Luận văn thạc sĩ về lập trình phản ứng với ngôn ngữ Elm

Khóa luận đánh giá lập trình phản ứng với ngôn ngữ Elm trong luận văn thạc sĩ, tiếp cận đa chiều, kết quả có tính khả thi cao trong lĩnh vực hóa học

• Tác giả: Nguyễn Như Minh
• Người hướng dẫn: PGS. Trương Anh Hoàng
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Công nghệ thông tin
• Đề tài: Nghiên cứu lập trình phản ứng với ngôn ngữ Elm
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH SÁCH HÌNH VẼ
• LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
• MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
• ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
• KẾT CẤU CỦA LUẬN VĂN
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ LẬP TRÌNH PHẢN ỨNG
• 1.1. Giới thiệu lập trình phản ứng
• 1.2. Lập trình phản ứng là luồng dữ liệu
• 1.3. Đặc điểm của lập trình phản ứng
• 1.4. Lập trình hàm phản ứng
• 1.5. Real-time FRP & Event-Driven FRP
• 2. CHƯƠNG 2: LẬP TRÌNH PHẢN ỨNG VỚI NGÔN NGỮ ELM
• 2.1. Khái quát về ngôn ngữ lập trình hàm
• 2.2. Tính khai báo của ngôn ngữ hàm
• 2.3. Một số khái niệm cơ bản trong ngôn ngữ hàm
• 2.4. Cơ bản về ngôn ngữ Elm
• 2.5. Ví dụ về giao diện đồ họa trong Elm
• 2.6. Các tín hiệu tương tác trong Elm
• 2.7. Các ưu điểm của ngôn ngữ Elm
• 2.8. Các thao tác với tín hiệu trong Elm
• 2.9. Lập trình tương tác
• 2.10. Gỡ lỗi trong Elm
• 2.11. Kiến trúc Elm trong lập trình trò chơi
• 3. CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG ỨNG DỤNG TRÒ CHƠI HOCKEY
• 3.1. Mô tả trò chơi
• 3.2. Phân tích trò chơi
• 3.3. Xây dựng code chương trình với ngôn ngữ Elm
• 3.3.1. Xây dựng giao diện
• 3.3.2. Xây dựng mô hình dữ liệu
• 3.3.3. Xây dựng tín hiệu đầu vào
• 3.3.4. Cập nhật dữ liệu chương trình
• 3.3.5. Thực thi và chạy chương trình
• 3.4. Nhận xét, đánh giá và thảo luận
• 3.4.1. Ưu điểm của lập trình phản ứng
• 3.4.2. Một số khó khăn của lập trình phản ứng
• 3.4.3. Ưu điểm của ngôn ngữ Elm
• 3.4.4. Nhược điểm của ngôn ngữ Elm
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về lập trình phản ứng

Lập trình phản ứng là một mô hình lập trình tập trung vào việc xử lý các luồng dữ liệu và sự thay đổi của chúng. Mô hình này cho phép các lập trình viên dễ dàng tạo ra các giao diện người dùng tương tác và hình ảnh động cho các hệ thống thời gian thực. Một ví dụ điển hình là bảng tính Excel, nơi mà giá trị của ô tự động cập nhật khi có sự thay đổi ở các ô khác. Điều này cho thấy lập trình phản ứng không chỉ đơn thuần là việc xử lý dữ liệu mà còn là việc duy trì sự tương tác liên tục với người dùng. Ngôn ngữ lập trình phản ứng, như ngôn ngữ lập trình Elm, cho phép xây dựng các ứng dụng web với tính năng tương tác cao, nhờ vào khả năng xử lý các sự kiện bất đồng bộ một cách hiệu quả.

1.1 Đặc điểm của lập trình phản ứng

Lập trình phản ứng có những đặc điểm nổi bật như khả năng phản ứng với các sự kiện đầu vào từ người dùng, cho phép lập trình viên viết các hàm xử lý sự kiện. Điều này giúp hệ thống phản ứng ngay lập tức khi có sự kiện xảy ra, thay vì phải chờ đợi. Hơn nữa, lập trình phản ứng còn hỗ trợ việc xử lý song song nhiều luồng dữ liệu, tạo ra khả năng đồng bộ hóa cho mỗi dòng dữ liệu. Điều này rất quan trọng trong việc phát triển các ứng dụng có tính tương tác cao, nơi mà người dùng có thể tương tác với hệ thống một cách liên tục và mượt mà.

II. Lập trình phản ứng với ngôn ngữ Elm

Ngôn ngữ Elm là một ngôn ngữ lập trình hàm được thiết kế đặc biệt cho lập trình phản ứng. Elm cung cấp một cú pháp rõ ràng và dễ hiểu, giúp lập trình viên dễ dàng xây dựng các ứng dụng web tương tác. Một trong những điểm mạnh của Elm là khả năng xử lý các tín hiệu, cho phép lập trình viên tạo ra các ứng dụng có tính tương tác cao. Các tín hiệu trong Elm là các giá trị thay đổi theo thời gian, và chúng có thể được sử dụng để cập nhật giao diện người dùng một cách tự động. Điều này giúp giảm thiểu lỗi và tăng cường tính ổn định của ứng dụng. Hơn nữa, Elm còn hỗ trợ việc gỡ lỗi hiệu quả, giúp lập trình viên dễ dàng phát hiện và sửa chữa các lỗi trong mã nguồn.

2.1 Tính năng ngôn ngữ Elm

Ngôn ngữ Elm có nhiều tính năng nổi bật, bao gồm khả năng xử lý các tín hiệu tương tác, tạo giao diện đồ họa và gỡ lỗi hiệu quả. Elm cho phép lập trình viên xây dựng các ứng dụng web với tính năng tương tác cao, nhờ vào khả năng xử lý các sự kiện bất đồng bộ. Hơn nữa, Elm còn cung cấp các thư viện đơn giản và đầy đủ, giúp tối ưu hóa mã lập trình và tạo ra giao diện người dùng một cách dễ dàng. Điều này làm cho Elm trở thành một công cụ lý tưởng cho việc phát triển các ứng dụng web hiện đại.

III. Xây dựng ứng dụng trò chơi với Elm

Việc xây dựng ứng dụng trò chơi bằng ngôn ngữ Elm là một ví dụ điển hình cho việc áp dụng lập trình phản ứng. Trong chương này, các bước để xây dựng một trò chơi đơn giản sẽ được trình bày, từ việc mô tả trò chơi, phân tích các yếu tố cần thiết, đến việc xây dựng mã nguồn. Elm cho phép lập trình viên dễ dàng tạo ra các giao diện tương tác, nơi mà người dùng có thể tương tác với các nhân vật trong trò chơi một cách mượt mà. Hơn nữa, việc sử dụng Elm giúp giảm thiểu các lỗi thường gặp trong lập trình, nhờ vào tính năng gỡ lỗi mạnh mẽ của nó. Qua đó, các lập trình viên có thể tập trung vào việc phát triển các tính năng mới cho trò chơi mà không phải lo lắng về các vấn đề kỹ thuật.

3.1 Phân tích trò chơi

Phân tích trò chơi là bước quan trọng trong quá trình phát triển ứng dụng. Điều này bao gồm việc xác định các yếu tố cần thiết để tạo ra một trò chơi hấp dẫn và thú vị. Các yếu tố này có thể bao gồm cơ chế chơi, giao diện người dùng, và các tín hiệu tương tác. Elm cung cấp các công cụ mạnh mẽ để xây dựng các yếu tố này, cho phép lập trình viên dễ dàng tạo ra các trò chơi có tính tương tác cao. Hơn nữa, việc phân tích trò chơi cũng giúp lập trình viên nhận diện các vấn đề có thể phát sinh trong quá trình phát triển, từ đó đưa ra các giải pháp hợp lý.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Lập trình phản ứng (Reactive Programming) là một mô hình lập trình tập trung vào xử lý các luồng dữ liệu và sự lan truyền thay đổi của dữ liệu theo thời gian. Với sự phát triển mạnh mẽ của Internet và các ứng dụng web, di động có tính tương tác cao, việc xây dựng các hệ thống phản ứng nhanh, chính xác với các sự kiện người dùng trở nên thiết yếu. Theo ước tính, hàng tỷ người dùng trên toàn cầu tương tác với các ứng dụng web và di động mỗi ngày, đòi hỏi các hệ thống phải phản hồi tức thời và hiệu quả. Luận văn tập trung nghiên cứu lập trình phản ứng trong ngôn ngữ Elm, một ngôn ngữ lập trình hàm phản ứng mới nổi, nhằm khai thác các đặc điểm của lập trình phản ứng để xây dựng các ứng dụng tương tác hiệu quả.

Mục tiêu nghiên cứu là phân tích các đặc điểm của lập trình phản ứng, tìm hiểu cách vận dụng trong ngôn ngữ Elm, đồng thời xây dựng một ứng dụng trò chơi nhỏ để minh họa tính năng và ưu điểm của mô hình này. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào lập trình phản ứng với ngôn ngữ Elm, nghiên cứu các cú pháp, tín hiệu tương tác, và ứng dụng trong môi trường phát triển phần mềm tại Việt Nam trong giai đoạn 2015. Ý nghĩa nghiên cứu thể hiện qua việc cung cấp một công cụ lập trình hiện đại, giúp tăng hiệu quả phát triển ứng dụng tương tác, giảm thiểu lỗi và nâng cao trải nghiệm người dùng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Lập trình phản ứng (Reactive Programming): Mô hình lập trình tập trung vào luồng dữ liệu và sự lan truyền thay đổi dữ liệu theo thời gian. Các giá trị được biểu diễn như tín hiệu (signal) thay đổi liên tục hoặc rời rạc theo sự kiện. Lập trình phản ứng cho phép xây dựng các hệ thống tương tác thời gian thực, xử lý song song các luồng dữ liệu không đồng bộ.

• Lập trình hàm phản ứng (Functional Reactive Programming - FRP): Kết hợp lập trình hàm với lập trình phản ứng, sử dụng các hàm thuần túy để xử lý các tín hiệu và sự kiện. FRP có ba mô hình chính: Classical FRP, Real-time FRP & Event-Driven FRP, và Arrowized FRP. Ngôn ngữ Elm áp dụng mô hình Arrowized FRP, giúp tránh các vấn đề về chậm trễ toàn cục và rò rỉ bộ nhớ.

• Ngôn ngữ lập trình hàm (Functional Programming): Phong cách lập trình dựa trên định nghĩa hàm toán học, không sử dụng biến toàn cục hay lệnh gán, giúp mã nguồn ngắn gọn, dễ hiểu và dễ bảo trì. Các khái niệm chính gồm hàm, đệ quy, currying, hàm bậc cao, và tính toán chặt hoặc không chặt.

Các khái niệm chính trong nghiên cứu gồm: tín hiệu (signal), sự kiện (event), hàm bậc cao, foldp (lưu trữ trạng thái), map (chuyển đổi tín hiệu), và các đặc điểm của hệ thống phản ứng như phản hồi kịp thời (responsive), khả năng phục hồi lỗi (resilient), khả năng mở rộng (scalable), và dựa trên truyền tải thông điệp không đồng bộ (message-driven).

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Luận văn sử dụng dữ liệu thứ cấp từ các tài liệu học thuật, bài báo khoa học về lập trình phản ứng, lập trình hàm, và ngôn ngữ Elm. Đồng thời, dữ liệu thực nghiệm được thu thập qua việc xây dựng ứng dụng trò chơi Hockey bằng Elm.

• Phương pháp phân tích: Phân tích lý thuyết dựa trên tổng hợp các mô hình lập trình phản ứng và lập trình hàm. Phân tích thực nghiệm thông qua việc xây dựng, chạy thử và đánh giá ứng dụng trò chơi, sử dụng các hàm xử lý tín hiệu, cập nhật trạng thái, và tương tác người dùng.

• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Cỡ mẫu là một ứng dụng trò chơi nhỏ được xây dựng hoàn chỉnh bằng Elm, đại diện cho các ứng dụng tương tác thời gian thực. Phương pháp chọn mẫu là nghiên cứu điển hình (case study) nhằm minh họa các đặc điểm và ưu điểm của lập trình phản ứng trong thực tế.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong năm 2015, bao gồm giai đoạn tổng hợp lý thuyết, thực nghiệm xây dựng ứng dụng, đánh giá và hoàn thiện luận văn.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Lập trình phản ứng giúp tự động cập nhật dữ liệu: Ví dụ trong Elm, khi giá trị tín hiệu đầu vào thay đổi, các giá trị liên quan trong chương trình được tự động cập nhật mà không cần lệnh gán thủ công. Ví dụ, trong một chương trình theo dõi số lần nhấp chuột, mỗi lần nhấp chuột làm tăng giá trị đếm và hiển thị ngay lập tức.

2. Ngôn ngữ Elm hỗ trợ lập trình hàm phản ứng hiệu quả: Elm sử dụng mô hình Arrowized FRP giúp tránh các vấn đề về chậm trễ toàn cục và rò rỉ bộ nhớ. Các tín hiệu trong Elm chỉ được tính toán lại khi có sự kiện rời rạc xảy ra, giảm thiểu việc tính toán lại không cần thiết, nâng cao hiệu suất.

3. Ứng dụng trò chơi Hockey minh họa rõ đặc điểm lập trình phản ứng: Trò chơi sử dụng các tín hiệu đầu vào từ bàn phím và thời gian để cập nhật trạng thái đối tượng, cho phép di chuyển hình tròn theo phím mũi tên với tỷ lệ khung hình 30 FPS. Việc cập nhật trạng thái và giao diện diễn ra mượt mà, phản hồi nhanh với người dùng.

4. Các công cụ hỗ trợ gỡ lỗi trong Elm nâng cao hiệu quả phát triển: Công cụ Time Traveling Debugger cho phép tua lại các trạng thái trước đó của chương trình, giúp phát hiện và sửa lỗi nhanh chóng. Việc ghi lại các sự kiện đầu vào theo thời gian giúp theo dõi chính xác các thay đổi trạng thái.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân của các phát hiện trên xuất phát từ bản chất của lập trình phản ứng là xử lý các luồng dữ liệu không đồng bộ và sự kiện rời rạc, giúp chương trình luôn phản hồi kịp thời với các thay đổi. So với lập trình truyền thống, lập trình phản ứng giảm thiểu mã lệnh phức tạp, tăng tính trừu tượng và dễ bảo trì.

So sánh với các nghiên cứu khác, mô hình Arrowized FRP của Elm khắc phục được các hạn chế của Classical FRP như rò rỉ bộ nhớ và chậm trễ thời gian, đồng thời hỗ trợ lập trình tương tác hiệu quả hơn. Việc xây dựng ứng dụng trò chơi nhỏ cho thấy tính khả thi và hiệu quả của Elm trong phát triển các ứng dụng tương tác thời gian thực.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ thể hiện tỷ lệ cập nhật trạng thái theo thời gian, hoặc bảng so sánh hiệu suất giữa các mô hình FRP khác nhau. Ngoài ra, bảng thống kê các lỗi phát hiện và sửa chữa qua công cụ gỡ lỗi cũng minh họa rõ lợi ích của Elm.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng ngôn ngữ Elm trong phát triển ứng dụng tương tác: Khuyến nghị các nhà phát triển phần mềm sử dụng Elm để xây dựng các ứng dụng web và trò chơi có tính tương tác cao, tận dụng ưu điểm của lập trình hàm phản ứng để nâng cao hiệu suất và giảm lỗi.

2. Đào tạo và nâng cao kỹ năng lập trình phản ứng cho lập trình viên: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về lập trình phản ứng và ngôn ngữ Elm nhằm trang bị kiến thức và kỹ năng cần thiết, giúp tăng cường năng lực phát triển phần mềm hiện đại.

3. Phát triển công cụ hỗ trợ gỡ lỗi và kiểm thử cho Elm: Đầu tư nghiên cứu và phát triển các công cụ hỗ trợ gỡ lỗi nâng cao, tích hợp khả năng tua lại trạng thái và phân tích sự kiện để tăng hiệu quả phát triển và bảo trì phần mềm.

4. Khuyến khích nghiên cứu mở rộng về lập trình phản ứng: Hỗ trợ các đề tài nghiên cứu tiếp theo mở rộng ứng dụng lập trình phản ứng trong các lĩnh vực như hệ thống nhúng, IoT, và xử lý dữ liệu lớn, nhằm khai thác tối đa tiềm năng của mô hình này.

Các giải pháp trên nên được triển khai trong vòng 1-2 năm tới, với sự phối hợp của các trường đại học, viện nghiên cứu và doanh nghiệp công nghệ.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Sinh viên và nghiên cứu sinh ngành Công nghệ Thông tin: Luận văn cung cấp kiến thức nền tảng và thực tiễn về lập trình phản ứng và ngôn ngữ Elm, hỗ trợ học tập và nghiên cứu chuyên sâu.

2. Lập trình viên phát triển ứng dụng web và trò chơi: Các lập trình viên có thể áp dụng các kỹ thuật và mô hình trong luận văn để xây dựng các ứng dụng tương tác hiệu quả, giảm thiểu lỗi và nâng cao trải nghiệm người dùng.

3. Giảng viên và nhà nghiên cứu trong lĩnh vực lập trình hàm và lập trình phản ứng: Luận văn cung cấp tổng quan lý thuyết và thực nghiệm, làm tài liệu tham khảo cho giảng dạy và nghiên cứu khoa học.

4. Doanh nghiệp công nghệ phát triển phần mềm: Các công ty có thể áp dụng các giải pháp và công nghệ được nghiên cứu để nâng cao chất lượng sản phẩm, đặc biệt trong các ứng dụng đòi hỏi tính tương tác và phản hồi thời gian thực.

Câu hỏi thường gặp

1. Lập trình phản ứng là gì và có ưu điểm gì so với lập trình truyền thống?
   Lập trình phản ứng là mô hình xử lý các luồng dữ liệu và sự kiện thay đổi theo thời gian, tự động cập nhật giá trị liên quan. Ưu điểm là mã ngắn gọn, dễ bảo trì, phản hồi nhanh với sự kiện người dùng, giảm lỗi do tự động lan truyền thay đổi.

2. Ngôn ngữ Elm có điểm gì nổi bật trong lập trình phản ứng?
   Elm sử dụng mô hình Arrowized FRP giúp tránh chậm trễ toàn cục và rò rỉ bộ nhớ. Nó hỗ trợ lập trình hàm thuần túy, xử lý tín hiệu rời rạc, và cung cấp công cụ gỡ lỗi Time Traveling Debugger giúp phát hiện lỗi hiệu quả.

3. Làm thế nào để xử lý tín hiệu đầu vào trong Elm?
   Elm sử dụng các tín hiệu (signal) đại diện cho các giá trị thay đổi theo thời gian như vị trí chuột, phím bấm. Các hàm như map, map2, foldp được dùng để chuyển đổi, kết hợp và lưu trữ trạng thái tín hiệu, giúp cập nhật giao diện và trạng thái chương trình.

4. Ứng dụng trò chơi Hockey trong luận văn thể hiện điều gì?
   Trò chơi minh họa cách sử dụng tín hiệu đầu vào từ bàn phím và thời gian để cập nhật trạng thái đối tượng, cho phép di chuyển mượt mà và phản hồi nhanh. Đây là ví dụ thực tế cho thấy ưu điểm của lập trình phản ứng và Elm trong phát triển ứng dụng tương tác.

5. Công cụ gỡ lỗi trong Elm hoạt động như thế nào?
   Công cụ Time Traveling Debugger ghi lại các sự kiện đầu vào theo thời gian, cho phép tua lại trạng thái chương trình, dừng và sửa lỗi tại các điểm cụ thể. Điều này giúp phát hiện lỗi nhanh và dễ dàng hơn so với gỡ lỗi truyền thống.

Kết luận

• Lập trình phản ứng là mô hình hiệu quả để xây dựng các ứng dụng tương tác thời gian thực, xử lý luồng dữ liệu không đồng bộ.
• Ngôn ngữ Elm với mô hình Arrowized FRP giúp khắc phục các hạn chế của các mô hình FRP trước, nâng cao hiệu suất và khả năng mở rộng.
• Ứng dụng trò chơi Hockey minh họa rõ ràng tính năng và ưu điểm của lập trình phản ứng trong thực tế.
• Công cụ gỡ lỗi Time Traveling Debugger trong Elm hỗ trợ phát hiện và sửa lỗi nhanh chóng, nâng cao chất lượng phần mềm.
• Nghiên cứu mở ra hướng phát triển mới cho lập trình tương tác, đề xuất áp dụng Elm trong phát triển phần mềm hiện đại và đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao.

Next steps: Triển khai đào tạo lập trình phản ứng và Elm, phát triển công cụ hỗ trợ, mở rộng nghiên cứu ứng dụng trong các lĩnh vực khác.

Các nhà phát triển và nghiên cứu hãy tiếp cận và áp dụng lập trình phản ứng với Elm để nâng cao hiệu quả và chất lượng sản phẩm phần mềm.

Trích đoạn nội dung tài liệu

phần mở đầu, mục lục, danh mục tài liệu tham khảo, kết quả đạt đƣợc thì nội dung của luận văn gồm 3 chƣơng. Chƣơng 1 sẽ nghiên cứu về lập trình phản ứng, nội dung trong chƣơng sẽ nêu ra những đặc điểm về lập trình phản ứng, đặc điểm về luồng dữ liệu và xem chúng có những đặc điểm gì tƣơng đồng hay không. Chƣơng 2 tôi sẽ nghiên cứu đôi nét về lập trình hàm từ đó đi sâu về các cú pháp cơ bản của ngôn ngữ lập trình hàm Elm và cách tạo các giao diện đồ họa và tìm hiểu các tín hiệu đầu vào tƣơng tác với chƣơng trình. Sau đó tôi sẽ đi sâu vào cơ chế vận hành của ngôn ngữ Elm với các tín hiệu để thấy rõ đƣợc điểm mạnh của của lập trình hàm phản ứng.

Cũng trong chƣơng này ta nghiên cứu về trình gỡ lỗi và lập trình tƣơng tác trong Elm. Chƣơng 3 sẽ áp dụng ngôn ngữ Elm vào để xây dựng một trò chơi nhỏ thể hiện rõ các đặc điểm của lập trình hàm phản ứng. Qua ứng dụng trò chơi cũng nhƣ các nghiên cứu thì luận văn tôi sẽ đƣa ra một số nhận xét, đánh giá, thảo luận về ƣu nhƣợc điểm của lập trình phản ứng trong chƣơng này. Nhờ những đánh giá này mà các nhà nghiên cứu và ngƣời lập trình có thể tiếp tục phát triển ngôn ngữ Elm dùng nó làm công cụ để tạo ra các ứng dụng mang tính tƣơng tác cao với ngƣời sử dụng.

10 z CHƢƠNG 1-GIỚI THIỆU VỀ LẬP TRÌNH PHẢN ỨNG 1.1 Giới thiệu lập trình phản ứng Lập trình phản ứng là một mô hình lập trình tập trung vào các luồng (flow) dữ liệu và sự lan truyền thay đổi của dữ liệu. Điều này có nghĩa chúng ta có thể biểu diễn các dòng dữ liệu tĩnh hoặc động trong ngôn ngữ lập trình và mô hình lập trình sẽ tự động lan truyền các thay đổi thông qua luồng dữ liệu này. [13] Ví dụ trong lập trình truyền thống (imperative programming) a:= b + c sẽ có nghĩa là gán các kết quả b + c cho a. Sau đó nếu ta gán cho b và c giá trị khác, thì giá trị của a không thay đổi theo.

Nhƣng trong lập trình phản ứng giá trị a sẽ tự động cập nhật khi chúng ta thay đổi giá trị của b hoặc c. Hay nhƣ một chƣơng trình bảng tính Excel là một ví dụ về lập trình phản ứng. Ví dụ ô (cell) A1 chứa công thức “=B1+C1”, thì giá trị của ô A1 này thay đổi khi chúng ta thay đổi giá trị ở ô B1 hoặc C1. Lập trình phản ứng chính cho phép ngƣời lập trình dễ dàng tạo ra các giao diện ngƣời dùng tƣơng tác, hình ảnh động cho các hệ thống thời gian thực, nhƣng vẫn tuân theo mô hình lập trình thông dụng.

Ví dụ trong kiến trúc MVC (Model- View-Controller) với lập trình phản ứng, chúng ta chỉ cần thay đổi mô hình thì giao diện sẽ tự động đƣợc cập nhật và ngƣợc lại khi ngƣời dùng thay đổi giá trị trên giao diện, thì giá trị đó cũng đƣợc tự động cập nhật trên mô hình. Ngôn ngữ lập trình phản ứng có thể thay đổi rất rõ ràng nơi mà các luồng dữ liệu đƣợc thiết lập bằng cách sử dụng các cấu trúc lập trình hàm có trong thƣ viện, ở đó các luồng dữ liệu đƣợc xây dựng từ các cấu trúc ngôn ngữ giống nhƣ lập trình truyền thống hay lập trình hàm. Ví dụ lập trình hàm phản ứng (functional reactive programming) là mô hình lập trình hàm với phong cách lập trình phản ứng đƣợc thực thi bởi một nút trong một đồ thị luồng dữ liệu đã đƣợc cấu trúc. Thƣ viện lập trình phản ứng dành cho các ngôn ngữ khá linh động cho phép xây dựng các nút để xử lý một sự kiện nào đó 11 z từ bên ngoài dựa vào thời gian thực thi chƣơng trình để cập nhật giá trị luồng dữ liệu.

Các nút trong đồ thị luồng dữ liệu là nơi mà chƣơng trình trao đổi thông tin với nhau. Lập trình phản ứng có thể hoàn toàn tĩnh nơi các luồng dữ liệu đƣợc thiết lập tĩnh hoặc là động nơi các dòng dữ liệu có thể thay đổi trong quá trình thực hiện chƣơng trình. Việc trao đổi dữ liệu trong đồ thị dòng dữ liệu tới phạm vi nào đó có thể làm dòng dữ liệu tĩnh trở thành động và có thể cấu trúc lại đồ thị dòng dữ liệu. Lập trình phản ứng có thể đƣợc gọi là bậc cao nếu trong chƣơng trình các luồng dữ liệu có thể tạo ra các luồng dữ liệu khác dẫn tới kết quả đầu ra của một luồng dữ liệu là một đồ thị luồng dữ liệu khác và cũng đƣợc thực hiện bằng các mô hình đánh giá nhƣ lúc đầu.

Trong lập trình phản ứng các tính toán thƣờng đƣợc lƣu trữ trong bộ nhớ và ở dạng dữ liệu cấu trúc. Khi một vài dữ liệu trong chƣơng trình thay đổi sẽ làm thay đổi toàn bộ dữ liệu có liên quan thay đổi theo, việc cập nhật dữ liệu có thể có nhiều cách nhƣng thông thƣờng nhất vẫn là giá trị đƣợc lƣu trữ lại và đƣợc gọi khi cần. Lập trình phản ứng có nhiều điểm giống với các mô hình thiết kế phần mềm chung thƣờng đƣợc sử dụng trong lập trình hƣớng đối tƣợng. Tuy nhiên việc tích hợp các khái niệm luồng dữ liệu vào các ngôn ngữ lập trình sẽ làm cho nó dễ dàng hơn để thể hiện chúng và làm tăng mức chi tiết của biểu đồ luồng dữ liệu.

Về cơ bản trong lập trình phản ứng luôn thể hiện đƣợc dữ liệu nhƣ là “giá trị thay đổi theo thời gian” chúng có thể đƣợc kết hợp, lọc, nối và chuyển đổi để cập nhật giá trị mới nhất. Lập trình phản ứng luôn mang tính hƣớng sự kiện và dữ liệu đƣợc mô hình thành các tín hiệu chứa giá trị hiện tại, thay đổi một cách rời rạc gọi là sự kiện. Các sự kiện này trên thực thực tế là một dòng sự kiện bất đồng bộ, hay cũng có thể nói lập trình phản ứng là lập trình với dòng dữ liệu bất đồng bộ.2 Lập trình phản ứng là luồng dữ liệu Lập trình phản ứng là một thuật ngữ đã trở nên phổ biến gần đây và nguồn gốc của nó xuất hiện là năm 1985. Trên bài báo“On the Development of Reactive Systems” đƣợc viết bởi (David Harel & Amir Pnueli, 1985) đã đƣợc định nghĩa về hệ thống phản ứng (reactive systems): “Các hệ phản ứng… là đƣợc lặp đi lặp lại ngay tức thời bởi các yếu tố bên ngoài và vai trò của chúng là đáp ứng liên tục với các dữ liệu đầu vào từ bên ngoài.”[7] Một vài năm sau đó vào năm 1989 trong bài báo “Real Time Programming: Special Purpose or General Purpose Languages” của (Gerard Berry, 1989) đã tập trung vào khía cạnh phần mềm: “ Hệ phản ứng là điểm thuận lợi để phân biệt giữa ba loại chƣơng trình máy tính.

Chƣơng trình trao đổi thông tin tính toán từ một tập hợp các yếu tố đầu vào; ví dụ điển hình là các trình biên dịch hoặc các chƣơng trình tính toán số. Các chƣơng trình tƣơng tác tƣơng tác phản ứng ở tốc độ của riêng của chúng với ngƣời dùng hoặc với các chƣơng trình khác. Các chƣơng trình phản ứng cũng duy trì tính tƣơng tác liên tục với môi trƣờng của chúng và đƣợc quyết định bởi môi trƣờng. Các chƣơng trình tƣơng tác làm việc ở tốc độ của riêng chúng và chủ yếu là đối phó với các thông tin liên lạc, trong khi đó chƣơng trình phản ứng chỉ làm việc để đáp ứng với nhu cầu bên ngoài và chủ yếu là xử lý chính xác các sự sự kiện diễn ra.” [8] Vì vậy ta có thể nói rằng lập trình phản ứng gồm các yếu tố sau: [2]  Xử lý đáp ứng các yêu cầu bên ngoài.

 Chủ yếu là xử lý song song các luồng dữ liệu.  Điều chỉnh thay đổi phù hợp với dữ liệu đầu vào.  Dùng để thực hiện các vấn đề liên quan đến tính tƣơng tác và thƣờng xuyên thay đổi thông tin. 13 z Chúng ta cùng tìm hiểu khái niệm luồng dữ liệu là khi dữ liệu điều khiển thực thi chƣơng trình và kiểm tra các dữ liệu đầu vào sau đó phản ứng với sự thay đổi dữ liệu, cập nhật bất cứ khi nào dữ liệu mới đến.

Bất kỳ hệ thống nào mà ở đó dữ liệu di chuyển giữa các đơn vị mã và đƣợc kích hoạt thực thi chúng có thể đƣợc gọi là luồng dữ liệu trong đó bao gồm các hệ thống phản ứng. Vì vậy ta xem xét lập trình phản ứng là một tập hợp con của luồng dữ liệu nhƣng là một nhóm khá lớn. Trong trƣờng hợp bình thƣờng lập trình phản ứng đƣợc coi nhƣ là một từ đồng nghĩa với luồng dữ liệu. [2] Luồng dữ liệu nhƣ là một mô hình kết nối giữa các đối tƣợng trong một ứng dụng, trong chƣơng trình nó sẽ phản ứng một cách khá hiệu quả với những thay đổi dữ liệu đầu vào từ môi trƣờng bên ngoài vào.

Các nhà nghiên cứu đã tìm hiểu và phát triển những cái lợi thế của các ràng buộc của luồng dữ liệu bằng việc nhúng luồng dữ liệu vào các ngôn ngữ lập trình nhằm xử lý các ràng buộc giữa các giá trị của các đối tƣợng dựa trên các sự kiện tác động bên ngoài cái mà chúng ta thƣờng gọi là phản ứng. Với phƣơng pháp này các đối tƣợng sẽ đƣợc khai báo nhƣ các kiểu dữ liệu căn bản, dữ liểu mảng, con trỏ hay dữ liệu cấu trúc và việc định nghĩa ràng buộc các câu lệnh sẽ tự động tái xử lý các đầu vào thay đổi trong bộ nhớ làm cho chƣơng trình chúng ta hoạt động nhƣ một bảng tính mà các giá trị của biến này phụ thuộc vào biến kia. Một số tính năng của dòng dữ liệu:  Dataflow có khả năng quản lý song song các luồng dữ liệu.  Dataflow là đáp ứng với sự thay đổi dữ liệu thông qua các sự kiện.

Giá trị truyền vào thay đổi thì dòng dữ liệu thay đổi theo.  Dataflow nhƣ sự thay thế cho phƣơng pháp “callback hell”.  Dataflow nhƣ một đồ thị chứa tập các nút và khi dữ liệu đến nó sẽ đƣợc xử lý và thực thi một nhiệm vụ nào đó nếu đƣợc yêu cầu từ bên ngoài. 14 z Lập trình phản ứng đƣợc coi là lập trình với các dòng dữ liệu không đồng bộ.