Trong nhiều năm, việc hiển thị các phương trình toán học phức tạp trên web luôn là một thách thức mà các nhà phát triển và người tạo nội dung phải vật lộn. Trong khi LaTeX vẫn là tiêu chuẩn vàng cho việc soạn thảo toán học trong giới học thuật, thì việc đưa chất lượng đó lên trình duyệt web đòi hỏi các thư viện kết xuất chuyên biệt. Hai ứng cử viên lớn đã nổi lên trong lĩnh vực này: KaTeX, được biết đến với tốc độ cực nhanh, và MathJax, được ca ngợi nhờ bộ tính năng toàn diện. Cuộc tranh luận đang diễn ra giữa các giải pháp này tiết lộ nhiều điều về sự đánh đổi giữa hiệu suất và chức năng trong công nghệ web.
Thế lưỡng nan giữa Tốc độ và Tính năng
KaTeX đã xây dựng danh tiếng chủ yếu dựa trên tốc độ kết xuất. Thư viện này xử lý các biểu thức toán học một cách đồng bộ mà không yêu cầu sắp xếp lại trang, khiến nó đặc biệt hấp dẫn đối với các trang web có nhiều nội dung với vô số phương trình. Tuy nhiên, hiệu suất này phải trả giá bằng việc hỗ trợ giảm đối với một số tính năng LaTeX nhất định mà nhiều nhà toán học vẫn sử dụng hàng ngày. Một người dùng đã nêu bật hạn chế này, lưu ý rằng tính năng duy nhất tôi thực sự nhớ là khả năng sử dụng \label và \eqref để tham chiếu phương trình, vì KaTeX không hỗ trợ các lệnh này. Điều này gây ra sự gián đoạn đáng kể trong quy trình làm việc cho những người viết học thuật, những người phụ thuộc vào việc tham chiếu chéo các phương trình trong toàn bộ tài liệu của họ.
MathJax, đặc biệt là trong phiên bản 3 gần đây, đã thu hẹp đáng kể khoảng cách về hiệu suất trong khi vẫn duy trì khả năng tương thích LaTeX rộng hơn. Việc viết lại hoàn toàn MathJax đã giải quyết được nhiều mối lo ngại về tốc độ vốn ban đầu đã đẩy người dùng về phía KaTeX. Một số thử nghiệm so sánh hiện nay cho thấy MathJax 3 thực sự vượt trội hơn KaTeX trong một số kịch bản nhất định, mặc dù KaTeX vẫn duy trì lợi thế về thời gian tải phông chữ và kích thước gói tổng thể. Việc lựa chọn giữa các thư viện này ngày càng phụ thuộc vào các trường hợp sử dụng cụ thể hơn là sự vượt trội rõ ràng về hiệu suất.
So sánh Tính năng Chính:
- Điểm mạnh của KaTeX: Render đồng bộ, không gây reflow trang, kích thước bundle nhỏ hơn, render ban đầu nhanh hơn
- Điểm mạnh của MathJax: Hỗ trợ tính năng LaTeX rộng hơn, tính năng accessibility tốt hơn, typography nhất quán hơn trên các trình duyệt
- Hạn chế Chung: Cả hai đều yêu cầu workaround cho việc tham chiếu phương trình, phụ thuộc vào server-side rendering, cân nhắc về việc tải font
Thách thức Triển khai trong Thực tế
Các nhà phát triển triển khai kết xuất toán học phải đối mặt với vô số thách thức thực tế ngoài những so sánh điểm chuẩn đơn giản. Một bình luận viên đang làm việc trên một tiện ích mở rộng viết AI đã chia sẻ kinh nghiệm của họ: Chúng tôi đã sử dụng KaTeX thông qua một plugin React để kết xuất các công thức toán như một phần của phản hồi AI. Chúng tôi đã gặp rất nhiều thách thức, đặc biệt là với cách các mô hình AI cú pháp hóa các công thức, và phải thực hiện một số thao tác xử lý chuỗi để làm cho nó hoạt động. Điều này minh họa cách những lợi thế hiệu suất lý thuyết có thể bị lu mờ bởi sự phức tạp khi tích hợp trong môi trường sản xuất.
Cuộc thảo luận về kết xuất phía máy chủ tiết lộ một khía cạnh khác của thách thức triển khai. Trong khi KaTeX hỗ trợ kết xuất phía máy chủ thông qua Node.js, nhiều nhà phát triển tìm kiếm các giải pháp không yêu cầu môi trường thực thi JavaScript. Điều này đã dẫn đến các cổng và bản chuyển thể sáng tạo, bao gồm katex-rs cho các ứng dụng Rust và PyKaTeX cho các trình tạo trang web tĩnh dựa trên Python. Những lựa chọn thay thế này chứng tỏ mong muốn của cộng đồng về việc kết xuất toán học có thể tích hợp liền mạch vào các ngăn xếp công nghệ đa dạng mà không ảnh hưởng đến chất lượng hoặc hiệu suất.
Các ứng dụng thử nghiệm, những ứng dụng nở rộ nhanh chóng và bị đóng cửa theo một chu kỳ mà Google đã trở nên nổi tiếng, thì trớ trêu thay lại có nhiều khả năng nhận được loại cập nhật thích hợp thú vị này hơn.
Câu hỏi về MathML và các Hướng đi Tương lai
Một dòng chảy ngầm trong cuộc thảo luận về kết xuất toán học liên quan đến MathML, tiêu chuẩn của W3C để biểu diễn ký hiệu toán học trong các trang web. Khi tất cả các trình duyệt chính hiện nay đều hỗ trợ MathML, một số người tự hỏi tại sao chúng ta vẫn cần các thư viện kết xuất. Thực tế là MathML chủ yếu phục vụ như một định dạng đích hơn là một công cụ soạn thảo - hầu hết các nhà toán học và nhà văn kỹ thuật thích làm việc với cú pháp LaTeX hơn là trực tiếp với mã đánh dấu dài dòng của MathML.
Temml, một nhánh của KaTeX biên dịch sang MathML thay vì HTML được tạo kiểu, đại diện cho một vùng đất trung gian thú vị. Nó kết hợp sự tiện lợi khi soạn thảo của LaTeX với những lợi ích tiềm năng của việc kết xuất trình duyệt gốc. Tuy nhiên, như một người dùng có kinh nghiệm nhận xét, chất lượng kết xuất MathML vẫn thay đổi đáng kể trên các trình duyệt và thường không đạt được sự hoàn hảo về kiểu chữ mà người dùng LaTeX mong đợi. Các vấn đề về tỷ lệ ký hiệu, tính nhất quán của khoảng cách và kết xuất phông chữ tiếp tục khiến các giải pháp như KaTeX và MathJax trở nên cần thiết cho các nhà xuất bản coi trọng chất lượng.
Phân tích kích thước gói KaTeX:
- katex.min.css: 23.6 kB
- katex.min.js: 277.0 kB
- auto-render.min.js: 3.7 kB
- KaTeX_Main-Regular.woff2: 26.5 kB
- KaTeX_Main-Italic.woff2: 16.7 kB
- Tổng cộng thêm: 347.5 kB
Cân nhắc Hiệu suất trong Môi trường Sản xuất
Cuộc thảo luận về hiệu suất mở rộng ra ngoài tốc độ kết xuất đơn thuần để bao gồm các cân nhắc rộng hơn như kích thước gói, tải phông chữ và sự thay đổi bố cục tích lũy. Các phụ thuộc tối thiểu và chiến lược phông chữ hiệu quả của KaTeX làm cho nó hấp dẫn đối với các ứng dụng quan trọng về hiệu suất. Một phân tích cho thấy rằng một triển khai KaTeX điển hình có thể làm tăng khoảng 347,5 kB vào trọng lượng trang, với phần lớn đến từ thư viện JavaScript cốt lõi và các tệp phông chữ cần thiết.
Đối với nội dung có nhiều ký hiệu toán học, việc lựa chọn giữa kết xuất phía máy khách và kết xuất phía máy chủ liên quan đến những sự đánh đổi cẩn thận. Kết xuất phía máy khách tránh gửi HTML được kết xuất trước lớn nhưng có thể gây ra sự sắp xếp lại có thể nhìn thấy khi các phương trình được kết xuất. Kết xuất phía máy chủ cung cấp sự ổn định hình ảnh ngay lập tức nhưng làm tăng trọng lượng trang ban đầu. Như một bình luận viên nhận xét, các trang có nhiều toán học có thể nhanh chóng phình ra đến 200kB+ khi kết xuất trước tất cả các phương trình, mặc dù trong bối cảnh web hiện đại, đây có thể là một sự đánh đổi chấp nhận được để cải thiện trải nghiệm người dùng.
Sự phát triển của việc kết xuất toán học dựa trên web tiếp tục cân bằng các ưu tiên cạnh tranh: tốc độ so với tính năng, sự tiện lợi so với chất lượng, và đổi mới so với tiêu chuẩn hóa. Khi cả KaTeX và MathJax tiếp tục phát triển, và khi các giải pháp gốc của trình duyệt như MathML trưởng thành, các nhà phát triển và người tạo nội dung hiện có nhiều con đường khả thi để mang những phương trình toán học đẹp mắt lên web.
Tham khảo: KaTeX