Redux 常见问题:不可变对象

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不变性的好处有哪些

不变性可以给你的应用带来性能提升,也可以带来更简单的编程和调试体验。这是因为,与那些在整个应用中可被随意篡改的数据相比,永远不变的数据更容易追踪,推导。

特别来说,在 Web 应用中对于不变性的使用,可以让复杂的变化检测机制得以简单快速的实现。从而确保代价高昂的 DOM 更新过程只在真正需要的时候进行(这也是 React 性能方面优于其他类库的基石)。

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为什么 Redux 需要不变性?

  • Redux 和 React-Redux 都使用了浅比较。具体来说:
  • 不可变数据的管理极大地提升了数据处理的安全性。
  • 进行时间旅行调试要求 reducer 是一个没有副作用的纯函数,以此在不同 state 之间正确的移动。

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为什么 Redux 对浅比较的使用要求不变性?

Redux 对浅比较的使用要求不变性,以保证任何连接的组件能被正确渲染。要了解原因,我们需要理解 Javascript 中浅比较和深比较的区别。

浅比较和深比较有何区别?

浅比较(也被称为 引用相等)只检查两个不同 变量 是否为同一对象的引用;与之相反,深比较(也被称为 原值相等)必须检查两个对象所有属性的 是否相等。

所以,浅比较就是简单的(且快速的)a === b,而深比较需要以递归的方式遍历两个对象的所有属性,在每一个循环中对比各个属性的值。

正是因为性能考虑,Redux 使用浅比较。

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Redux 是如何使用浅比较的?

Redux 在 combineReducers 函数中使用浅比较来检查根 state 对象(root state object)是否发生变化,有修改时,返回经过修改的根 state 对象的拷贝,没有修改时,返回当前的根 state 对象。

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combineReducers 是如何进行浅比较的?

Redux 中 store 推荐的结构 是将 state 对象按键值切分成 “层”(slice) 或者 “域”(domain),并提供独立的 reducer 方法管理各自的数据层。

combineReducers 接受 reducers 参数简化了该模型。reducers 参数是一组键值对组成的哈希表,其中键是每个数据层的名字,而相应的值是响应该数据层的 reducer 函数。

举例说明,如果你的 state 结构是 { todos, counter },调用 combineReducers 即:

combineReducers({ todos: myTodosReducer, counter: myCounterReducer })

其中:

  • todoscounter 两个键各自是不同的 state 层。
  • myTodosReducermyCounterReducer 两个值是 reducer 函数,各自负责处理它们的键所对应的 state 层。

combineReducers 遍历所有这些键值对,对于每一次循环:

  • 为每一个键代表的当前 state 层创建一个引用;
  • 调用相应的 reducer 并把该数据层传递给它
  • 为 reducer 返回的可能发生了变化的 state 层创建一个引用。

在循环过程中,对于每一个 reducer 返回的 state 层,combineReducers 都会根据其创建一个新的 state 对象。这个新的 state 对象与当前 state 对象可能有区别,也可能没有区别。于是在这里 combineReducers 使用浅比较来判断 state 到底有没有发生变化。

特别来说,在循环的每一阶段,combineReducers 会浅比较当前 state 层与 reducer 返回的 state 层。如果 reducer 返回了新的对象,它们就不是浅相等的,而且 combineReducers 会把 hasChanged 设置为 true。

循环结束后,combineReducers 会检查 hasChanged 的值,如果为 true,就会返回新构建的 state 对象。如果为 false,就会返回当前state 对象。

需要强调的一点是:如果所有 reducer 返回的 state 对象都与传入时一致,那么 combineReducers 将返回当前的根 state 对象,而不是新构建的。

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React-Redux 是如何使用浅比较的?

React-Redux 使用浅比较来决定它包装的组件是否需要重新渲染。

首先 React-Redux 假设包装的组件是一个“纯”(pure)组件,即给定相同的 props 和 state,这个组件会返回相同的结果

做出这样的假设后,React-Redux 就只需检查根 state 对象或 mapStateToProps 的返回值是否改变。如果没变,包装的组件就无需重新渲染。

为了检测改变是否发生,React-Redux 会保留一个对根 state 对象的引用,还会保留 mapStateToProps 返回的 props 对象的每个值的引用。

最后 React-Redux 会对根 state 对象的引用与传递给它的 state 对象进行浅比较,还会对每个 props 对象的每个值的引用与 mapStateToProps 返回的那些值进行一系列浅比较。

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为什么 React-Redux 对 mapStateToProps 返回的 props 对象的每个值进行浅比较?

对 props 对象来说,React-Redux 会对其中的每个进行浅比较,而不是 props 对象本身。

它这样做的原因是:props 对象实际上是一组由属性名和其值(或用于取值或生成值的 selector 函数)的键值对组成的。请看下例:

function mapStateToProps(state) {
  return {
    todos: state.todos, // prop value
    visibleTodos: getVisibleTodos(state) // selector
  }
}

export default connect(mapStateToProps)(TodoApp)

像这样,重复调用 mapStateToProps 每次返回的 props 对象都不是浅层相等的,因为 mapStateToProps 总是会返回新的对象。

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React-Redux 是如何使用浅比较来决定组件是否需要重新渲染的?

每次调用 React-Redux 提供的 connect 函数时,它储存的根 state 对象的引用,与当前传递给 store 的根 state 对象之间,会进行浅比较。如果相等,说明根 state 对象没有变化,也就无需重新渲染组件,甚至无需调用 mapStateToProps

如果发现其不相等,说明根 state 对象已经被更新了,这时 connect 会调用 mapStateToProps 来查看传给包装的组件的 props 是否被更新。

它会对该对象的每一个值各自进行浅比较,如果发现其中有不相等的才会触发重新渲染。

在下例中,调用 connect 后,如果 state.todos 以及 getVisibleTodos() 的返回值没有改变,组件就不会重新渲染。

function mapStateToProps(state) {
  return {
    todos: state.todos, // prop value
    visibleTodos: getVisibleTodos(state) // selector
  }
}

export default connect(mapStateToProps)(TodoApp)

与之相反,在下例中,组件总是重新渲染,因为不管 todos 的值有没有改变,todos 本身总是一个新的对象。

// AVOID - will always cause a re-render
function mapStateToProps(state) {
  return {
    // todos always references a newly-created object
    todos: {
      all: state.todos,
      visibleTodos: getVisibleTodos(state)
    }
  }
}

export default connect(mapStateToProps)(TodoApp)

mapStateToProps 返回的新值,与 React-Redux 保留的旧值的引用如果不是浅层相等的,组件就会被重新渲染。

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为什么在使用可变对象时不能用浅比较?

如果一个函数改变了传给它的可变对象的值,这时就不能使用浅比较。

这是因为对同一个对象的两个引用总是相同的,不管此对象的值有没有改变,它们都是同一个对象的引用。因此,以下这段代码总会返回 true:

function mutateObj(obj) {
  obj.key = 'newValue'
  return obj
}

const param = { key: 'originalValue' }
const returnVal = mutateObj(param)

param === returnVal
//> true

paramreturnValue 的浅比较只是检查了这两个对象是否为相同对象的引用,而这段代码中总是(相同的对象的引用)。mutateObj() 也许会改变 obj,但它仍是传入的对象的引用。浅比较根本无法判断 mutateObj 改变了它的值。

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使用浅比较检查一个可变对象对 Redux 会造成问题吗?

对于 Redux 来说,使用浅比较来检查可变对象不会造成问题,但当你使用依赖于 store 的类库时(例如 React-Redux),就会造成问题

特别是,如果 combineReducers 传给某个 reducer 的 state 层是一个可变对象,reducer 就可以直接修改数据并返回。

这样一来,浅比较判断 combineReducers 总会相等。因为尽管 reducer 返回的 state 层可能被修改了,但这个对象本身没有,它仍是传给 reducer 的那个对象。

从而,尽管 state 发生了变化,combineReducers 不会改变 hasChanged 的值。如果所有 reducer 都没有返回新的 state 层,hasChange 就会始终是 false,于是 combineReducers 就返回现有的根 state 对象。

store 仍会根据新的根 state 对象进行更新,但由于根 state 对象仍然是同一个对象,绑定于 Redux 的类库(例如 React-Redux)不会觉察到 state 的变化,于是不会触发包装组件的重新渲染。

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为什么 reducer 直接修改 state 会导致 React-Redux 不重新渲染包装的组件?

如果某个 Redux 的 reducer 直接修改并返回了传给它的 state 对象,那么根 state 对象的值的确会改变,但这个对象自身的引用没有变化。

React-Redux 对根 state 对象进行浅比较,来决定是否要重新渲染包装的组件,因此它不会检测到 state 的变化,也就不会触发重新渲染。

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为什么 mapStateToProps 的 selector 直接修改并返回一个对象时,React-Redux 包装的组件不会重新渲染?

如果 mapStateToProps 返回的 props 对象的值当中,有一个每次调用 connect 时都不会发生改变的对象(比如,有可能是根 state 对象),同时还是一个 selector 函数直接改变并返回的对象,那么 React-Redux 就不会检测到这次改变,也就不会触发包装的组件的重新渲染。

我们已经知道了,selector 函数返回的可变对象中的值也许改变了,但这个对象本身没有。浅比较只会检查两个对象自身,而不会对比它们的值。

比如说,下例中 mapStateToProps 函数永远不会触发重新渲染:

// store 中的 state 对象
const state = {
  user: {
    accessCount: 0,
    name: 'keith'
  }
}

// selector 函数
const getUser = state => {
  ++state.user.accessCount // mutate the state object
  return state
}

// mapStateToProps
const mapStateToProps = state => ({
  // getUser() 返回的对象总是同一个对象,
  // 所以这个包装的组件永远不会重新渲染,
  // 尽管它已经被改变了
  userRecord: getUser(state)
})

const a = mapStateToProps(state)
const b = mapStateToProps(state)

a.userRecord === b.userRecord
//> true

注意,与之相反,如果使用了一个不可变对象,组件可能会在不该渲染时重新渲染。

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“不变性”如何使得浅比较检测到对象变化的?

如果某个对象是不可变的,那么一个函数需要对它进行改变时,就只能改变它的 拷贝

这个被改变了的拷贝与原先传入该函数的对象不是同一个对象,于是当它被返回时,浅比较检查就会知道它与传入的对象不同,于是就判断为不相等。

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reducer 中的不变性是如何导致组件非必要渲染的?

你不能直接修改某个对象,你只能修改它的拷贝,并保持原对象不变。

修改拷贝完全不会造成问题。但在一个 reducer 里,如果你返回了一个没有进行任何修改、与原对象一模一样的拷贝,Redux 的 combineReducers 函数仍会认为 state 需要更新,因为你返回了一个与传入的 state 对象完全不同的对象。

combineReducers 会把这个新的根 state 对象返回给 store。新的对象与原有的根 state 对象的值是相同的,但由于对象本身不同,会导致 store 更新,从而所有已连接的组件都进行了毫无必要的重新渲染。

为了防止这种现象的发生,当 reducer 没有改变 state 时,你必须直接返回的传入的 state 层。

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mapStateToProps 中的不变性是如何导致组件非必要渲染的?

某些特定的不可变操作,比如数组的 filter,总会返回一个新的对象,即使这些值没有改变。

如果在 mapStateToProps 的 selector 函数中使用了这样的操作,那么 React-Redux 使用浅比较检查返回的 props 的值时就会认为不相等,因为 selector 每次都返回了一个新的对象。

这样一来,即使新的对象的所有值都没有改变,包装的组件也会重新渲染。

// JavaScript 数组的“filter”方法认为该数组是不可变的
// 于是返回数组被 filter 后的拷贝
const getVisibleTodos = todos => todos.filter(t => !t.completed)

const state = {
  todos: [
    {
      text: 'do todo 1',
      completed: false
    },
    {
      text: 'do todo 2',
      completed: true
    }
  ]
}

const mapStateToProps = state => ({
  // getVisibleTodos() 总会返回新的数组,所以
  // “visibleToDos” 属性一直会指向不同的数组,
  // 结果是即使数组的值没有改变,包装的组件也会重新渲染
  visibleToDos: getVisibleTodos(state.todos)
})

const a = mapStateToProps(state)
// 用完全相同的参数再次调用 mapStateToProps(state)
const b = mapStateToProps(state)

a.visibleToDos
//> { "completed": false, "text": "do todo 1" }

b.visibleToDos
//> { "completed": false, "text": "do todo 1" }

a.visibleToDos === b.visibleToDos
//> false

注意,与之相反,如果你的 props 对象中的值是可变对象,组件可能在需要渲染时也不渲染

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处理不可变数据都有哪些途径?一定要用 Immutable.JS 吗?

你不一定要与 Redux 一起使用 Immutable.JS。原生 JavaScript,如果书写得当,是足以达到所需的不变性,不需要使用强制不可变的类库。

但是,在 JavaScript 中保证不变性是很难的。不小心直接修改了一个对象反而很简单,这就会导致你的应用中出现极难以调试的 bug。因此,使用一个提供不可变性的类库(比如 Immutable.JS)会显著提高你的应用的可靠性,而且让你的开发更为便捷

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原生 JavaScript 进行不可变操作会遇到哪些问题?

JavaSctipt 从不是为了确保不可变性而设计的。所以,有几点事项是你需要特别留意的,如果你准备在 Redux 应用中使用不可变操作的话。

不小心直接修改了对象

使用 JavaScript 时,你很容易一不小心直接修改了一个对象(比如 Redux 中的 state 树),甚至自己都没意识到。比如说,更新了多层嵌套中的属性、给一个对象创建了一个引用而不是创建一个新的对象、或者用了浅拷贝而不是深拷贝,这些都会导致非故意的对象修改,甚至经验丰富的 JavaScript 程序员都会犯此错误。

为了避免这些问题,请确保你遵守了推荐的 不可变更新模式

重复代码

更新复杂的多级嵌套的 state 树会导致重复代码的出现,这样的代码不但写起来无趣,维护起来也很困难。

性能问题

用不可变的方式操作 JavaScript 的对象和数组可能会很慢,特别是你的 state 树很大的时候。

记住,想要改变一个不可变对象,你必须只修改其拷贝,而拷贝庞大的对象可能会很慢,因为每一个属性都需要拷贝。

不过,像 Immutable.JS 这样提供不可变性的类库会进行复杂精妙的优化,比如 结构共享),它能够在返回新对象的同时复用原有对象的结构,从而更加高效地实现拷贝。

对于非常庞大的对象,原生 JavaScript 比经过优化的不可变类库 慢 100 倍

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