Đối chiếu React: Tối ưu hóa DOM ảo để tăng hiệu suất

React đã cách mạng hóa lĩnh vực phát triển front-end với kiến trúc dựa trên component và mô hình lập trình khai báo. Yếu tố trung tâm cho hiệu quả của React là việc sử dụng DOM ảo và một quy trình gọi là Đối chiếu (Reconciliation). Bài viết này cung cấp một cái nhìn toàn diện về thuật toán Đối chiếu của React, các phương pháp tối ưu hóa DOM ảo và các kỹ thuật thực tế để đảm bảo ứng dụng React của bạn nhanh và phản hồi tốt cho khán giả toàn cầu.

Tìm hiểu về DOM ảo

DOM ảo là một biểu diễn trong bộ nhớ của DOM thực tế. Hãy coi nó như một bản sao nhẹ của giao diện người dùng mà React duy trì. Thay vì thao tác trực tiếp trên DOM thực (vốn chậm và tốn kém), React thao tác trên DOM ảo. Lớp trừu tượng này cho phép React gộp các thay đổi và áp dụng chúng một cách hiệu quả.

Tại sao nên sử dụng DOM ảo?

• Hiệu suất: Thao tác trực tiếp trên DOM thực có thể chậm. DOM ảo cho phép React giảm thiểu các hoạt động này bằng cách chỉ cập nhật những phần của DOM thực sự đã thay đổi.
• Tương thích đa nền tảng: DOM ảo trừu tượng hóa nền tảng bên dưới, giúp việc phát triển các ứng dụng React có thể chạy nhất quán trên các trình duyệt và thiết bị khác nhau trở nên dễ dàng hơn.
• Đơn giản hóa việc phát triển: Cách tiếp cận khai báo của React giúp đơn giản hóa việc phát triển bằng cách cho phép các nhà phát triển tập trung vào trạng thái mong muốn của giao diện người dùng thay vì các bước cụ thể cần thiết để cập nhật nó.

Giải thích về quy trình Đối chiếu

Đối chiếu là thuật toán mà React sử dụng để cập nhật DOM thực dựa trên những thay đổi của DOM ảo. Khi state hoặc props của một component thay đổi, React sẽ tạo ra một cây DOM ảo mới. Sau đó, nó so sánh cây mới này với cây trước đó để xác định tập hợp thay đổi tối thiểu cần thiết để cập nhật DOM thực. Quá trình này hiệu quả hơn đáng kể so với việc render lại toàn bộ DOM.

Các bước chính trong quy trình Đối chiếu:

1. Cập nhật Component: Khi state của một component thay đổi, React sẽ kích hoạt việc render lại component đó và các component con của nó.
2. So sánh DOM ảo: React so sánh cây DOM ảo mới với cây DOM ảo trước đó.
3. Thuật toán Diffing: React sử dụng một thuật toán diffing (so sánh khác biệt) để xác định sự khác biệt giữa hai cây. Thuật toán này có các độ phức tạp và phương pháp phỏng đoán để làm cho quá trình này hiệu quả nhất có thể.
4. Vá DOM: Dựa trên sự khác biệt, React chỉ cập nhật những phần cần thiết của DOM thực.

Các phương pháp phỏng đoán của Thuật toán Diffing

Thuật toán diffing của React sử dụng một vài giả định chính để tối ưu hóa quy trình đối chiếu:

• Hai phần tử có loại khác nhau sẽ tạo ra các cây khác nhau: Nếu phần tử gốc của một component thay đổi loại (ví dụ: từ <div> sang <span>), React sẽ gỡ bỏ hoàn toàn cây cũ và gắn cây mới vào.
• Nhà phát triển có thể gợi ý phần tử con nào có thể ổn định qua các lần render khác nhau: Bằng cách sử dụng prop key, nhà phát triển có thể giúp React xác định phần tử con nào tương ứng với cùng một dữ liệu cơ bản. Điều này rất quan trọng để cập nhật hiệu quả các danh sách và nội dung động khác.

Tối ưu hóa Đối chiếu: Các phương pháp hay nhất

Mặc dù quy trình Đối chiếu của React vốn đã hiệu quả, có một số kỹ thuật mà nhà phát triển có thể sử dụng để tối ưu hóa hiệu suất hơn nữa và đảm bảo trải nghiệm người dùng mượt mà, đặc biệt đối với người dùng có kết nối internet chậm hoặc thiết bị ở các nơi khác nhau trên thế giới.

1. Sử dụng Keys một cách hiệu quả

Prop key là rất cần thiết khi render động một danh sách các phần tử. Nó cung cấp cho React một định danh ổn định cho mỗi phần tử, cho phép nó cập nhật, sắp xếp lại hoặc xóa các mục một cách hiệu quả mà không cần render lại toàn bộ danh sách một cách không cần thiết. Nếu không có keys, React sẽ buộc phải render lại tất cả các mục trong danh sách mỗi khi có thay đổi, ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu suất.

Ví dụ:

Xem xét một danh sách người dùng được lấy từ API:

            const UserList = ({ users }) => {
  return (
    <ul>
      {users.map(user => (
        <li key={user.id}>{user.name}</li>
      ))}
    </ul>
  );
};

            

              
                Copy
              
            
          

Trong ví dụ này, user.id được sử dụng làm key. Việc sử dụng một định danh ổn định và duy nhất là rất quan trọng. Tránh sử dụng chỉ mục của mảng làm key, vì điều này có thể dẫn đến các vấn đề về hiệu suất khi danh sách được sắp xếp lại.

2. Ngăn chặn re-render không cần thiết với React.memo

React.memo là một component bậc cao (higher-order component) giúp ghi nhớ (memoizes) các functional components. Nó ngăn một component render lại nếu các props của nó không thay đổi. Điều này có thể cải thiện đáng kể hiệu suất, đặc biệt là đối với các pure components được render thường xuyên.

Ví dụ:

            import React from 'react';

const MyComponent = React.memo(({ data }) => {
  console.log('MyComponent rendered');
  return <div>{data}</div>;
});

export default MyComponent;

            

              
                Copy
              
            
          

Trong ví dụ này, MyComponent sẽ chỉ render lại nếu prop data thay đổi. Điều này đặc biệt hữu ích khi truyền các đối tượng phức tạp làm props. Tuy nhiên, hãy lưu ý đến chi phí của việc so sánh nông (shallow comparison) do React.memo thực hiện. Nếu việc so sánh prop tốn kém hơn việc render lại component, nó có thể không mang lại lợi ích.

3. Sử dụng Hooks useCallback và useMemo

Các hook useCallback và useMemo là rất cần thiết để tối ưu hóa hiệu suất khi truyền các hàm và đối tượng phức tạp làm props cho các component con. Các hook này ghi nhớ hàm hoặc giá trị, ngăn chặn các lần render lại không cần thiết của các component con.

Ví dụ về useCallback:

            import React, { useCallback } from 'react';

const ParentComponent = () => {
  const handleClick = useCallback(() => {
    console.log('Button clicked');
  }, []);

  return <ChildComponent onClick={handleClick} />;
};

const ChildComponent = React.memo(({ onClick }) => {
  console.log('ChildComponent rendered');
  return <button onClick={onClick}>Click me</button>;
});

export default ParentComponent;

            

              
                Copy
              
            
          

Trong ví dụ này, useCallback ghi nhớ hàm handleClick. Nếu không có useCallback, một hàm mới sẽ được tạo ra trên mỗi lần render của ParentComponent, khiến ChildComponent phải render lại ngay cả khi props của nó không thay đổi về mặt logic.

Ví dụ về useMemo:

            import React, { useMemo } from 'react';

const ParentComponent = ({ data }) => {
  const processedData = useMemo(() => {
    // Perform expensive data processing
    return data.map(item => item * 2);
  }, [data]);

  return <ChildComponent data={processedData} />;
};

export default ParentComponent;

            

              
                Copy
              
            
          

Trong ví dụ này, useMemo ghi nhớ kết quả của quá trình xử lý dữ liệu tốn kém. Giá trị processedData sẽ chỉ được tính toán lại khi prop data thay đổi.

4. Triển khai ShouldComponentUpdate (cho Class Components)

Đối với các class components, bạn có thể sử dụng phương thức vòng đời shouldComponentUpdate để kiểm soát khi nào một component nên render lại. Phương thức này cho phép bạn so sánh thủ công các props và state hiện tại và tiếp theo, và trả về true nếu component nên cập nhật, hoặc false nếu không.

Ví dụ:

            import React from 'react';

class MyComponent extends React.Component {
  shouldComponentUpdate(nextProps, nextState) {
    // Compare props and state to determine if an update is needed
    if (nextProps.data !== this.props.data) {
      return true;
    }
    return false;
  }

  render() {
    console.log('MyComponent rendered');
    return <div>{this.props.data}</div>;
  }
}

export default MyComponent;

            

              
                Copy
              
            
          

Tuy nhiên, nhìn chung, khuyến nghị sử dụng functional components với các hook (React.memo, useCallback, useMemo) để có hiệu suất và khả năng đọc tốt hơn.

5. Tránh định nghĩa hàm nội tuyến trong Render

Việc định nghĩa các hàm trực tiếp trong phương thức render sẽ tạo ra một thực thể hàm mới trên mỗi lần render. Điều này có thể dẫn đến việc các component con render lại không cần thiết, vì các props sẽ luôn được coi là khác nhau.

Thực hành không tốt:

            const MyComponent = () => {
  return <button onClick={() => console.log('Clicked')}>Click me</button>;
};

            

              
                Copy
              
            
          

Thực hành tốt:

            import React, { useCallback } from 'react';

const MyComponent = () => {
  const handleClick = useCallback(() => {
    console.log('Clicked');
  }, []);

  return <button onClick={handleClick}>Click me</button>;
};

            

              
                Copy
              
            
          

6. Gộp các cập nhật State

React gộp nhiều cập nhật state vào một chu kỳ render duy nhất. Điều này có thể cải thiện hiệu suất bằng cách giảm số lần cập nhật DOM. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, bạn có thể cần phải gộp các cập nhật state một cách tường minh bằng cách sử dụng ReactDOM.flushSync (sử dụng một cách thận trọng, vì nó có thể phủ nhận lợi ích của việc gộp trong một số tình huống).

7. Sử dụng cấu trúc dữ liệu bất biến

Sử dụng các cấu trúc dữ liệu bất biến có thể đơn giản hóa quá trình phát hiện các thay đổi trong props và state. Các cấu trúc dữ liệu bất biến đảm bảo rằng các thay đổi sẽ tạo ra các đối tượng mới thay vì sửa đổi các đối tượng hiện có. Điều này giúp dễ dàng so sánh các đối tượng về sự bằng nhau và ngăn chặn các lần render lại không cần thiết.

Các thư viện như Immutable.js hoặc Immer có thể giúp bạn làm việc với các cấu trúc dữ liệu bất biến một cách hiệu quả.

8. Tách mã (Code Splitting)

Tách mã là một kỹ thuật bao gồm việc chia nhỏ ứng dụng của bạn thành các phần 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, đặc biệt đối với người dùng có kết nối mạng chậm, bất kể vị trí địa lý của họ. React cung cấp hỗ trợ tích hợp cho việc tách mã bằng cách sử dụng các component React.lazy và Suspense.

Ví dụ:

            import React, { Suspense } from 'react';

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

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

            

              
                Copy
              
            
          

9. Tối ưu hóa hình ảnh

Tối ưu hóa hình ảnh là rất quan trọng để cải thiện hiệu suất của bất kỳ ứng dụng web nào. Hình ảnh lớn có thể làm tăng đáng kể thời gian tải và tiêu tốn băng thông quá mức, đặc biệt đối với người dùng ở các khu vực có cơ sở hạ tầng internet hạn chế. Dưới đây là một số kỹ thuật tối ưu hóa hình ảnh:

• Nén hình ảnh: Sử dụng các công cụ như TinyPNG hoặc ImageOptim để nén hình ảnh mà không làm giảm chất lượng.
• Sử dụng đúng định dạng: Chọn định dạng hình ảnh phù hợp dựa trên nội dung hình ảnh. JPEG phù hợp với ảnh chụp, trong khi PNG tốt hơn cho đồ họa có độ trong suốt. WebP cung cấp khả năng nén và chất lượng vượt trội so với JPEG và PNG.
• Sử dụng hình ảnh đáp ứng (Responsive Images): Cung cấp các kích thước hình ảnh khác nhau dựa trên kích thước màn hình và thiết bị của người dùng. Phần tử <picture> và thuộc tính srcset của phần tử <img> có thể được sử dụng để triển khai hình ảnh đáp ứng.
• Tải lười (Lazy Load) hình ảnh: Chỉ tải hình ảnh khi chúng hiển thị trong khung nhìn. Điều này làm giảm thời gian tải ban đầu và cải thiện hiệu suất cảm nhận của ứng dụng. Các thư viện như react-lazyload có thể đơn giản hóa việc triển khai tải lười.

10. Kết xuất phía máy chủ (SSR)

Kết xuất phía máy chủ (SSR) bao gồm việc render ứng dụng React trên máy chủ và gửi HTML đã được render trước đến máy khách. Điều này có thể cải thiện thời gian tải ban đầu và tối ưu hóa công cụ tìm kiếm (SEO), đặc biệt có lợi để tiếp cận đối tượng người dùng toàn cầu rộng lớn hơn.

Các framework như Next.js và Gatsby cung cấp hỗ trợ tích hợp cho SSR và giúp việc triển khai trở nên dễ dàng hơn.

11. Các chiến lược bộ nhớ đệm (Caching)

Triển khai các chiến lược bộ nhớ đệm có thể cải thiện đáng kể hiệu suất của các ứng dụng React bằng cách giảm số lượng yêu cầu đến máy chủ. Bộ nhớ đệm có thể được triển khai ở các cấp độ khác nhau, bao gồm:

• Bộ nhớ đệm trình duyệt: Cấu hình các tiêu đề HTTP để chỉ dẫn trình duyệt lưu vào bộ nhớ đệm các tài sản tĩnh như hình ảnh, tệp CSS và JavaScript.
• Bộ nhớ đệm Service Worker: Sử dụng service workers để lưu vào bộ nhớ đệm các phản hồi API và dữ liệu động khác.
• Bộ nhớ đệm phía máy chủ: Triển khai các cơ chế bộ nhớ đệm trên máy chủ để giảm tải cho cơ sở dữ liệu và cải thiện thời gian phản hồi.

12. Giám sát và phân tích hiệu năng

Thường xuyên giám sát và phân tích hiệu năng ứng dụng React của bạn có thể giúp bạn xác định các điểm nghẽn hiệu suất và các lĩnh vực cần cải thiện. Sử dụng các công cụ như React Profiler, Chrome DevTools và Lighthouse để phân tích hiệu suất của ứng dụng và xác định các component chậm hoặc mã không hiệu quả.

Kết luận

Quy trình Đối chiếu và DOM ảo của React cung cấp một nền tảng mạnh mẽ để xây dựng các ứng dụng web hiệu suất cao. Bằng cách hiểu các cơ chế cơ bản và áp dụng các kỹ thuật tối ưu hóa được thảo luận trong bài viết này, các nhà phát triển có thể tạo ra các ứng dụng React nhanh, phản hồi tốt và mang lại trải nghiệm người dùng tuyệt vời cho người dùng trên toàn cầu. Hãy nhớ liên tục phân tích và giám sát ứng dụng của bạn để xác định các lĩnh vực cần cải thiện và đảm bảo nó tiếp tục hoạt động tối ưu khi phát triển.