Immutable 详解及 React 中实践

时间 2019-11-30

原文原文链接

Shared mutable state is the root of all evil （共享的可变状态是万恶之源） -- Pete Hunthtml

有人说 Immutable 能够给 React 应用带来数十倍的提高，也有人说 Immutable 的引入是近期 JavaScript 中伟大的发明，由于同期 React 太火，它的光芒被掩盖了。这些至少说明 Immutable 是颇有价值的，下面咱们来一探究竟。前端

JavaScript 中的对象通常是可变的（Mutable），由于使用了引用赋值，新的对象简单的引用了原始对象，改变新的对象将影响到原始对象。如foo = {a: 1}; bar = foo; bar.a = 2你会发现此时foo.a也被改为了2。虽然这样作能够节约内存，但当应用复杂后，这就形成了很是大的隐患，Mutable 带来的优势变得得不偿失。为了解决这个问题，通常的作法是使用 shallowCopy （浅拷贝）或 deepCopy （深拷贝）来比米娜被修改，但这样作形成了CPU和内存的浪费。程序员

Immutable 能够很好地解决这些问题。算法

什么是 Immutable Data

Immutable Data 就是一旦建立，就不能再被更改的数据。对 Immutable 想的任何修改或添加删除操做都会返回一个新的 Immutable 对象。Immutable 实现的原理是 Persistent Data Structure （持久化数据结构），也就是使用旧数据建立新数据时，要保证旧数据同事可用且不变。同事为了不 deepCopy 把全部节点都复制一遍带来的性能损耗，Immutable 使用了 Structural Sharing （结构共享），即若是对象书中一个节点发生变化，只修改这个节点和受影响的父节点，其余节点则进行共享。请看下面的动画：数据库

目前流行的 Immutable 库有两个：编程

immutable.js

Facebook 工程师 Lee Byron 花费3年时间打造，与React同期出现，但没有被默认放到React工具集里（React提供了简化的Helper）。它内部实现了一套完整的Persistent Data Structure，还有不少易用的数据类型。像Collection,List, Map, Set, Record, Seq。有很是全面的map, filter, groupBy, reduce, find函数式操做方法。同时 API 也尽可能与 Object 或 Array 相似。redux

其中有3重最重要的数据结构说明一下：（Java程序员应该最熟悉了）数组

Map ：键值对集合，对应于 Object， ES6 也有专门的 Map对象
List ：有序可重复的列表，对应于 Array
Set ：无序且不可重复的列表

seamless-immutable

与 Immutable.js 学院派的风格不一样，seamless-immutable 并无实现完成的 Persistent Data Structure，而是使用Object.defineProperty（所以只有在IE9 及以上使用）扩展了 JavaScript 的 Array 和 Object 对象来实现，只支持 Array 和 Object 两种数据类型，API基于与 Array 和 Object 保持不变。代码库很是小，压缩后下载只有 2K。而 Immutable.js 压缩后下载有 16K。安全

下面上代码来感觉一下二者的不一样：性能优化

// 原来的写法
let foo = { a: { b: 1 } };
lef bar = boo;
bar.a.b = 2;
console.log(foo.a.b); // 打印 2
console.log(foo === bar); // 打印 true

// 使用 immutable.js 后
import Immutable from 'immutable';
foo = Immutable.fromJS({ a: { b: 1 } });
bar = foo.setIn( ['a', 'b'], 2 ); // 使用 SetIn 赋值
console.log(foo.getIn(['a', 'b'])); // 使用 getIn 取值， 打印 1
console.log(foo === bar); // 打印 false

// 使用 seamless-immutable.js 后
import SImmutable from 'seamless-immutable';
foo = SImmutable({ a: { b: 1 } });
boo = foo.merge({ a: { b: 2 } }); // 使用 merge 赋值
console.log(foo.a.b); // 像原生 Object 同样取值，打印 1

console.log(foo === bar); // 打印 false

Immutable 优势

Immutable 下降了 Mutable 带来的复杂度

可变（Mutable）数据耦合了 Time 和 Value 的概念，形成了数据很难被回溯。

好比下面一段代码：

function touchAndLog(touchFn) {
    let data = { key: 'value' };
    touchFn(data);
    console.log(data.key); // 这里打印的数据会根据touchFn的处理发生变化
}

在不查看 touchFn 的代码的状况下，由于不肯定它对 data 作了什么，你是不可能知道会打印什么。但若是 data是 Immutable 的呢，你能够很确定的知道打印的是 value。

节省内存

Immutable.js 使用了 Structure Sharing 会尽可能复用内存。没有被引用的对象会被垃圾回收。

import { Map } from 'immutable';
let a = Map({
    select: 'users',
    filter: Map({
        name: 'Cam'
    })
})
let b = a.set('select', 'people');

a === b; // false

a.get('filter') === b.get('filter'); // true

上面 a 和 b 共享了没有变化的 filter 节点。

Undo/Redo，Copy/Paste，甚至时间旅行这些功能作起来小菜一碟

由于每次数据都是不同的，只要把这些数据放到一个数组里存储起来，想回退到哪里就拿出对应数据便可，很容易开发出撤销重作这种功能。

后面我会提供Flux 作 Undo 的示例。

并发安全

传统的并发很是难作，由于要处理各类数据不一致的问题，所以·聪明人·发明了各类锁来解决。但使用了Immutable 以后，数据天生是不可变的，并发锁就不须要了。

然而如今并无什么卵用，由于 JavaScript 仍是单项城运行的。但将来可能会加入，提早解决将来的问题不是挺好的吗？

拥抱函数式编程

Immutable 自己就是函数式编程中的概念，纯函数式编程比面向对象更适用于前端开发。由于只要输入一致，输出必然一致，这样开发的组件更易于调试和组装。

像 ClojureScript ， Elm 等函数式编程语言中的数据类型天生都是Immutable 的，这是由于什么ClojureScript 基于 React 的框架 -- Om 性能比 React 还要好的缘由。

使用 Immutable 的缺点

须要学习心得 API

No Comments

增长了资源文件大小

No Comments

容易对原生对象混淆

这点事咱们使用 Immutable.js 过程当中遇到最大的问题。写代码要作思惟上的转变。

虽然 Immutable.js 尽可能尝试把 API 设计的原生对象相似，有时候仍是很难区别究竟是 Immutable 对象仍是原生对象，容易混淆操做。

Immutable 中的 Map 和 List 虽然对应原生 Object 和 Array，但操做很是不一样，好比你要用 map.get('key') 而不是map.key, arr.get(0)而不是 array[0]。另外 Immutable 每次修改都会返回新对象，也很容易忘记赋值。

当使用外部库的时候，通常须要使用原生对象，也很容易忘记转换。

下面给出一些办法来避免相似问题发生：

使用 Flow 或 TypeScript 这类有静态类型检查的工具
约定变量命名规则：如全部 Immutable 类型对象以
使用 Immutable.fromJS 而不是 Immutable.Map 或 Immutable.List来建立对象，这样能够避免 Immutable 和原生对象间混用。

实践

与 React 搭配使用，Pure Render

熟悉 React 的都知道，React 作性能优化时有一个避免重复渲染的大招，就是使用 shouldComponentUpdate() ，但它默认返回 true，即始终会执行 render()方法，而后作 Virtual DOM 比较，并得出是否须要作真实 DOM 更新，这里每每会带来不少无必要的渲染并成为性能瓶颈。

固然咱们也能够在 shouldComponentUpdate() 中使用 deepCopy 和 deepCompare 来避免吴彪要的 render(), 但 deepCopy 和 deepCompare 通常都是很是耗性能的。

Immutable 则提供了简洁高效的判断数据是否变化的方法，只需 === 和 is 比较就能知道是否须要执行render()，而这个操做几乎 0 成本，因此能够极大提升性能。修改后的 shouldComponentUpdate 是这样的：

immport { is }  from 'immutable';

shouldComponentUpdate (nextProps = {}, nextState = {}) {
    const thisProps = this.props || {}, thisState = this.state || {};
    
    if (Object.keys(thisProps).length !== Object.keys(nextProps).length ||
        Object.keys(thisProps).length !== Object.keys(nextProps).length
    ){
        return true;
    }
    
    for (const key in nextProps) {
        if (thisProps[key] !== nextProps[key] || !is(thisProps[key], nextProps[key])) {
            return true;
        }
    }
    
    for (const key in nextProps) {
        if (thisState[key] !== nextState[key] || !is(thisState[key], nextState[key])) {
            return true;
        }
    }
    return false;
}

使用 Immutable 后，以下图，当红色节点的 state 变化后，不会再渲染树种的全部节点，而是只渲图中绿色的部分：

你也能够借助 React.addons.PureRenderMixin 或支持 class 语法的 pure-render-decorator 来实现。

setState 的一个技巧

React 建议把 this.state 看成 Immutable 的，所以修改前须要作一个 deepCopy，显得麻烦：

import '_' from 'lodash';

const Component = React.createClass({
    getInitialState() {
        return {
            data: { times: 0 }
        }
    },
    handleAdd() {
        let data = _.cloneDeep(this.state.data);
        data.times = data.times + 1;
        this.setState({ data: data });
        // 若是上面不作 cloneDeep， 下面打印的结果会是已经加 1 后的值。
        console.log(this.state.data.times);
    }
})

使用 Immutable 后：

getInitialState() {
    return {
        data: Map({ times: 0 })
    }
},
handleAdd() {
    this.setState({ data: this.state.data.update('times', v => v + 1) });
    // 这时的 times 并不会改变
    console.log(this.state.data.get('times'));
}

上面的 handleAdd 能够简写成：

handleAdd() {
    this.setState(({data}) => ({
        data: data.updata('times', v => v + 1)
    }))
}

与 Flux 搭配使用

因为 Flux 并无限定 Store 中数据的类型，使用 Immutable 很是简单。

如今是实现一个相似带有添加和撤销功能的Store：

import { Map, OrderedMap } from 'immutable';
let todos = OrderedMap();

let history = []; // 普通数组，存放每次操做后产生的数据

let TodoStore = createStore({
    getAll() {
        return todos;
    }
});

Dispatcher.register(action => {
    if (action.actionType === 'create') {
        let id = createGUID();
        history.push(todos); // 记录当前操做前的数据，便于撤销
        todos = todos.set(id, Map({
            id: id,
            complete: false,
            text: action.text.trim() // 注: trim() 方法是去掉字符串先后空格的方法
        }));
        TodoStore.emitChange();
    } else if (action.actionType === 'undo') {
        // 这里是撤销功能实现，
        // 只须要从 history 数组中取一次 todos 便可
        if (history.length > 0) {
            todos = history.pop();
        }
        TodoStore.emitChange();
    }
})

与 Redux 搭配使用

Redux 是目前流行的 Flux 衍生库。它简化了 Flux 中多个 Store 的概念，只有一个 Store，数据操做经过 Reducer 中实现；同时它提供了更简洁和清晰的单项数据流（View -> Action -> Middleware -> Reducer），也更易于开发同构应用。目前已经在咱们项目中大规模使用。

因为 Redux 中内置的 combineReducers 和 reducer 中的 initialState 都为原生的 Object 对象，因此不能和 Immutable 原生搭配使用。

幸运的是，Redux 并不排斥使用 Immutable，能够本身重写 combineReducers 或使用 redux-immutablejs 来提供支持。

上面咱们提到 Cursor 能够方便检索和 update 层级比较深的数据，但由于 Redux 中已经有了 select 来作检索，Action 来更新数据，所以 Cursor 在这里就没有用武之地了。

总结

Immutable 能够给应用带来极大的性能提高，可是否使用仍是要看项目状况。因为侵入性较强，新项目引入比较容易，老项目迁移须要评估迁移。对于一些提供给外部使用的公共组件，最好不要把 Immutable 对象直接暴露在对外接口中。

若是 JS 原生 Immutable 类型会不会太美，被称为 React API 终结者的 Sebastion Markbage 有一个这样的提案，可否经过如今还不肯定。不过能够确定的是 Immutable 会被愈来愈多的项目使用。

（完）

参考来源：https://zhuanlan.zhihu.com/p/20295971

Immutable 详解及 React 中实践

什么是 Immutable Data

Immutable 优势

使用 Immutable 的缺点

更多认识

实践

setState 的一个技巧

总结