTools cũng cung cấp một chế độ xem cây component cho phép bạn kiểm tra props, state và nút Fiber của mỗi component. Điều này có thể hữu ích để hiểu cấu trúc của cây component và cách quá trình đối chiếu hoạt động.

Kết luận

Kiến trúc React Fiber đại diện cho một cải tiến đáng kể so với quá trình đối chiếu truyền thống. Bằng cách chia nhỏ quá trình đối chiếu thành các đơn vị công việc nhỏ hơn, có thể bị gián đoạn, Fiber cho phép React cải thiện khả năng phản hồi và hiệu suất cảm nhận được của các ứng dụng, đặc biệt là trong các kịch bản phức tạp.

Hiểu các khái niệm chính đằng sau Fiber, chẳng hạn như fibers, work loops, và scheduling, là điều cần thiết để xây dựng các ứng dụng React hiệu suất cao. Bằng cách tận dụng các tính năng của Fiber, bạn có thể tạo ra các giao diện người dùng phản hồi nhanh hơn, linh hoạt hơn và mang lại trải nghiệm người dùng tốt hơn.

Khi React tiếp tục phát triển, Fiber sẽ vẫn là một phần cơ bản trong kiến trúc của nó. Bằng cách cập nhật những phát triển mới nhất về Fiber, bạn có thể đảm bảo rằng các ứng dụng React của mình đang tận dụng tối đa các lợi ích về hiệu suất mà nó mang lại.

Dưới đây là một số điểm chính cần ghi nhớ:

• React Fiber là một bản viết lại hoàn toàn thuật toán đối chiếu của React.
• Fiber cho phép React tạm dừng và tiếp tục quá trình đối chiếu, ngăn chặn các tác vụ chạy lâu làm chặn luồng chính.
• Fiber cho phép React ưu tiên các loại cập nhật khác nhau.
• Fiber cung cấp khả năng xử lý lỗi tốt hơn trong quá trình đối chiếu.
• Prop key là rất quan trọng để đối chiếu hiệu quả.
• Tiện ích mở rộng trình duyệt React DevTools cung cấp một bộ công cụ mạnh mẽ để gỡ lỗi các ứng dụng Fiber.

Bằng cách nắm bắt React Fiber và hiểu các nguyên tắc của nó, các nhà phát triển trên toàn thế giới có thể xây dựng các ứng dụng web hiệu suất cao và thân thiện với người dùng hơn, bất kể vị trí của họ hay sự phức tạp của dự án.