Immutable 詳解及 React 中實踐

[轉載]

Shared mutable state is the root of all evil

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

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。

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）來避免被修改，但這樣作形成了 CPU 和內存的浪費。

Immutable 能夠很好地解決這些問題。

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 對象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，要保證舊數據同時可用且不變。同時爲了不 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），即若是對象樹中一個節點發生變化，只修改這個節點和受它影響的父節點，其它節點則進行共享。請看下面動畫：

333

目前流行的 Immutable 庫有兩個：

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。其中有 3 種最重要的數據結構說明一下：（Java 程序員應該最熟悉了）

• 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 並無實現完整的 Persistent Data Structure，而是使用 Object.defineProperty（所以只能在 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 操持不變。代碼庫很是小，壓縮後下載只有 2K。而 Immutable.js 壓縮後下載有 16K。

下面上代碼來感覺一下二者的不一樣：

// 原來的寫法
let foo = {a: {b: 1}};
let bar = foo;
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}})
bar = 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

1. 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); // 猜猜會打印什麼？
}

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（這不是廢話嗎）。但若是 data 是 Immutable 的呢，你能夠很確定的知道打印的是 value。

2. 節省內存

Immutable.js 使用了 Structure Sharing 會盡可能複用內存，甚至之前使用的對象也能夠再次被複用。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。

3. 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儲存起來，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。

4. 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。

然而如今並沒什麼卵用，由於 JavaScript 仍是單線程運行的啊。但將來可能會加入，提早解決將來的問題不也挺好嗎？

5. 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，這也是爲何 ClojureScript 基於 React 的框架 --- Om 性能比 React 還要好的緣由。

Immutable 缺點

1. 須要學習新的 API

No Comments

2. 增長了資源文件大小

No Comments

3. 容易與原生對象混淆

這點是咱們使用 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，有的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，array.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：

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

更多認識

Immutable.is

兩個 immutable 對象可使用 === 來比較，這樣是直接比較內存地址，性能最好。但即便兩個對象的值是同樣的，也會返回 false：
爲了直接比較對象的值，immutable.js 提供了 Immutable.is 來作『值比較』，結果以下：

Immutable.is(map1, map2);  // true

Immutable.is 比較的是兩個對象的 hashCode 或 valueOf（對於 JavaScript 對象）。因爲 immutable 內部使用了 Trie 數據結構來存儲，只要兩個對象的 hashCode 相等，值就是同樣的。這樣的算法避免了深度遍歷比較，性能很是好。

後面會使用 Immutable.is 來減小 React 重複渲染，提升性能。

另外，還有 mori、cortex 等，由於相似就再也不介紹。

與 Object.freeze、const 區別

Object.freeze 和 ES6 中新加入的 const 均可以達到防止對象被篡改的功能，但它們是 shallowCopy 的。對象層級一深就要特殊處理了。

Cursor 的概念

這個 Cursor 和數據庫中的遊標是徹底不一樣的概念。

因爲 Immutable 數據通常嵌套很是深，爲了便於訪問深層數據，Cursor 提供了能夠直接訪問這個深層數據的引用。

import Immutable from 'immutable';
import Cursor from 'immutable/contrib/cursor';

let data = Immutable.fromJS({ a: { b: { c: 1 } } });
// 讓 cursor 指向 { c: 1 }
let cursor = Cursor.from(data, ['a', 'b'], newData => {
  // 當 cursor 或其子 cursor 執行 update 時調用
  console.log(newData);
});

cursor.get('c'); // 1
cursor = cursor.update('c', x => x + 1);
cursor.get('c'); // 2

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