Biến Toàn Cục (Global Variables): Con Dao Hai Lưỡi Trong Lập Trình

Trong thế giới lập trình, khái niệm “biến toàn cục” (Global Variables) luôn là một chủ đề gây tranh cãi. Một mặt, chúng có thể là một lối tắt tiện lợi, giúp truy cập dữ liệu nhanh chóng từ mọi nơi trong chương trình. Mặt khác, chúng lại tiềm ẩn những rủi ro lớn, dẫn đến mã nguồn khó quản lý và dễ phát sinh lỗi. Bài viết này của xalocongnghe.com sẽ cùng bạn khám phá sâu hơn về biến toàn cục: chúng là gì, lợi ích và những nguy cơ tiềm ẩn, cũng như cách sử dụng chúng một cách cẩn trọng để duy trì chất lượng code.

Biến Toàn Cục Là Gì?

Về cơ bản, một chương trình máy tính là một danh sách các chỉ dẫn mà máy tính sẽ thực hiện. Tuy nhiên, hầu hết các chương trình đủ phức tạp đều vượt ra ngoài một danh sách tuần tự đơn giản. Các cấu trúc như khối lệnh (blocks), hàm (functions) và định nghĩa lớp (class definitions) giúp bạn tổ chức code một cách có hệ thống và dễ quản lý hơn.

Hàm là công cụ cơ bản nhất để nhóm các đoạn mã, tách biệt hành vi của chúng khỏi phần còn lại của chương trình. Bạn có thể gọi một hàm từ các phần khác của code và tái sử dụng cùng một logic mà không cần lặp lại nhiều lần.

Hiểu về phạm vi biến (Scope)

Trong lập trình, phạm vi (scope) của một biến xác định nơi biến đó có thể được truy cập hoặc thay đổi. Có hai loại phạm vi chính: phạm vi cục bộ (local scope) và phạm vi toàn cục (global scope).

Biến cục bộ chỉ tồn tại và có thể được truy cập trong một khối mã hoặc hàm cụ thể mà nó được khai báo. Ngược lại, biến toàn cục có phạm vi hoạt động trên toàn bộ chương trình, nghĩa là nó có thể được truy cập và sửa đổi từ bất kỳ đâu.

Ví dụ về biến cục bộ trong JavaScript

Hãy xem xét một ví dụ về hàm JavaScript sử dụng hai loại biến: một đối số hàm và một biến cục bộ:

function factorial(x) {
    let i;
    for (i = x - 1; i > 0; i--)
        x *= i;
    return x;
}

factorial(4); // 24

Trong ví dụ trên, đối số hàm x tự động được gán giá trị truyền vào hàm khi nó được gọi (ở đây là 4). Biến i được khai báo bằng từ khóa let, đảm bảo nó là một biến cục bộ. Ban đầu, giá trị của i là undefined trước khi vòng lặp for gán và thay đổi giá trị của nó.

Mỗi biến này đều có phạm vi hoạt động trong hàm factorial; không có phần code nào khác có thể đọc hoặc ghi giá trị của x hoặc i. Bạn có thể chạy JavaScript này trong console của trình duyệt và xác nhận rằng các biến x và i không hiển thị bên ngoài hàm:

Lỗi khi cố gắng truy cập biến cục bộ x và i bên ngoài hàm factorial trong console JavaScript, chứng minh phạm vi hoạt động của biến cục bộ.

Ví dụ về biến toàn cục trong JavaScript

JavaScript cũng hỗ trợ biến toàn cục, có phạm vi hoạt động trên toàn bộ chương trình. Dưới đây là một phiên bản khác của hàm factorial yêu cầu bạn đặt một biến toàn cục trước khi gọi nó, thay vì truyền đối số:

function factorial() {
    let i;
    for (i = x - 1; i > 0; i--)
        x *= i;
    return x;
}

var x = 4;
factorial(); // 24

Đây là một loại hàm rất không chính thống, không thực tế và chỉ được sử dụng ở đây để minh họa một cách sử dụng biến toàn cục tiềm năng. Nó hoạt động, nhưng cách dùng vụng về và khó sử dụng hơn. Trên thực tế, cách tiếp cận này giống với mã hợp ngữ cũ, vốn không có khái niệm về hàm.

Biến toàn cục trong PHP

Hầu hết các ngôn ngữ lập trình đều hỗ trợ biến toàn cục, nhưng chúng có xu hướng thực hiện theo những cách khác nhau. Ví dụ, PHP sử dụng từ khóa global để truy cập một biến được khai báo bên ngoài bất kỳ hàm nào:

<?php
$a = 0;
$b = 0;

function inc() {
    global $a;
    $a = 2;
    $b = 2;
}

inc();
echo "a is $a and b is $bn";
?>

Trong đoạn mã này, hàm inc sử dụng từ khóa global để truy cập biến $a được khai báo ở cấp cao nhất. Khi nó đặt $a, nó thay đổi biến cấp cao đó, vì vậy đầu ra xác nhận $a có giá trị là 2. Tuy nhiên, $b không được khai báo global bên trong inc, vì vậy hàm chỉ thay đổi một biến cục bộ—mà lại trùng tên. Biến cấp cao $b ban đầu vẫn giữ giá trị 0.

Tại Sao Biến Toàn Cục Lại Bị “Mang Tiếng Xấu”?

Vấn đề chính với biến toàn cục là chúng phá vỡ tính đóng gói (encapsulation), dẫn đến khả năng phát sinh lỗi trên diện rộng. Hãy xem xét ví dụ sau:

var days = [ "Sunday", "Monday", "Tuesday", "Wednesday",
             "Thursday", "Friday", "Saturday" ];

function day_name(number) {
    return days[number];
}

Hàm day_name() truy cập một mảng toàn cục để trả về tên của một ngày dựa trên số thứ tự. Trong một chương trình nhỏ, điều này có thể không phải là vấn đề, nhưng khi độ dài và độ phức tạp của chương trình tăng lên, lỗi có thể dễ dàng phát sinh.

Phá vỡ tính đóng gói (Encapsulation)

Tính đóng gói là một nguyên tắc quan trọng trong lập trình hướng đối tượng, giúp giới hạn quyền truy cập vào dữ liệu bên trong một đối tượng hoặc module. Biến toàn cục phá vỡ nguyên tắc này vì chúng có thể bị truy cập và sửa đổi từ bất kỳ đâu trong codebase. Bất kỳ phần nào của code cũng có thể thay đổi biến days, làm thay đổi hành vi cơ bản của day_name:

days[5] = "I don't know when";

Trong các chương trình lớn hơn, việc xác định các phần code sử dụng hoặc thay đổi một biến toàn cục có thể rất khó khăn và tốn thời gian.

Khó gỡ lỗi và quản lý code

Khi một biến toàn cục có thể bị thay đổi từ bất kỳ đâu, việc theo dõi nguồn gốc của một lỗi trở nên vô cùng phức tạp. Một phần code ở module này có thể ghi đè giá trị của biến toàn cục mà một module khác đang phụ thuộc, dẫn đến hành vi không mong muốn và khó tái tạo lỗi. Điều này làm cho quá trình gỡ lỗi (debugging) trở thành một cơn ác mộng.

Gây ra vấn đề trong môi trường đa luồng (Multi-threaded)

Vấn đề này thậm chí còn lớn hơn nếu mã của bạn là đa luồng (multi-threaded). Khi có nhiều bản sao của mã đang chạy đồng thời, việc đảm bảo tất cả chúng truy cập và sửa đổi các biến toàn cục mà không “dẫm chân lên nhau” là cực kỳ khó khăn. Điều này có thể dẫn đến các lỗi khó lường và rất khó phát hiện như race condition (điều kiện tranh chấp).

Khớp nối chặt chẽ (Tight Coupling)

Mã sử dụng biến toàn cục cũng bị khớp nối chặt chẽ (tightly coupled). Điều này có nghĩa là các thành phần của chương trình phụ thuộc vào nhau một cách quá mức. Việc giới thiệu sự phụ thuộc giữa một hàm và một biến toàn cục có nghĩa là hai thứ đó phải luôn tồn tại cùng nhau. Việc kiểm thử một hàm trong môi trường độc lập trở nên khó khăn hơn.

Xung đột tên biến (Name Clashes)

Bạn càng có nhiều biến toàn cục, khả năng xảy ra xung đột tên (name clashes) càng cao. Đối với JavaScript, đây là một vấn đề đặc biệt vì đối tượng toàn cục (global object). Trong trình duyệt web, tất cả các biến toàn cục được lưu trữ dưới dạng thuộc tính của đối tượng Window. Điều này có nghĩa là bạn rất dễ khai báo một biến toàn cục ghi đè lên một thuộc tính của Window mà mã của bạn – hoặc mã của người khác – đang giả định là có sẵn.

var alert = "no you don't";

// ...

window.alert("Press OK to continue");

Lời gọi window.alert() sẽ thất bại với lỗi vì nó bây giờ là một chuỗi, không phải một hàm. Mặc dù bạn sẽ không viết đoạn mã này một cách cố ý, nhưng việc vô tình làm như vậy lại rất dễ. Bạn càng sử dụng nhiều biến toàn cục, bạn càng có nhiều khả năng “dẫm chân” lên mã của người khác. Bạn có thể cố gắng tránh điều này bằng cách sử dụng các tên bất thường hơn cho các biến toàn cục của mình, nhưng đây chỉ là một giải pháp tạm thời; không có gì đảm bảo mã của bạn sẽ an toàn.

Tương tác với thư viện bên ngoài

Tất cả những vấn đề này có thể lan rộng hơn nếu bạn sử dụng các thư viện bên ngoài, tùy thuộc vào cách ngôn ngữ của bạn bảo vệ. JavaScript cung cấp ít sự bảo vệ ở đây, vì vậy, nếu bạn không cẩn thận, các biến toàn cục có thể làm hỏng mã thư viện bạn sử dụng – hoặc ngược lại.

Vậy Biến Toàn Cục Có Phải Hoàn Toàn Xấu? Khi Nào Nên Dùng?

Biến toàn cục không phải lúc nào cũng tệ – trên thực tế, đôi khi chúng là cần thiết, và việc tránh chúng bằng mọi giá có thể gây tốn kém không cần thiết! Dưới đây là một số trường hợp sử dụng hợp lý:

Biến cờ (flag) cho việc gỡ lỗi (debugging)

Một ví dụ hợp lý là sử dụng biến toàn cục làm cờ gỡ lỗi:

var debug = true;

function do_something() {
    let res = do_a_thing();
    if (debug) {
        console.debug("res was", res);
    }
    return res;
}

Cách tiếp cận gỡ lỗi này có thể hữu ích trong quá trình phát triển và kiểm thử, và hoàn toàn ổn đối với các chương trình nhỏ hơn. Tuy nhiên, nó vẫn dễ bị tổn thương, đặc biệt là việc bất kỳ phần nào của code cũng có thể thay đổi giá trị của debug; nó có thể thay đổi (mutable). Để tránh điều đó, tốt nhất nên khai báo một biến dưới dạng hằng số nếu bạn muốn ngăn giá trị của nó bị thay đổi.

Sử dụng hằng số toàn cục (Global Constants)

Hằng số toàn cục là một trường hợp đặc biệt của biến toàn cục nhưng có tính bất biến (immutable), tức là giá trị của chúng không thể thay đổi sau khi được gán. Điều này làm giảm đáng kể các rủi ro liên quan đến biến toàn cục.

const SECONDS_IN_MINUTE = 60;

Điều quan trọng cần lưu ý là một hằng số trong JavaScript, nghiêm ngặt mà nói, không phải là một biến toàn cục theo nghĩa truyền thống. Ví dụ, nó sẽ không được thêm vào làm thuộc tính của đối tượng window. Nhưng một hằng số bạn khai báo ở cấp cao nhất của một script sẽ hiển thị cho tất cả mã đi sau nó. Sử dụng const là một cách tốt để khai báo các giá trị cố định mà nhiều phần của chương trình cần truy cập.

Tập trung biến toàn cục vào một đối tượng duy nhất

Nếu bạn thấy mình phải sử dụng các biến toàn cục, bạn cũng có thể giảm khả năng xảy ra vấn đề bằng cách sử dụng một đối tượng toàn cục duy nhất. Ví dụ, thay vì:

var color = [0, 0, 255];
var debug = false;
var days = 7;
// ...

Bạn có thể lưu trữ các giá trị tương tự trong một đối tượng toàn cục duy nhất:

var appConfig = {
    color: [0, 0, 255],
    debug: false,
    days: 7,
    // ...
};

Với cách tiếp cận này, bạn chỉ thêm một tên duy nhất vào không gian tên toàn cục, vì vậy ít có khả năng nó sẽ xung đột với các tên khác, và dễ dàng hơn để tìm kiếm mã của bạn để tìm các cách sử dụng biến này.

Tầm quan trọng của tài liệu hóa và đặt tên biến

Cuối cùng, tài liệu hóa (documentation) là người bạn tốt nhất của bạn. Nếu bạn bắt buộc phải sử dụng biến toàn cục, hãy đảm bảo chúng được giải thích rõ ràng trong một bình luận, đặc biệt nếu bạn đã cân nhắc một cách tiếp cận thay thế nhưng cuối cùng đã loại bỏ nó. Tên biến cũng đóng vai trò như tài liệu, vì vậy hãy đảm bảo bạn sử dụng các tên rõ ràng, súc tích, cụ thể để giải thích mục đích của từng biến.

Biến toàn cục, khi được sử dụng không đúng cách, có thể là nguồn gốc của nhiều vấn đề. Tuy nhiên, nếu được áp dụng một cách có ý thức, trong các trường hợp cụ thể và được quản lý chặt chẽ, chúng vẫn có thể mang lại hiệu quả. Hãy luôn cân nhắc kỹ lưỡng và ưu tiên các giải pháp có phạm vi cục bộ hơn để xây dựng những ứng dụng bền vững và dễ bảo trì.

Hãy chia sẻ ý kiến của bạn về cách bạn quản lý và sử dụng biến toàn cục trong các dự án của mình bên dưới nhé!