Mở Khóa Hiệu Suất React: Vòng Lặp Công Việc Fiber, Tích Hợp Scheduler và Hàng Đợi Ưu Tiên

Trong bối cảnh phát triển front-end không ngừng phát triển, hiệu suất không chỉ là một tính năng; đó là một kỳ vọng cơ bản. Đối với các ứng dụng được hàng triệu người trên toàn thế giới sử dụng, trên nhiều thiết bị và điều kiện mạng khác nhau, việc đạt được giao diện người dùng (UI) mượt mà và phản hồi nhanh là điều tối quan trọng. React, một thư viện JavaScript hàng đầu để xây dựng UI, đã trải qua những thay đổi kiến trúc đáng kể để giải quyết thách thức này. Trọng tâm của những cải tiến này là kiến trúc React Fiber, một bản viết lại hoàn chỉnh của thuật toán hòa giải. Bài đăng này sẽ đi sâu vào sự phức tạp của vòng lặp công việc của React Fiber, tích hợp liền mạch của nó với trình lập lịch và vai trò quan trọng của hàng đợi ưu tiên trong việc điều phối trải nghiệm người dùng hiệu suất cao và linh hoạt cho đối tượng toàn cầu.

Sự Tiến Hóa của Việc Hiển Thị của React: Từ Stack đến Fiber

Trước Fiber, quá trình hiển thị của React dựa trên một ngăn xếp lời gọi đệ quy. Khi một thành phần cập nhật, React sẽ duyệt qua cây thành phần, xây dựng mô tả về các thay đổi UI. Quá trình này, mặc dù hiệu quả đối với nhiều ứng dụng, nhưng có một hạn chế đáng kể: nó là đồng bộ và chặn. Nếu một bản cập nhật lớn xảy ra hoặc một cây thành phần phức tạp cần được hiển thị, luồng chính có thể bị quá tải, dẫn đến hoạt ảnh giật cục, tương tác không phản hồi và trải nghiệm người dùng kém, đặc biệt trên các thiết bị kém mạnh mẽ phổ biến ở nhiều thị trường toàn cầu.

Hãy xem xét một kịch bản phổ biến trong các ứng dụng thương mại điện tử được sử dụng quốc tế: người dùng tương tác với một bộ lọc sản phẩm phức tạp. Với cơ chế hòa giải dựa trên ngăn xếp cũ, việc áp dụng nhiều bộ lọc đồng thời có thể làm đóng băng UI cho đến khi tất cả các cập nhật hoàn tất. Điều này sẽ gây khó chịu cho bất kỳ người dùng nào, nhưng đặc biệt ảnh hưởng đến các khu vực mà kết nối internet có thể không đáng tin cậy hoặc hiệu suất thiết bị là mối quan tâm lớn hơn.

React Fiber được giới thiệu để giải quyết những hạn chế này bằng cách cho phép hiển thị đồng thời. Không giống như ngăn xếp cũ, Fiber là một thuật toán hòa giải có thể tái nhập, bất đồng bộ và có thể bị gián đoạn. Điều này có nghĩa là React có thể tạm dừng hiển thị, thực hiện các tác vụ khác và sau đó tiếp tục hiển thị sau, tất cả mà không chặn luồng chính.

Giới thiệu Node Fiber: Một Đơn Vị Công Việc Khéo Léo Hơn

Cốt lõi, React Fiber định nghĩa lại đơn vị công việc từ một phiên bản thành phần thành một node Fiber. Hãy coi node Fiber như một đối tượng JavaScript đại diện cho một đơn vị công việc cần thực hiện. Mỗi thành phần trong ứng dụng React của bạn có một node Fiber tương ứng. Các node này được liên kết với nhau để tạo thành một cây phản ánh cây thành phần, nhưng với các thuộc tính bổ sung tạo điều kiện cho mô hình hiển thị mới.

Các thuộc tính chính của node Fiber bao gồm:

• Type: Loại của phần tử (ví dụ: một thành phần hàm, một thành phần lớp, một chuỗi, một phần tử DOM).
• Key: Một định danh duy nhất cho các mục danh sách, rất quan trọng cho các cập nhật hiệu quả.
• Child: Một con trỏ đến node Fiber con đầu tiên.
• Sibling: Một con trỏ đến node Fiber anh chị em tiếp theo.
• Return: Một con trỏ đến node Fiber cha.
• MemoizedProps: Các props được sử dụng để ghi nhớ lần hiển thị trước.
• MemoizedState: Trạng thái được sử dụng để ghi nhớ lần hiển thị trước.
• Alternate: Một con trỏ đến node Fiber tương ứng trong cây khác (cây hiện tại hoặc cây đang trong quá trình xử lý). Điều này là nền tảng cho cách React chuyển đổi giữa các trạng thái hiển thị.
• Flags: Mặt nạ bit cho biết loại công việc cần thực hiện trên node Fiber này (ví dụ: cập nhật props, thêm hiệu ứng, xóa node).
• Effects: Một danh sách các hiệu ứng được liên kết với node Fiber này, chẳng hạn như các phương thức vòng đời hoặc hook.

Các node Fiber không được quản lý trực tiếp bởi bộ thu gom rác của JavaScript theo cách tương tự như các phiên bản thành phần đã từng. Thay vào đó, chúng tạo thành một danh sách liên kết mà React có thể duyệt hiệu quả. Cấu trúc này cho phép React dễ dàng quản lý và gián đoạn công việc.

Vòng Lặp Công Việc React Fiber: Điều Phối Quá Trình Hiển Thị

Trọng tâm của tính đồng thời của React Fiber là vòng lặp công việc của nó. Vòng lặp này chịu trách nhiệm duyệt qua cây Fiber, thực hiện công việc và cam kết các thay đổi đã hoàn thành với DOM. Điều làm cho nó mang tính cách mạng là khả năng tạm dừng và tiếp tục của nó.

Vòng lặp công việc có thể được chia thành hai giai đoạn:

1. Giai Đoạn Hiển Thị (Cây Đang Xử Lý)

Trong giai đoạn này, React duyệt qua cây thành phần và thực hiện công việc trên các node Fiber. Công việc này có thể bao gồm:

• Gọi các hàm thành phần hoặc phương thức `render()`.
• Hòa giải props và trạng thái.
• Tạo hoặc cập nhật các node Fiber.
• Xác định các hiệu ứng phụ (ví dụ: `useEffect`, `componentDidMount`).

Trong giai đoạn hiển thị, React xây dựng một cây đang xử lý. Đây là một cây riêng biệt của các node Fiber đại diện cho trạng thái mới tiềm năng của UI. Quan trọng là, vòng lặp công việc có thể bị gián đoạn trong giai đoạn này. Nếu một tác vụ có độ ưu tiên cao hơn xuất hiện (ví dụ: đầu vào của người dùng), React có thể tạm dừng công việc hiển thị hiện tại, xử lý tác vụ mới và sau đó tiếp tục công việc bị gián đoạn sau.

Khả năng gián đoạn này là chìa khóa để đạt được trải nghiệm mượt mà. Hãy tưởng tượng người dùng nhập vào thanh tìm kiếm trên một trang web du lịch quốc tế. Nếu một lần nhấn phím mới xuất hiện trong khi React đang bận hiển thị danh sách gợi ý, nó có thể tạm dừng hiển thị gợi ý, xử lý lần nhấn phím để cập nhật truy vấn tìm kiếm và sau đó tiếp tục hiển thị gợi ý dựa trên đầu vào mới. Người dùng nhận thấy phản hồi ngay lập tức với việc gõ của họ, thay vì bị chậm trễ.

Vòng lặp công việc lặp qua các node Fiber, kiểm tra `flags` của chúng để xác định công việc cần thực hiện. Nó di chuyển từ một node Fiber đến các con của nó, sau đó đến các anh chị em của nó, và quay trở lại với cha của nó, thực hiện các thao tác cần thiết. Quá trình duyệt này tiếp tục cho đến khi tất cả công việc đang chờ xử lý hoàn thành hoặc vòng lặp công việc bị gián đoạn.

2. Giai Đoạn Cam Kết (Áp Dụng Thay Đổi)

Sau khi giai đoạn hiển thị hoàn tất và React có một cây đang xử lý ổn định, nó sẽ chuyển sang giai đoạn cam kết. Trong giai đoạn này, React thực hiện các hiệu ứng phụ và cập nhật DOM thực tế. Giai đoạn này là đồng bộ và không thể gián đoạn vì nó thao tác trực tiếp với UI. React muốn đảm bảo rằng khi nó cập nhật DOM, nó thực hiện điều đó trong một thao tác duy nhất, nguyên tử để tránh trạng thái UI nhấp nháy hoặc không nhất quán.

Trong giai đoạn cam kết, React:

• Thực thi các thay đổi DOM (thêm, xóa, cập nhật các phần tử).
• Chạy các hiệu ứng phụ như `componentDidMount`, `componentDidUpdate` và các hàm dọn dẹp được trả về bởi `useEffect`.
• Cập nhật các tham chiếu đến các node DOM.

Sau giai đoạn cam kết, cây đang xử lý trở thành cây hiện tại và quy trình có thể bắt đầu lại cho các cập nhật tiếp theo.

Vai Trò của Scheduler: Ưu Tiên và Lập Lịch Công Việc

Bản chất có thể bị gián đoạn của vòng lặp công việc Fiber sẽ không hữu ích lắm nếu không có cơ chế để quyết định khi nào thực hiện công việc và công việc nào cần thực hiện trước. Đây là lúc React Scheduler xuất hiện.

Scheduler là một thư viện cấp thấp, riêng biệt mà React sử dụng để quản lý việc thực thi công việc của mình. Trách nhiệm chính của nó là:

• Lập lịch công việc: Xác định thời điểm bắt đầu hoặc tiếp tục các tác vụ hiển thị.
• Ưu tiên công việc: Gán mức độ ưu tiên cho các tác vụ khác nhau, đảm bảo các cập nhật quan trọng được xử lý kịp thời.
• Hợp tác với trình duyệt: Tránh chặn luồng chính và cho phép trình duyệt thực hiện các tác vụ quan trọng như vẽ và xử lý đầu vào của người dùng.

Scheduler hoạt động bằng cách nhường quyền kiểm soát lại cho trình duyệt định kỳ, cho phép nó thực thi các tác vụ khác. Sau đó, nó yêu cầu tiếp tục công việc của mình khi trình duyệt rảnh rỗi hoặc khi một tác vụ có độ ưu tiên cao hơn cần được xử lý.

Đa nhiệm hợp tác này rất quan trọng để xây dựng các ứng dụng phản hồi nhanh, đặc biệt là đối với đối tượng toàn cầu, nơi độ trễ mạng và khả năng của thiết bị có thể khác biệt đáng kể. Người dùng ở khu vực có kết nối internet chậm hơn có thể gặp phải một ứng dụng có cảm giác chậm chạp nếu quá trình hiển thị của React chiếm trọn luồng chính của trình duyệt. Scheduler, bằng cách nhường, đảm bảo rằng ngay cả trong quá trình hiển thị nặng, trình duyệt vẫn có thể phản hồi các tương tác của người dùng hoặc hiển thị các phần quan trọng của UI, mang lại hiệu suất cảm nhận mượt mà hơn nhiều.

Hàng Đợi Ưu Tiên: Xương Sống của Hiển Thị Đồng Thời

Làm thế nào để scheduler quyết định công việc nào cần thực hiện trước? Đây là nơi hàng đợi ưu tiên trở nên không thể thiếu. React phân loại các loại cập nhật khác nhau dựa trên mức độ khẩn cấp của chúng, gán một mức độ ưu tiên cho mỗi loại.

Scheduler duy trì một hàng đợi các tác vụ đang chờ xử lý, được sắp xếp theo mức độ ưu tiên của chúng. Khi đến lúc thực hiện công việc, scheduler sẽ chọn tác vụ có mức độ ưu tiên cao nhất từ hàng đợi.

Đây là một phân tích điển hình về các mức độ ưu tiên (mặc dù các chi tiết triển khai chính xác có thể phát triển):

• Ưu tiên Tức thì: Đối với các cập nhật khẩn cấp không nên trì hoãn, chẳng hạn như phản hồi đầu vào của người dùng (ví dụ: nhập vào trường văn bản). Chúng thường được xử lý đồng bộ hoặc với mức độ khẩn cấp rất cao.
• Ưu tiên Chặn Người dùng: Đối với các cập nhật ngăn chặn tương tác của người dùng, như hiển thị hộp thoại modal hoặc menu thả xuống. Chúng cần được hiển thị nhanh chóng để tránh chặn người dùng.
• Ưu tiên Thông thường: Đối với các cập nhật chung không có tác động tức thời đến tương tác của người dùng, chẳng hạn như lấy dữ liệu và hiển thị danh sách.
• Ưu tiên Thấp: Đối với các cập nhật không quan trọng có thể bị trì hoãn, chẳng hạn như sự kiện phân tích hoặc tính toán nền.
• Ưu tiên Ngoài màn hình: Đối với các thành phần không hiển thị trên màn hình (ví dụ: danh sách ngoài màn hình, tab ẩn). Chúng có thể được hiển thị với mức độ ưu tiên thấp nhất hoặc thậm chí bỏ qua nếu cần.

Scheduler sử dụng các mức độ ưu tiên này để quyết định khi nào nên gián đoạn công việc hiện có và khi nào nên tiếp tục công việc đó. Ví dụ, nếu người dùng nhập vào một trường nhập liệu (ưu tiên tức thì) trong khi React đang hiển thị một danh sách lớn các kết quả tìm kiếm (ưu tiên thông thường), scheduler sẽ tạm dừng hiển thị danh sách, xử lý sự kiện nhập liệu và sau đó tiếp tục hiển thị danh sách, có thể với dữ liệu đã cập nhật dựa trên đầu vào mới.

Ví dụ Quốc tế Thực tế:

Hãy xem xét một công cụ cộng tác thời gian thực được sử dụng bởi các nhóm trên các lục địa khác nhau. Một người dùng có thể đang chỉnh sửa tài liệu (ưu tiên cao, cập nhật tức thì) trong khi người dùng khác đang xem một biểu đồ nhúng lớn yêu cầu hiển thị đáng kể (ưu tiên thông thường). Nếu một tin nhắn mới đến từ một đồng nghiệp (ưu tiên chặn người dùng, vì nó yêu cầu chú ý), scheduler sẽ đảm bảo thông báo tin nhắn được hiển thị kịp thời, có thể tạm dừng hiển thị biểu đồ và sau đó tiếp tục hiển thị biểu đồ sau khi tin nhắn đã được xử lý.

Việc ưu tiên phức tạp này đảm bảo rằng các cập nhật quan trọng hướng tới người dùng luôn được ưu tiên, dẫn đến trải nghiệm phản hồi nhanh và dễ chịu hơn, bất kể vị trí hoặc thiết bị của người dùng.

Fiber Tích Hợp với Scheduler Như Thế Nào

Sự tích hợp giữa Fiber và scheduler là điều làm cho React đồng thời trở nên khả thi. Scheduler cung cấp cơ chế để nhường và tiếp tục các tác vụ, trong khi bản chất có thể bị gián đoạn của Fiber cho phép các tác vụ này được chia thành các đơn vị công việc nhỏ hơn.

Đây là một luồng đơn giản hóa về cách chúng tương tác:

1. Một cập nhật xảy ra: Trạng thái của một thành phần thay đổi hoặc props được cập nhật.
2. Scheduler lập lịch công việc: Scheduler nhận được cập nhật và gán cho nó một mức độ ưu tiên. Nó đặt node Fiber tương ứng với cập nhật vào hàng đợi ưu tiên thích hợp.
3. Scheduler yêu cầu hiển thị: Khi luồng chính rảnh rỗi hoặc có dung lượng, scheduler yêu cầu thực hiện công việc có mức độ ưu tiên cao nhất.
4. Vòng lặp công việc Fiber bắt đầu: Vòng lặp công việc của React bắt đầu duyệt qua cây đang xử lý.
5. Công việc được thực hiện: Các node Fiber được xử lý và các thay đổi được xác định.
6. Gián đoạn: Nếu một tác vụ có mức độ ưu tiên cao hơn có sẵn (ví dụ: đầu vào của người dùng) hoặc nếu công việc hiện tại vượt quá một ngân sách thời gian nhất định, scheduler có thể gián đoạn vòng lặp công việc Fiber. Trạng thái hiện tại của cây đang xử lý được lưu lại.
7. Xử lý tác vụ ưu tiên cao hơn: Scheduler xử lý tác vụ ưu tiên cao mới, có thể bao gồm một lần chạy hiển thị mới.
8. Tiếp tục: Sau khi tác vụ ưu tiên cao được xử lý, scheduler có thể tiếp tục vòng lặp công việc Fiber bị gián đoạn từ nơi nó đã dừng lại, sử dụng trạng thái đã lưu.
9. Giai đoạn cam kết: Sau khi tất cả công việc được ưu tiên hoàn thành trong giai đoạn hiển thị, React thực hiện giai đoạn cam kết để cập nhật DOM.

Sự tương tác này đảm bảo rằng React có thể điều chỉnh động quy trình hiển thị của mình dựa trên mức độ khẩn cấp của các cập nhật khác nhau và tính khả dụng của luồng chính.

Lợi ích của Fiber, Scheduler và Hàng Đợi Ưu Tiên cho các Ứng dụng Toàn cầu

Các thay đổi kiến trúc được giới thiệu với Fiber và scheduler mang lại những lợi thế đáng kể, đặc biệt đối với các ứng dụng có cơ sở người dùng toàn cầu:

• Khả năng phản hồi được cải thiện: Bằng cách ngăn luồng chính bị chặn, các ứng dụng vẫn phản hồi các tương tác của người dùng, ngay cả trong các tác vụ hiển thị phức tạp. Điều này rất quan trọng đối với người dùng trên thiết bị di động hoặc có kết nối internet chậm hơn phổ biến ở nhiều nơi trên thế giới.
• Trải nghiệm người dùng mượt mà hơn: Hiển thị có thể gián đoạn có nghĩa là hoạt ảnh và chuyển tiếp có thể mượt mà hơn, và các cập nhật quan trọng (như lỗi xác thực biểu mẫu) có thể được hiển thị ngay lập tức mà không cần đợi các tác vụ ít quan trọng khác hoàn thành.
• Sử dụng tài nguyên tốt hơn: Scheduler có thể đưa ra quyết định thông minh hơn về thời điểm và cách thức hiển thị, dẫn đến sử dụng tài nguyên thiết bị hiệu quả hơn, điều này quan trọng đối với thời lượng pin trên thiết bị di động và hiệu suất trên phần cứng cũ hơn.
• Tăng cường giữ chân người dùng: Một ứng dụng có hiệu suất mượt mà và phản hồi nhanh xây dựng lòng tin và sự hài lòng của người dùng, dẫn đến tỷ lệ giữ chân người dùng tốt hơn trên toàn cầu. Một ứng dụng chậm hoặc không phản hồi có thể nhanh chóng khiến người dùng từ bỏ nó.
• Khả năng mở rộng cho UI phức tạp: Khi các ứng dụng phát triển và kết hợp nhiều tính năng động hơn, kiến trúc của Fiber cung cấp một nền tảng vững chắc để quản lý các yêu cầu hiển thị phức tạp mà không làm giảm hiệu suất.

Ví dụ, đối với một ứng dụng fintech toàn cầu, việc đảm bảo rằng các cập nhật dữ liệu thị trường theo thời gian thực được hiển thị ngay lập tức trong khi vẫn cho phép người dùng điều hướng giao diện mà không bị chậm trễ là rất quan trọng. Fiber và các cơ chế liên quan làm cho điều này trở nên khả thi.

Các Khái Niệm Chính Cần Nhớ

• Node Fiber: Đơn vị công việc mới, linh hoạt hơn trong React, cho phép hiển thị có thể gián đoạn.
• Vòng Lặp Công Việc: Quy trình cốt lõi duyệt qua cây Fiber, thực hiện công việc hiển thị và cam kết các thay đổi.
• Giai Đoạn Hiển Thị: Giai đoạn có thể bị gián đoạn, nơi React xây dựng cây đang xử lý.
• Giai Đoạn Cam Kết: Giai đoạn đồng bộ, không thể gián đoạn, nơi các thay đổi DOM và hiệu ứng phụ được áp dụng.
• React Scheduler: Thư viện chịu trách nhiệm quản lý việc thực thi các tác vụ của React, ưu tiên chúng và hợp tác với trình duyệt.
• Hàng Đợi Ưu Tiên: Các cấu trúc dữ liệu được scheduler sử dụng để sắp xếp các tác vụ dựa trên mức độ khẩn cấp của chúng, đảm bảo các cập nhật quan trọng được xử lý trước.
• Hiển Thị Đồng Thời: Khả năng React tạm dừng, tiếp tục và ưu tiên các tác vụ hiển thị, dẫn đến các ứng dụng phản hồi nhanh hơn.

Kết Luận

React Fiber đại diện cho một bước tiến đáng kể trong cách React xử lý hiển thị. Bằng cách thay thế cơ chế hòa giải dựa trên ngăn xếp cũ bằng kiến trúc Fiber có thể tái nhập, có thể gián đoạn, và bằng cách tích hợp với một trình lập lịch phức tạp sử dụng hàng đợi ưu tiên, React đã mở khóa khả năng hiển thị đồng thời thực sự. Điều này không chỉ dẫn đến các ứng dụng hiệu suất cao và phản hồi nhanh hơn mà còn cung cấp trải nghiệm người dùng công bằng hơn cho một đối tượng toàn cầu đa dạng, bất kể thiết bị, điều kiện mạng hoặc trình độ kỹ thuật của họ. Hiểu các cơ chế cơ bản này là rất quan trọng đối với bất kỳ nhà phát triển nào muốn xây dựng các ứng dụng chất lượng cao, hiệu suất cao và thân thiện với người dùng cho web hiện đại.

Khi bạn tiếp tục xây dựng với React, hãy ghi nhớ những khái niệm này. Chúng là những anh hùng thầm lặng đằng sau những trải nghiệm mượt mà, liền mạch mà chúng ta mong đợi từ các ứng dụng web hàng đầu trên toàn thế giới. Bằng cách tận dụng sức mạnh của Fiber, scheduler và cơ chế ưu tiên thông minh, bạn có thể đảm bảo ứng dụng của mình làm hài lòng người dùng trên mọi châu lục.