深入解析Immutable及 React 中实践

原创 年树先生 随笔 前端技术 23510阅读 2018-12-29 14:06:31 举报

Immutable 可以给 React 应用带来数十倍的提升,也有人说 Immutable 的引入是近期 JavaScript 中伟大的发明,因为同期 React 太火,它的光芒被掩盖了。这篇文章主要介绍了Immutable及 React 中的实践,非常不错,写的十分的全面细致,具有一定的参考价值,对此有需要的朋友可以参考学习下。如有不足之处,欢迎批评指正。

有人说 Immutable 可以给 React 应用带来数十倍的提升,也有人说 Immutable 的引入是近期 JavaScript 中伟大的发明,因为同期 React 太火,它的光芒被掩盖了。这些至少说明 Immutable 是很有价值的,下面我们来一探究竟。
JavaScript 中的对象一般是可变的(Mutable),因为使用了引用赋值,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 也被改成了 2。虽然这样做可以节约内存,但当应用复杂后,这就造成了非常大的隐患,Mutable 带来的优点变得得不偿失。为了解决这个问题,一般的做法是使用 shallowCopy(浅拷贝)或 deepCopy(深拷贝)来避免被修改,但这样做造成了 CPU 和内存的浪费。
Immutable 可以很好地解决这些问题。

什么是 Immutable Data

Immutable Data 就是一旦创建,就不能再被更改的数据。对 Immutable 对象的任何修改或添加删除操作都会返回一个新的 Immutable 对象。Immutable 实现的原理是 Persistent Data Structure(持久化数据结构),也就是使用旧数据创建新数据时,要保证旧数据同时可用且不变。同时为了避免 deepCopy 把所有节点都复制一遍带来的性能损耗,Immutable 使用了 Structural Sharing(结构共享),即如果对象树中一个节点发生变化,只修改这个节点和受它影响的父节点,其它节点则进行共享。

1.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,还有很多易用的数据类型。像 Collection、List、Map、Set、Record、Seq。有非常全面的map、filter、groupBy、reduce``find函数式操作方法。同时 API 也尽量与 Object 或 Array 类似。
其中有 3 种最重要的数据结构说明一下:(Java 程序员应该最熟悉了)
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

2.seamless-immutable

与 Immutable.js 学院派的风格不同,seamless-immutable 并没有实现完整的 Persistent Data Structure,而是使用 Object.defineProperty(因此只能在 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 操持不变。代码库非常小,压缩后下载只有 2K。而 Immutable.js 压缩后下载有 16K。
下面上代码来感受一下两者的不同:

Immutable 优点

1 . Immutable 降低了 Mutable 带来的复杂度

可变(Mutable)数据耦合了 Time 和 Value 的概念,造成了数据很难被回溯。
比如下面一段代码:

在不查看 touchFn 的代码的情况下,因为不确定它对 data 做了什么,你是不可能知道会打印什么(这不是废话吗)。但如果 data 是 Immutable 的呢,你可以很肯定的知道打印的是 value。

2 . 节省内存

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

上面 a 和 b 共享了没有变化的 filter 节点。

3 . Undo/Redo,Copy/Paste,甚至时间旅行这些功能做起来小菜一碟

因为每次数据都是不一样的,只要把这些数据放到一个数组里储存起来,想回退到哪里就拿出对应数据即可,很容易开发出撤销重做这种功能。
后面我会提供 Flux 做 Undo 的示例。

4 . 并发安全

传统的并发非常难做,因为要处理各种数据不一致问题,因此『聪明人』发明了各种锁来解决。但使用了 Immutable 之后,数据天生是不可变的,并发锁就不需要了。
然而现在并没什么卵用,因为 JavaScript 还是单线程运行的啊。但未来可能会加入,提前解决未来的问题不也挺好吗?

拥抱函数式编程

Immutable 本身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。因为只要输入一致,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,这也是为什么 ClojureScript 基于 React 的框架 — Om 性能比 React 还要好的原因。

使用 Immutable 的缺点

需要学习新的 API

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增加了资源文件大小

No Comments

容易与原生对象混淆
这点是我们使用 Immutable.js 过程中遇到最大的问题。写代码要做思维上的转变。
虽然 Immutable.js 尽量尝试把 API 设计的原生对象类似,有的时候还是很难区别到底是 Immutable 对象还是原生对象,容易混淆操作。
Immutable 中的 Map 和 List 虽对应原生 Object 和 Array,但操作非常不同,比如你要用 map.get(‘key') 而不是 map.key,array.get(0) 而不是 array[0]。另外 Immutable 每次修改都会返回新对象,也很容易忘记赋值。
当使用外部库的时候,一般需要使用原生对象,也很容易忘记转换。
下面给出一些办法来避免类似问题发生:
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:如所有 Immutable 类型对象以 $$ 开头。
使用 Immutable.fromJS 而不是 Immutable.Map 或 Immutable.List 来创建对象,这样可以避免 Immutable 和原生对象间的混用。
更多认识

1 . Immutable.is

两个 immutable 对象可以使用 === 来比较,这样是直接比较内存地址,性能最好。但即使两个对象的值是一样的,也会返回 false:

为了直接比较对象的值,immutable.js 提供了 Immutable.is 来做『值比较』,结果如下:

Immutable.is 比较的是两个对象的 hashCode 或 valueOf(对于 JavaScript 对象)。由于 immutable 内部使用了 Trie 数据结构来存储,只要两个对象的 hashCode 相等,值就是一样的。这样的算法避免了深度遍历比较,性能非常好。
后面会使用 Immutable.is 来减少 React 重复渲染,提高性能。
另外,还有 mori、cortex 等,因为类似就不再介绍。

2 . 与 Object.freeze、const 区别

Object.freeze 和 ES6 中新加入的 const 都可以达到防止对象被篡改的功能,但它们是 shallowCopy 的。对象层级一深就要特殊处理了。

3 . Cursor 的概念

这个 Cursor 和数据库中的游标是完全不同的概念。
由于 Immutable 数据一般嵌套非常深,为了便于访问深层数据,Cursor 提供了可以直接访问这个深层数据的引用。

实践

与 React 搭配使用,Pure Render
熟悉 React 的都知道,React 做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,然后做 Virtual DOM 比较,并得出是否需要做真实 DOM 更新,这里往往会带来很多无必要的渲染并成为性能瓶颈。
当然我们也可以在 shouldComponentUpdate() 中使用使用 deepCopy 和 deepCompare 来避免无必要的 render(),但 deepCopy 和 deepCompare 一般都是非常耗性能的。
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 比较就能知道是否需要执行 render(),而这个操作几乎 0 成本,所以可以极大提高性能。修改后的 shouldComponentUpdate 是这样的:

使用 Immutable 后,如下图,当红色节点的 state 变化后,不会再渲染树中的所有节点,而是只渲染图中绿色的部分:

你也可以借助 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 当作 Immutable 的,因此修改前需要做一个 deepCopy,显得麻烦:

使用 Immutable 后:

上面的 handleAdd 可以简写成:

2 . 与 Flux 搭配使用

由于 Flux 并没有限定 Store 中数据的类型,使用 Immutable 非常简单。
现在是实现一个类似带有添加和撤销功能的 Store:

3 . 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,数据操作通过 Reducer 中实现;同时它提供更简洁和清晰的单向数据流(View -> Action -> Middleware -> Reducer),也更易于开发同构应用。目前已经在我们项目中大规模使用。
由于 Redux 中内置的 combineReducers 和 reducer 中的 initialState 都为原生的 Object 对象,所以不能和 Immutable 原生搭配使用。
幸运的是,Redux 并不排斥使用 Immutable,可以自己重写 combineReducers 或使用 redux-immutablejs 来提供支持。
上面我们提到 Cursor 可以方便检索和 update 层级比较深的数据,但因为 Redux 中已经有了 select 来做检索,Action 来更新数据,因此 Cursor 在这里就没有用武之地了。

总结

Immutable 可以给应用带来极大的性能提升,但是否使用还要看项目情况。由于侵入性较强,新项目引入比较容易,老项目迁移需要评估迁移。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。
如果 JS 原生 Immutable 类型会不会太美,被称为 React API 终结者的 Sebastian Markbåge 有一个这样的提案,能否通过现在还不确定。不过可以肯定的是 Immutable 会被越来越多的项目使用。

感谢您的观看,如有不足之处,欢迎批评指正。

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