MMUTABLE 詳解
Shared mutable state is the root of all evil（共享的可變狀態(tài)是萬(wàn)惡之源）-- Pete Hunt
有人說(shuō) Immutable 可以給 React 應(yīng)用帶來(lái)數(shù)十倍的提升，也有人說(shuō) Immutable 的引入是近期 JavaScript 中偉大的發(fā)明，因?yàn)橥?React 太火帽驯，它的光芒被掩蓋了磁餐。這些至少說(shuō)明 Immutable 是很有價(jià)值的酱虎，下面我們來(lái)一探究竟莺禁。
JavaScript 中的對(duì)象一般是可變的（Mutable）稼锅，因?yàn)槭褂昧艘觅x值斩例，新的對(duì)象簡(jiǎn)單的引用了原始對(duì)象雄人，改變新的對(duì)象將影響到原始對(duì)象。如 foo={a: 1}; bar=foo; bar.a=2 你會(huì)發(fā)現(xiàn)此時(shí) foo.a 也被改成了 2樱拴。雖然這樣做可以節(jié)約內(nèi)存柠衍，但當(dāng)應(yīng)用復(fù)雜后洋满，這就造成了非常大的隱患，Mutable 帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)變得得不償失珍坊。為了解決這個(gè)問(wèn)題牺勾，一般的做法是使用 shallowCopy（淺拷貝）或 deepCopy（深拷貝）來(lái)避免被修改，但這樣做造成了 CPU 和內(nèi)存的浪費(fèi)阵漏。
Immutable 可以很好地解決這些問(wèn)題驻民。
什么是 IMMUTABLE DATA
Immutable Data 就是一旦創(chuàng)建，就不能再被更改的數(shù)據(jù)履怯。對(duì) Immutable 對(duì)象的任何修改或添加刪除操作都會(huì)返回一個(gè)新的 Immutable 對(duì)象回还。Immutable 實(shí)現(xiàn)的原理是 Persistent Data Structure（持久化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)），也就是使用舊數(shù)據(jù)創(chuàng)建新數(shù)據(jù)時(shí)叹洲，要保證舊數(shù)據(jù)同時(shí)可用且不變柠硕。同時(shí)為了避免 deepCopy 把所有節(jié)點(diǎn)都復(fù)制一遍帶來(lái)的性能損耗，Immutable 使用了 Structural Sharing（結(jié)構(gòu)共享）运提，即如果對(duì)象樹(shù)中一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)生變化蝗柔，只修改這個(gè)節(jié)點(diǎn)和受它影響的父節(jié)點(diǎn)，其它節(jié)點(diǎn)則進(jìn)行共享民泵。請(qǐng)看下面動(dòng)畫(huà)：
目前流行的 Immutable 庫(kù)有兩個(gè)：
immutable.js
Facebook 工程師 Lee Byron 花費(fèi) 3 年時(shí)間打造癣丧，與 React 同期出現(xiàn)，但沒(méi)有被默認(rèn)放到 React 工具集里（React 提供了簡(jiǎn)化的 Helper）栈妆。它內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了一套完整的 Persistent Data Structure胁编，還有很多易用的數(shù)據(jù)類型。像 Collection鳞尔、List嬉橙、Map、Set铅檩、Record憎夷、Seq。有非常全面的map昧旨、filter拾给、groupBy、reduce``find函數(shù)式操作方法兔沃。同時(shí) API 也盡量與 Object 或 Array 類似蒋得。
其中有 3 種最重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)說(shuō)明一下：（Java 程序員應(yīng)該最熟悉了）
- Map：鍵值對(duì)集合，對(duì)應(yīng)于 Object乒疏，ES6 也有專門的 Map 對(duì)象
- List：有序可重復(fù)的列表额衙，對(duì)應(yīng)于 Array
- Set：無(wú)序且不可重復(fù)的列表
seamless-immutable
與 Immutable.js 學(xué)院派的風(fēng)格不同，seamless-immutable 并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)完整的 Persistent Data Structure，而是使用 Object.defineProperty（因此只能在 IE9 及以上使用）擴(kuò)展了 JavaScript 的 Array 和 Object 對(duì)象來(lái)實(shí)現(xiàn)窍侧，只支持 Array 和 Object 兩種數(shù)據(jù)類型县踢，API 基于與 Array 和 Object 操持不變。代碼庫(kù)非常小伟件，壓縮后下載只有 2K硼啤。而 Immutable.js 壓縮后下載有 16K。
下面上代碼來(lái)感受一下兩者的不同：
// 原來(lái)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 后
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 取值斧账，打印 1
console.log(foo === bar);? //? 打印 false
// 使用? seamless-immutable.js 后
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 一樣取值谴返，打印 1
console.log(foo === bar);? //? 打印 falseIMMUTABLE 優(yōu)點(diǎn)
1. Immutable 降低了 Mutable 帶來(lái)的復(fù)雜度
可變（Mutable）數(shù)據(jù)耦合了 Time 和 Value 的概念，造成了數(shù)據(jù)很難被回溯咧织。
比如下面一段代碼：
function touchAndLog(touchFn) {
? let data = { key: 'value' };
? touchFn(data);
? console.log(data.key); // 猜猜會(huì)打印什么嗓袱？
}在不查看 touchFn 的代碼的情況下，因?yàn)椴淮_定它對(duì) data 做了什么习绢，你是不可能知道會(huì)打印什么（這不是廢話嗎）渠抹。但如果 data 是 Immutable 的呢，你可以很肯定的知道打印的是 value毯炮。
2. 節(jié)省內(nèi)存
Immutable.js 使用了 Structure Sharing 會(huì)盡量復(fù)用內(nèi)存逼肯，甚至以前使用的對(duì)象也可以再次被復(fù)用。沒(méi)有被引用的對(duì)象會(huì)被垃圾回收桃煎。
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(méi)有變化的 filter 節(jié)點(diǎn)。
3. Undo/Redo大刊，Copy/Paste为迈，甚至?xí)r間旅行這些功能做起來(lái)小菜一碟
因?yàn)槊看螖?shù)據(jù)都是不一樣的，只要把這些數(shù)據(jù)放到一個(gè)數(shù)組里儲(chǔ)存起來(lái)缺菌，想回退到哪里就拿出對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)即可葫辐，很容易開(kāi)發(fā)出撤銷重做這種功能。
后面我會(huì)提供 Flux 做 Undo 的示例伴郁。
4. 并發(fā)安全
傳統(tǒng)的并發(fā)非常難做耿战，因?yàn)橐幚砀鞣N數(shù)據(jù)不一致問(wèn)題，因此『聰明人』發(fā)明了各種鎖來(lái)解決焊傅。但使用了 Immutable 之后剂陡，數(shù)據(jù)天生是不可變的，并發(fā)鎖就不需要了狐胎。
然而現(xiàn)在并沒(méi)什么卵用鸭栖，因?yàn)?JavaScript 還是單線程運(yùn)行的啊。但未來(lái)可能會(huì)加入握巢，提前解決未來(lái)的問(wèn)題不也挺好嗎晕鹊？
5. 擁抱函數(shù)式編程
Immutable 本身就是函數(shù)式編程中的概念，純函數(shù)式編程比面向?qū)ο蟾m用于前端開(kāi)發(fā)。因?yàn)橹灰斎胍恢陆埃敵霰厝灰恢孪停@樣開(kāi)發(fā)的組件更易于調(diào)試和組裝。
像 ClojureScript飞几，Elm 等函數(shù)式編程語(yǔ)言中的數(shù)據(jù)類型天生都是 Immutable 的砚哆，這也是為什么 ClojureScript 基于 React 的框架 --- Om 性能比 React 還要好的原因。
IMMUTABLE 缺點(diǎn)
1. 需要學(xué)習(xí)新的 API
No Comments
2. 增加了資源文件大小
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3. 容易與原生對(duì)象混淆
這點(diǎn)是我們使用 Immutable.js 過(guò)程中遇到最大的問(wèn)題循狰。寫代碼要做思維上的轉(zhuǎn)變窟社。
雖然 Immutable.js 盡量嘗試把 API 設(shè)計(jì)的原生對(duì)象類似，有的時(shí)候還是很難區(qū)別到底是 Immutable 對(duì)象還是原生對(duì)象绪钥，容易混淆操作灿里。
Immutable 中的 Map 和 List 雖對(duì)應(yīng)原生 Object 和 Array，但操作非常不同程腹，比如你要用 map.get('key')而不是 map.key匣吊，array.get(0) 而不是 array[0]。另外 Immutable 每次修改都會(huì)返回新對(duì)象寸潦，也很容易忘記賦值色鸳。
當(dāng)使用外部庫(kù)的時(shí)候，一般需要使用原生對(duì)象见转，也很容易忘記轉(zhuǎn)換命雀。
下面給出一些辦法來(lái)避免類似問(wèn)題發(fā)生：
- 使用 Flow 或 TypeScript 這類有靜態(tài)類型檢查的工具
- 約定變量命名規(guī)則：如所有 Immutable 類型對(duì)象以
$$開(kāi)頭。 - 使用
Immutable.fromJS而不是Immutable.Map或Immutable.List來(lái)創(chuàng)建對(duì)象斩箫，這樣可以避免 Immutable 和原生對(duì)象間的混用吏砂。
更多認(rèn)識(shí)
Immutable.is
兩個(gè) immutable 對(duì)象可以使用 === 來(lái)比較，這樣是直接比較內(nèi)存地址乘客，性能最好狐血。但即使兩個(gè)對(duì)象的值是一樣的，也會(huì)返回 false：
let map1 = Immutable.Map({a:1, b:1, c:1});
let map2 = Immutable.Map({a:1, b:1, c:1});
map1 === map2;? ? ? ? ? ? // false為了直接比較對(duì)象的值易核，immutable.js 提供了 Immutable.is 來(lái)做『值比較』匈织，結(jié)果如下：
Immutable.is(map1, map2);? // trueImmutable.is 比較的是兩個(gè)對(duì)象的 hashCode 或 valueOf（對(duì)于 JavaScript 對(duì)象）。由于 immutable 內(nèi)部使用了 Trie 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)存儲(chǔ)牡直，只要兩個(gè)對(duì)象的 hashCode 相等缀匕，值就是一樣的。這樣的算法避免了深度遍歷比較井氢，性能非常好弦追。
后面會(huì)使用 Immutable.is 來(lái)減少 React 重復(fù)渲染，提高性能花竞。
另外劲件，還有 mori掸哑、cortex 等，因?yàn)轭愃凭筒辉俳榻B零远。
與 Object.freeze苗分、const 區(qū)別
Object.freeze 和 ES6 中新加入的 const 都可以達(dá)到防止對(duì)象被篡改的功能，但它們是 shallowCopy 的牵辣。對(duì)象層級(jí)一深就要特殊處理了摔癣。
Cursor 的概念
這個(gè) Cursor 和數(shù)據(jù)庫(kù)中的游標(biāo)是完全不同的概念。
由于 Immutable 數(shù)據(jù)一般嵌套非常深纬向，為了便于訪問(wèn)深層數(shù)據(jù)择浊，Cursor 提供了可以直接訪問(wèn)這個(gè)深層數(shù)據(jù)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(dāng) cursor 或其子 cursor 執(zhí)行 update 時(shí)調(diào)用
? console.log(newData);
});
cursor.get('c'); // 1
cursor = cursor.update('c', x => x + 1);
cursor.get('c'); // 2實(shí)踐
與 React 搭配使用逾条，Pure Render
熟悉 React 的都知道琢岩，React 做性能優(yōu)化時(shí)有一個(gè)避免重復(fù)渲染的大招，就是使用 shouldComponentUpdate()师脂，但它默認(rèn)返回 true担孔，即始終會(huì)執(zhí)行 render() 方法，然后做 Virtual DOM 比較吃警，并得出是否需要做真實(shí) DOM 更新糕篇，這里往往會(huì)帶來(lái)很多無(wú)必要的渲染并成為性能瓶頸。
當(dāng)然我們也可以在 shouldComponentUpdate() 中使用使用 deepCopy 和 deepCompare 來(lái)避免無(wú)必要的 render()酌心，但 deepCopy 和 deepCompare 一般都是非常耗性能的拌消。
Immutable 則提供了簡(jiǎn)潔高效的判斷數(shù)據(jù)是否變化的方法，只需 === 和 is 比較就能知道是否需要執(zhí)行 render()安券，而這個(gè)操作幾乎 0 成本拼坎，所以可以極大提高性能。修改后的 shouldComponentUpdate 是這樣的：
注意：React 中規(guī)定
state和props只能是一個(gè)普通對(duì)象完疫，所以比較時(shí)要比較對(duì)象的key，謝謝 @chenmnkken 指正债蓝。
import { is } from 'immutable';
shouldComponentUpdate: (nextProps = {}, nextState = {}) => {
? const thisProps = this.props || {}, thisState = this.state || {};
? if (Object.keys(thisProps).length !== Object.keys(nextProps).length ||
? ? ? Object.keys(thisState).length !== Object.keys(nextState).length) {
? ? return true;
? }
? for (const key in nextProps) {
? ? if (!is(thisProps[key], nextProps[key])) {
? ? ? return true;
? ? }
? }
? for (const key in nextState) {
? ? if (thisState[key] !== nextState[key] || !is(thisState[key], nextState[key])) {
? ? ? return true;
? ? }
? }
? return false;
}使用 Immutable 后壳鹤，如下圖，當(dāng)紅色節(jié)點(diǎn)的 state 變化后饰迹，不會(huì)再渲染樹(shù)中的所有節(jié)點(diǎn)芳誓，而是只渲染圖中綠色的部分：
你也可以借助 React.addons.PureRenderMixin 或支持 class 語(yǔ)法的 [pure-render-decorator](felixgirault/pure-render-decorator · GitHub) 來(lái)實(shí)現(xiàn)。
setState 的一個(gè)技巧
React 建議把 this.state 當(dāng)作 Immutable 的啊鸭，因此修改前需要做一個(gè) deepCopy锹淌，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 });
? ? // 如果上面不做 cloneDeep，下面打印的結(jié)果會(huì)是已經(jīng)加 1 后的值赠制。
? ? console.log(this.state.data.times);
? }
}使用 Immutable 后：
? getInitialState() {
? ? return {
? ? ? data: Map({ times: 0 })
? ? }
? },
? handleAdd() {
? ? this.setState({ data: this.state.data.update('times', v => v + 1) });
? ? // 這時(shí)的 times 并不會(huì)改變
? ? console.log(this.state.data.get('times'));
? }上面的 handleAdd 可以簡(jiǎn)寫成：
? handleAdd() {
? ? this.setState(({data}) => ({
? ? ? data: data.update('times', v => v + 1) })
? ? });
? }與 Flux 搭配使用
由于 Flux 并沒(méi)有限定 Store 中數(shù)據(jù)的類型赂摆，使用 Immutable 非常簡(jiǎn)單。
現(xiàn)在是實(shí)現(xiàn)一個(gè)類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(shù)組，存放每次操作后產(chǎn)生的數(shù)據(jù)
let TodoStore = createStore({
? getAll() { return todos; }
});
Dispatcher.register(action => {
? if (action.actionType === 'create') {
? ? let id = createGUID();
? ? history.push(todos);? // 記錄當(dāng)前操作前的數(shù)據(jù)烟号，便于撤銷
? ? todos = todos.set(id, Map({
? ? ? id: id,
? ? ? complete: false,
? ? ? text: action.text.trim()
? ? }));
? ? TodoStore.emitChange();
? } else if (action.actionType === 'undo') {
? ? // 這里是撤銷功能實(shí)現(xiàn)绊谭，
? ? // 只需從 history 數(shù)組中取前一次 todos 即可
? ? 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(kù)。它簡(jiǎn)化了 Flux 中多個(gè) Store 的概念汪拥，只有一個(gè) Store达传，數(shù)據(jù)操作通過(guò) Reducer 中實(shí)現(xiàn)；同時(shí)它提供更簡(jiǎn)潔和清晰的單向數(shù)據(jù)流（View -> Action -> Middleware -> Reducer）迫筑，也更易于開(kāi)發(fā)同構(gòu)應(yīng)用宪赶。目前已經(jīng)在我們項(xiàng)目中大規(guī)模使用。
由于 Redux 中內(nèi)置的 combineReducers 和 reducer 中的 initialState 都為原生的 Object 對(duì)象脯燃，所以不能和 Immutable 原生搭配使用搂妻。
幸運(yùn)的是，Redux 并不排斥使用 Immutable曲伊，可以自己重寫 combineReducers 或使用 redux-immutablejs 來(lái)提供支持叽讳。
上面我們提到 Cursor 可以方便檢索和 update 層級(jí)比較深的數(shù)據(jù)，但因?yàn)?Redux 中已經(jīng)有了 select 來(lái)做檢索坟募，Action 來(lái)更新數(shù)據(jù)岛蚤，因此 Cursor 在這里就沒(méi)有用武之地了。
總結(jié)
Immutable 可以給應(yīng)用帶來(lái)極大的性能提升懈糯，但是否使用還要看項(xiàng)目情況涤妒。由于侵入性較強(qiáng)，新項(xiàng)目引入比較容易赚哗，老項(xiàng)目遷移需要評(píng)估遷移她紫。對(duì)于一些提供給外部使用的公共組件，最好不要把 Immutable 對(duì)象直接暴露在對(duì)外接口中屿储。
如果 JS 原生 Immutable 類型會(huì)不會(huì)太美贿讹，被稱為 React API 終結(jié)者的 Sebastian Markb?ge 有一個(gè)這樣的提案，能否通過(guò)現(xiàn)在還不確定够掠。不過(guò)可以肯定的是 Immutable 會(huì)被越來(lái)越多的項(xiàng)目使用民褂。
