Immutable 詳解及 React 中實踐

時間 2019-11-30

原文原文鏈接

Shared mutable state is the root of all evil （共享的可變狀態是萬惡之源） -- Pete Hunthtml

有人說 Immutable 能夠給 React 應用帶來數十倍的提高，也有人說 Immutable 的引入是近期 JavaScript 中偉大的發明，由於同期 React 太火，它的光芒被掩蓋了。這些至少說明 Immutable 是頗有價值的，下面咱們來一探究竟。前端

JavaScript 中的對象通常是可變的（Mutable），由於使用了引用賦值，新的對象簡單的引用了原始對象，改變新的對象將影響到原始對象。如foo = {a: 1}; bar = foo; bar.a = 2你會發現此時foo.a也被改爲了2。雖然這樣作能夠節約內存，但當應用複雜後，這就形成了很是大的隱患，Mutable 帶來的優勢變得得不償失。爲了解決這個問題，通常的作法是使用 shallowCopy （淺拷貝）或 deepCopy （深拷貝）來比米娜被修改，但這樣作形成了CPU和內存的浪費。程序員

Immutable 能夠很好地解決這些問題。算法

什麼是 Immutable Data

Immutable Data 就是一旦建立，就不能再被更改的數據。對 Immutable 想的任何修改或添加刪除操做都會返回一個新的 Immutable 對象。Immutable 實現的原理是 Persistent Data Structure （持久化數據結構），也就是使用舊數據建立新數據時，要保證舊數據同事可用且不變。同事爲了不 deepCopy 把全部節點都複製一遍帶來的性能損耗，Immutable 使用了 Structural Sharing （結構共享），即若是對象書中一個節點發生變化，只修改這個節點和受影響的父節點，其餘節點則進行共享。請看下面的動畫：數據庫

目前流行的 Immutable 庫有兩個：編程

immutable.js

Facebook 工程師 Lee Byron 花費3年時間打造，與React同期出現，但沒有被默認放到React工具集裏（React提供了簡化的Helper）。它內部實現了一套完整的Persistent Data Structure，還有不少易用的數據類型。像Collection,List, Map, Set, Record, Seq。有很是全面的map, filter, groupBy, reduce, find函數式操做方法。同時 API 也儘可能與 Object 或 Array 相似。redux

其中有3重最重要的數據結構說明一下：（Java程序員應該最熟悉了）數組

Map ：鍵值對集合，對應於 Object， ES6 也有專門的 Map對象
List ：有序可重複的列表，對應於 Array
Set ：無序且不可重複的列表

seamless-immutable

與 Immutable.js 學院派的風格不一樣，seamless-immutable 並無實現完成的 Persistent Data Structure，而是使用Object.defineProperty（所以只有在IE9 及以上使用）擴展了 JavaScript 的 Array 和 Object 對象來實現，只支持 Array 和 Object 兩種數據類型，API基於與 Array 和 Object 保持不變。代碼庫很是小，壓縮後下載只有 2K。而 Immutable.js 壓縮後下載有 16K。安全

下面上代碼來感覺一下二者的不一樣：性能優化

// 原來的寫法
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 後
import Immutable from 'immutable';
foo = Immutable.fromJS({ a: { b: 1 } });
bar = foo.setIn( ['a', 'b'], 2 ); // 使用 SetIn 賦值
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 後
import SImmutable from 'seamless-immutable';
foo = SImmutable({ a: { b: 1 } });
boo = foo.merge({ a: { b: 2 } }); // 使用 merge 賦值
console.log(foo.a.b); // 像原生 Object 同樣取值，打印 1

console.log(foo === bar); // 打印 false

Immutable 優勢

Immutable 下降了 Mutable 帶來的複雜度

可變（Mutable）數據耦合了 Time 和 Value 的概念，形成了數據很難被回溯。

好比下面一段代碼：

function touchAndLog(touchFn) {
    let data = { key: 'value' };
    touchFn(data);
    console.log(data.key); // 這裏打印的數據會根據touchFn的處理髮生變化
}

在不查看 touchFn 的代碼的狀況下，由於不肯定它對 data 作了什麼，你是不可能知道會打印什麼。但若是 data是 Immutable 的呢，你能夠很確定的知道打印的是 value。

節省內存

Immutable.js 使用了 Structure Sharing 會盡可能複用內存。沒有被引用的對象會被垃圾回收。

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 共享了沒有變化的 filter 節點。

Undo/Redo，Copy/Paste，甚至時間旅行這些功能作起來小菜一碟

由於每次數據都是不同的，只要把這些數據放到一個數組裏存儲起來，想回退到哪裏就拿出對應數據便可，很容易開發出撤銷重作這種功能。

後面我會提供Flux 作 Undo 的示例。

併發安全

傳統的併發很是難作，由於要處理各類數據不一致的問題，所以·聰明人·發明了各類鎖來解決。但使用了Immutable 以後，數據天生是不可變的，併發鎖就不須要了。

然而如今並無什麼卵用，由於 JavaScript 仍是單項城運行的。但將來可能會加入，提早解決將來的問題不是挺好的嗎？

擁抱函數式編程

Immutable 自己就是函數式編程中的概念，純函數式編程比面向對象更適用於前端開發。由於只要輸入一致，輸出必然一致，這樣開發的組件更易於調試和組裝。

像 ClojureScript ， Elm 等函數式編程語言中的數據類型天生都是Immutable 的，這是由於什麼ClojureScript 基於 React 的框架 -- Om 性能比 React 還要好的緣由。

使用 Immutable 的缺點

須要學習心得 API

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增長了資源文件大小

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容易對原生對象混淆

這點事咱們使用 Immutable.js 過程當中遇到最大的問題。寫代碼要作思惟上的轉變。

雖然 Immutable.js 儘可能嘗試把 API 設計的原生對象相似，有時候仍是很難區別究竟是 Immutable 對象仍是原生對象，容易混淆操做。

Immutable 中的 Map 和 List 雖然對應原生 Object 和 Array，但操做很是不一樣，好比你要用 map.get('key') 而不是map.key, arr.get(0)而不是 array[0]。另外 Immutable 每次修改都會返回新對象，也很容易忘記賦值。

當使用外部庫的時候，通常須要使用原生對象，也很容易忘記轉換。

下面給出一些辦法來避免相似問題發生：

使用 Flow 或 TypeScript 這類有靜態類型檢查的工具
約定變量命名規則：如全部 Immutable 類型對象以
使用 Immutable.fromJS 而不是 Immutable.Map 或 Immutable.List來建立對象，這樣能夠避免 Immutable 和原生對象間混用。

實踐

與 React 搭配使用，Pure Render

熟悉 React 的都知道，React 作性能優化時有一個避免重複渲染的大招，就是使用 shouldComponentUpdate() ，但它默認返回 true，即始終會執行 render()方法，而後作 Virtual DOM 比較，並得出是否須要作真實 DOM 更新，這裏每每會帶來不少無必要的渲染併成爲性能瓶頸。

固然咱們也能夠在 shouldComponentUpdate() 中使用 deepCopy 和 deepCompare 來避免吳彪要的 render(), 但 deepCopy 和 deepCompare 通常都是很是耗性能的。

Immutable 則提供了簡潔高效的判斷數據是否變化的方法，只需 === 和 is 比較就能知道是否須要執行render()，而這個操做幾乎 0 成本，因此能夠極大提升性能。修改後的 shouldComponentUpdate 是這樣的：

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 後，以下圖，當紅色節點的 state 變化後，不會再渲染樹種的全部節點，而是隻渲圖中綠色的部分：

你也能夠藉助 React.addons.PureRenderMixin 或支持 class 語法的 pure-render-decorator 來實現。

setState 的一個技巧

React 建議把 this.state 看成 Immutable 的，所以修改前須要作一個 deepCopy，顯得麻煩：

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， 下面打印的結果會是已經加 1 後的值。
        console.log(this.state.data.times);
    }
})

使用 Immutable 後：

getInitialState() {
    return {
        data: Map({ times: 0 })
    }
},
handleAdd() {
    this.setState({ data: this.state.data.update('times', v => v + 1) });
    // 這時的 times 並不會改變
    console.log(this.state.data.get('times'));
}

上面的 handleAdd 能夠簡寫成：

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

與 Flux 搭配使用

因爲 Flux 並無限定 Store 中數據的類型，使用 Immutable 很是簡單。

如今是實現一個相似帶有添加和撤銷功能的Store：

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

let history = []; // 普通數組，存放每次操做後產生的數據

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

Dispatcher.register(action => {
    if (action.actionType === 'create') {
        let id = createGUID();
        history.push(todos); // 記錄當前操做前的數據，便於撤銷
        todos = todos.set(id, Map({
            id: id,
            complete: false,
            text: action.text.trim() // 注: trim() 方法是去掉字符串先後空格的方法
        }));
        TodoStore.emitChange();
    } else if (action.actionType === 'undo') {
        // 這裏是撤銷功能實現，
        // 只須要從 history 數組中取一次 todos 便可
        if (history.length > 0) {
            todos = history.pop();
        }
        TodoStore.emitChange();
    }
})

與 Redux 搭配使用

Redux 是目前流行的 Flux 衍生庫。它簡化了 Flux 中多個 Store 的概念，只有一個 Store，數據操做經過 Reducer 中實現；同時它提供了更簡潔和清晰的單項數據流（View -> Action -> Middleware -> Reducer），也更易於開發同構應用。目前已經在咱們項目中大規模使用。

因爲 Redux 中內置的 combineReducers 和 reducer 中的 initialState 都爲原生的 Object 對象，因此不能和 Immutable 原生搭配使用。

幸運的是，Redux 並不排斥使用 Immutable，能夠本身重寫 combineReducers 或使用 redux-immutablejs 來提供支持。

上面咱們提到 Cursor 能夠方便檢索和 update 層級比較深的數據，但由於 Redux 中已經有了 select 來作檢索，Action 來更新數據，所以 Cursor 在這裏就沒有用武之地了。