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重构利器:如何用 Immer 优雅地管理应用状态

重构利器:如何用 Immer 优雅地管理应用状态

1. immer

immer 是一个 JavaScript 库,用于处理不可变数据的状态更新。不可变数据意味着一旦创建,数据结构就不能被修改。在编写复杂的应用程序时,不可变性可以带来一系列好处,比如更容易追踪数据的改变、更容易实现撤销/重做功能以及更简单的状态管理。

然而,处理不可变数据结构通常需要编写大量的样板代码,尤其是在更新嵌套结构时。immer 库通过提供一个简单的可变(mutable)API 来更新不可变(immutable)状态,从而简化了这一过程。

immer 的核心概念是“草稿状态”(draft state)。这个库允许你编写看似可变的代码来更新一个不变的状态,但实际上,你是在修改的一个临时的草稿状态。一旦修改完成,immer 会基于这个草稿状态产生一个新的不可变状态。

2. 诞生背景

immer 的诞生背景主要与在 JavaScript 应用中管理复杂的不可变状态有关。在 React 和 Redux 等现代前端框架和库中,不可变数据的概念非常重要,因为它帮助开发者避免直接修改状态,从而避免潜在的副作用和性能问题。不可变数据还使得状态的变化更加可预测,便于跟踪和调试,同时也简化了复杂的功能如时间旅行(time travel debugging)和状态快照的实现。

React 的 setState 方法和 Redux 的 reducer 函数都要求你返回一个新的状态对象,而不是修改原有的状态。当状态结构简单时,这通常不是问题,但当应用逐渐变得复杂,状态结构也变得更加嵌套时,更新状态会变得越来越繁琐。例如,如果你需要更新一个嵌套的数组或对象,你需要逐层克隆所有父级对象,直到达到你想要修改的属性。这不仅编写起来复杂,而且容易出错。

为了解决这个问题,Michel Weststrate(也是 MobX 库的作者)创建了 immer。他的目标是创建一个库,它能够让你以一种更自然和声明式的方式更新不可变状态,同时避免手动处理复杂的对象和数组克隆操作。通过 immer,你可以继续编写简单直观的可变代码,但是产生的结果是按照不变性原则处理的,这样就既保持了代码的简洁,也确保了状态的不可变性。

简而言之,immer 的诞生背景是为了解决在处理复杂不可变状态时的编码复杂性问题,同时帮助开发者避免常见的不可变数据操作错误,提高代码的可维护性和可读性。

3. immer 对象克隆算法的简单实现

重构利器:如何用 Immer 优雅地管理应用状态

immer 库使用了一种称为结构共享的技术来实现对象克隆,这种技术可以有效地创建新的不可变状态,同时尽可能地重用旧状态中未修改的部分。下面是一个简化版的 immer 克隆算法的实现,用于展示其基本原理:

function createDraft(initialState) {
  // 遍历对象,递归地将其属性转化为可写。
  function createProxy(state) {
    if (typeof state === "object" && state !== null) {
      return new Proxy(state, {
        get(target, prop) {
          if (prop === "isDraft") return true;
          return createProxy(target[prop]);
        },
        set(target, prop, value) {
          target[prop] = value;
          return true;
        },
      });
    }
    return state;
  }

  return createProxy(initialState);
}

function finishDraft(draft) {
  // 遍历对象的草稿版本,并递归地生成最终的不可变状态。
  function finalize(state) {
    if (typeof state === "object" && state !== null && state.isDraft) {
      const finalState = Array.isArray(state) ? [] : {};
      for (const key in state) {
        finalState[key] = finalize(state[key]);
      }
      return finalState;
    }
    return state;
  }

  return finalize(draft);
}

function produce(baseState, producer) {
  // 创建草稿状态
  const draft = createDraft(baseState);
  // 执行修改器函数
  producer(draft);
  // 返回最终的不可变状态
  return finishDraft(draft);
}

// 使用示例
const baseState = {
  a: {
    b: 1,
    c: [2, 3],
  },
};

const nextState = produce(baseState, (draftState) => {
  draftState.a.b = 99;
  draftState.a.c.push(4);
});

console.log(baseState); // 输出原始状态,未被修改
console.log(nextState); // 输出已修改的新状态

上面的代码是一个简化版本的 immer 实现,它使用 Proxy 来拦截对草稿状态的所有操作。createDraft 函数创建一个代理,该代理使得对原始状态的任何修改都会被捕获。finishDraft 函数遍历草稿状态,并为任何修改过的部分创建新的不可变对象。

请注意,这个简单实现并不包含 immer 本身的完整特性集合。例如,它不会处理对象引用的问题,也不会优化未修改属性的结构共享。此外,本实现中,一旦您对草稿对象进行操作,所有的嵌套对象都会变成一个新对象,而 immer 会尽可能地重用旧状态中未修改的部分。

immer 库本身的实现要复杂得多,并且有很多优化,以确保性能并处理更多边缘情况。如果你打算在生产环境中使用不可变数据更新,建议直接使用 immer 库,而不是自己实现。

4. 安装使用

要使用 immer 库,你首先需要将其安装到你的项目中。你可以使用 npm 或 yarn 来安装 immer

如果你使用 npm,请在你的项目根目录的命令行中运行以下命令:

npm install immer

如果你使用 yarn,请运行:

yarn add immer

一旦 immer 安装完成,你就可以在你的项目中导入并开始使用它了。下面是一个基本的使用示例:

// 引入 immer 库
import produce from "immer";

// 假设你有一个初始状态对象
const initialState = {
  user: {
    name: "Alice",
    age: 25,
    address: {
      city: "Wonderland",
    },
  },
  tasks: [],
};

// 你想要基于这个初始状态进行一些修改
const nextState = produce(initialState, (draftState) => {
  // 直接对草稿状态进行修改
  draftState.user.age = 26;
  draftState.tasks.push("Learn immer");
  // No need to return anything, immer will take care of the rest
});

// 现在,initialState 保持不变,nextState 是更新后的状态
console.log(initialState); // 未修改的初始状态
console.log(nextState); // 更新后的新状态

在上面的代码中,我们使用 produce 函数来取得状态的草稿版本并进行修改。在 produce 函数的第一个参数中,我们传入了我们想要修改的初始状态。第二个参数是一个函数,它接收一个参数 draftState,这是初始状态的草稿版本。在这个函数体内,我们可以对 draftState 进行修改,好像它是可变的一样。一旦函数执行完成,produce 会根据我们对草稿所做的修改生成一个新的不可变状态,并将其作为返回值。

值得注意的是,在使用 immer 时,你不需要返回新的状态 —— immer 会自动处理这一切。这就是为什么在上面的示例中,对 draftState 的修改没有明确的 return 语句。

4.1 React 结合

结合 React 使用 immer 可以极大地简化状态更新逻辑,尤其是当你的组件状态比较复杂、层次比较深时。以下是一个简单的例子,展示了如何在一个 React 函数组件中使用 immer 进行状态管理。

然后在你的 React 组件中导入 useReducer 钩子和 immerproduce 函数:

import React, { useReducer } from "react";
import produce from "immer";

// 假设我们的组件有一个初始状态
const initialState = {
  count: 0,
  user: {
    name: "Alice",
    favorites: ["coding", "reading"],
  },
};

// 使用 immer 创建 reducer 函数
const reducer = produce((draft, action) => {
  switch (action.type) {
    case "increment":
      draft.count += 1;
      break;
    case "addFavorite":
      draft.user.favorites.push(action.payload);
      break;
    // 更多的 action 处理...
    default:
    // 注意:在这里不需要 break,因为我们没有修改草稿状态
  }
});

// React 函数组件
function Counter() {
  const [state, dispatch] = useReducer(reducer, initialState);

  return (
    <div>
      <p>Count: {state.count}</p>
      <button onClick={() => dispatch({ type: "increment" })}>Increment</button>
      <p>Favorites: {state.user.favorites.join(", ")}</p>
      <button
        onClick={() => dispatch({ type: "addFavorite", payload: "skating" })}
      >
        Add Favorite
      </button>
    </div>
  );
}

export default Counter;

在上面的示例中,我们创建了一个使用 immerreducer 函数,它处理两种动作:增加计数器和添加一个新的喜好项。在 reducer 函数中,我们直接对 draft 状态进行修改,而不需要担心会改变原始状态或者进行复杂的深拷贝操作。

useReducer 钩子使用我们的 reducer 函数和初始状态,并返回当前的状态和一个 dispatch 函数,我们可以用它来触发状态更新。

在组件中,我们使用按钮点击事件来触发不同的动作,这些动作将被 reducer 处理,从而更新状态。由于 immer 确保了状态的不可变性,这使得在 React 中使用 immer 非常适合,因为不可变状态是 React 优化渲染性能的关键。

结合 React 使用 immer 可以让你专注于状态更新的逻辑,而不是状态更新的机制,简化了代码并减少了出错的可能性。

5. 不可变库对比

不可变数据库是在 JavaScript 开发中管理状态的流行选择之一。这些库通过提供不可变数据结构来帮助开发者编写更可预测、更容易维护的代码。以下是一些较为知名的不可变数据库,按照它们的知名度和使用情况排序:

  1. Immutable.js

    • 适合的场景:大规模的应用程序,或者对性能有较高要求的项目,特别是当涉及到复杂的状态管理和频繁的状态更新时。
    • 优点:提供丰富的不可变数据结构(如 List、Map、Set 等);高效的数据更新和读取操作;良好的性能,尤其是在大型数据集上。
    • 劣势:有较大的学习曲线,因为它有自己的 API 风格;与普通的 JavaScript 对象不直接兼容,有时需要转换;可能会导致较大的打包体积。
  2. Immer

    • 适合的场景:需要易用性和较少的学习曲线的项目,尤其是在 React 应用程序中管理状态时。
    • 优点:简化不可变数据的操作;直观的 API 设计;与普通的 JavaScript 对象操作相似;可以与现有的库和框架无缝集成;针对性能做了优化。
    • 劣势:使用 Proxy,因此在旧版浏览器中不受支持,且在某些情况下可能会有性能开销。
  3. Mori

    • 适合的场景:函数式编程风格的项目,或者希望使用 ClojureScript 风格数据结构的 JavaScript 开发者。
    • 优点:提供丰富的不可变数据结构,类似于 Clojure 的持久化数据结构;支持函数式编程范式;性能优秀。
    • 劣势:与 Immutable.js 类似,有自己的 API,需要学习;与 JavaScript 原生对象不直接兼容。
  4. seamless-immutable

    • 适合的场景:适用于需要轻量级不可变数据解决方案的应用,不愿意引入 Immutable.js 或其他重型库的项目。
    • 优点:简单易用;API 设计类似于原生 JavaScript;较小的打包体积。
    • 劣势:不提供 Immutable.js 那样丰富的数据结构和方法;对于大型数据集或复杂操作,性能可能不如专门的不可变数据库。

在选择适合的不可变数据库时,你需要考虑几个关键因素,比如应用程序的规模、状态管理的复杂性、开发团队的偏好、以及与其他库或框架的集成需求。对于性能的考量,一般建议在实际的应用场景中进行基准测试,以确定哪个库最适合你的需求。同时,也要衡量库的大小和学习曲线对项目的整体影响。

6. 性能对比

重构利器:如何用 Immer 优雅地管理应用状态

7.你需要么

Immer 的核心价值在于简化不可变状态的更新,这个特点并不仅限于 React 应用。在其他前端框架中,如 Vue.js、Angular 或甚至原生 JavaScript 项目,也可以从 Immer 提供的简洁的状态管理方式中受益。以下是一些适合引入 Immer 的场景,这些场景适用于多种前端框架和上下文:

  1. 复杂的状态结构:对于那些具有复杂或深层嵌套的状态对象的应用程序,Immer 可以简化修改这些对象的逻辑,从而避免手动处理深拷贝和不可变性。

  2. 全局状态管理:在使用 Vuex(Vue.js)、NgRx(Angular)或其他全局状态管理库时,Immer 可以简化状态更新的 reducer 逻辑,使其更加可读和易于维护。

  3. 大型或中型应用:在较大的应用中,状态管理往往变得复杂且容易出错。Immer 通过自动处理状态不可变性,有助于降低出错率和提高代码的清晰度。

  4. 团队项目:在多人协作的项目中,确保每个开发者都正确地处理状态不可变性可能是一个挑战。使用 Immer 可以减少这种心智负担,并帮助团队成员遵循最佳实践。

  5. 学习曲线和开发速度:如果项目团队更习惯于可变的编程方式,引入 Immer 可以减少学习新的不可变数据操作方法的时间,从而加快开发速度。

  6. 性能考虑:虽然 Immer 使用 Proxy 可能有性能开销,但对于大多数应用来说,这种开销是可以接受的。在需要性能优化的地方,Immer 的结构共享可以减少不必要的数据复制和渲染。

  7. 现有代码库的重构:如果你正在重构或增强现有项目,而该项目中已经有大量的直接状态修改代码,引入 Immer 可以帮助你逐步迁移到不可变模式,而无需大幅度重写现有逻辑。

  8. 测试和可预测性:使用 Immer 可以提高应用程序状态的可预测性,这在编写测试和调试时特别有用,因为你可以确定状态只会以你通过 Immer 指定的方式改变。

总而言之,任何涉及复杂状态逻辑、需要增强代码可读性和可维护性、或者希望简化状态更新逻辑的 JavaScript 应用程序,都可以考虑引入 Immer。无论你是使用 React、Vue.js、Angular 或其他框架,Immer 的设计理念和优势都是普遍适用的。如何决定是否引入 Immer,取决于项目的具体需求、团队偏好以及性能要求。


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原文链接:https://juejin.cn/post/7333066398175510565 作者:lecepin

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