【原创】Redux 卍解

Redux 卍解

Redux — Flux设计模式的又一种实现形式。

说起Flux，笔者之前，曾写过一篇《ReFlux细说》的文章，重点对比讲述了Flux的另外两种实现形式：『Facebook Flux vs Reflux』，有兴趣的同学可以一并看看。

时过境迁，现在社区里，Redux的风头早已盖过其他Flux，它与React的组合使用更是大家所推荐的。

Redux很火，很流行，并不是没有道理！！它本身灵感来源于Flux，但却不局限于Flux，它还带来了一些新的概念和思想，集成了immutability的同时，也促成了Redux自身生态圈。

笔者在看完redux和react-redux源码后，觉得它的一些思想和原理拿出来聊一聊，会更有利于使用者的了解和使用Redux。

（注：如果你是初学者，可以先阅读一下Redux中文文档，了解Redux基础知识。）

数据流

作为Flux的一种实现形式，Redux自然保持着数据流的单向性，用一张图来形象说明的话，可以是这样：

上面这张图，在展现单向数据流的同时，还为我们引出了几个熟悉的模块：Store、Actions、Action Creators、以及Views。

相信大家都不会陌生，因为它们就是Flux设计模式中所提到的几个重要概念，在这里，Redux沿用了它们，并在这基础之上，又融入了两个重要的新概念：Reducers和Middlewares（稍后会讲到）。

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接下来，我们先说说Redux在已有概念上的一些变化，之后再聊聊Redux带来的几个新概念。

Store

Store — 数据存储中心，同时连接着Actions和Views（React Components）。

连接的意思大概就是：

1. Store需要负责接收Views传来的Action
2. 然后，根据Action.type和Action.payload对Store里的数据进行修改
3. 最后，Store还需要通知Views，数据有改变，Views便去获取最新的Store数据，通过setState进行重新渲染组件（re-render）。

上面这三步，其实是Flux单向数据流所表达出来的思想，然而要实现这三步，才是Redux真正要做的工作。

下面，我们通过答疑的方式，来看看Redux是如何实现以上三步的？

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问：Store如何接收来自Views的Action?

答：每一个Store实例都拥有dispatch方法，Views只需要通过调用该方法，并传入action对象作为形参，Store自然就就可以收到Action，就像这样：

store.dispatch({
	type: 'INCREASE'
});

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问：Store在接收到Action之后，需要根据Action.type和Action.payload修改存储数据，那么，这部分逻辑写在哪里，且怎么将这部分逻辑传递给Store知道呢？

答：数据修改逻辑写在Reducer（一个纯函数）里，Store实例在创建的时候，就会被传递这样一个reducer作为形参，这样Store就可以通过Reducer的返回值更新内部数据了，先看一个简单的例子(具体的关于reducer我们后面再讲)：

// 一个reducer
function counterReducer(state = 0, action) {
  switch (action.type) {
    case 'INCREASE':
      return state + 1;
    case 'DECREASE':
      return state - 1;
    default:
      return state;
  }
}

// 传递reducer作为形参
let store = Redux.createStore(counterReducer);

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问：Store通过Reducer修改好了内部数据之后，又是如何通知Views需要获取最新的Store数据来更新的呢？

答：每一个Store实例都提供一个subscribe方法，Views只需要调用该方法注册一个回调（内含setState操作），之后在每次dispatch(action)时，该回调都会被触发，从而实现重新渲染；对于最新的Store数据，可以通过Store实例提供的另一个方法getState来获取，就像下面这样：

let unsubscribe = store.subscribe(() =>
  console.log(store.getState())
);

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所以，按照上面的一问一答，Redux.createStore()方法的内部实现大概就是下面这样，返回一个包含上述几个方法的对象：

function createStore(reducer, initialState, enhancer) {
  var currentReducer = reducer
  var currentState = initialState
  var listeners = []

  // 省略若干代码
  //...

  // 通过reducer初始化数据
  dispatch({ type: ActionTypes.INIT })

  return {
    dispatch,
    subscribe,
    getState,
    replaceReducer
  }
}

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总结归纳几点：

1. Store的数据修改，本质上是通过Reducer来完成的。
2. Store只提供get方法（即getState），不提供set方法，所以数据的修改一定是通过dispatch(action)来完成，即：action -> reducers -> store
3. Store除了存储数据之外，还有着消息发布/订阅（pub/sub）的功能，也正是因为这个功能，它才能够同时连接着Actions和Views。
   • dispatch方法 对应着 pub
   • subscribe方法 对应着 sub

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Reducer

Reducer，这个名字来源于数组的一个函数 — reduce，它们俩比较相似的地方在于：接收一个旧的prevState，返回一个新的nextState。

在上文讲解Store的时候，得知：Reducer是一个纯函数，用来修改Store数据的。

这种修改数据的方式，区别于其他Flux，所以我们疑惑：通过Reducer修改数据给我们带来了哪些好处？

这里，我列出了两点：

1. 数据拆解
2. 数据不可变（immutability）

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数据拆解

Redux有一个原则：单一数据源，即：整个React Web应用，只有一个Store，存储着所有的数据。

这个原则，其实也不难理解，倘若多个Store存在，且Store之间存在数据关联的情况，处理起来往往会是一件比较头疼的事情。

然而，单一Store存储数据，就有可能面临着另一个问题：数据结构嵌套太深，数据访问变得繁琐，就像下面这样：

let store = {
	a: 1,
	b: {
		c: true,
		d: {
			e: [2, 3]
		}
	}
};

// 增加一项: 4
store.b.d.e = [...store.b.d.e, 4]; // es7 spread

console.log(store.b.d.e); // [2, 3, 4]

这样的store.b.d.e数据访问和修改方式，对于刚接手的项目，或者不清楚数据结构的同学，简直是晴天霹雳！！

为此，Redux提出通过定义多个reducer对数据进行拆解访问或者修改，最终再通过combineReducers函数将零散的数据拼装回去，将是一个不错的选择！

在JavaScript中，数据源其实就是一个object tree，object中的每一个key都可以认为是tree的一个节点，每一个叶子节点都含有一个value（非plain object），就像下面这张图所描述的：

而我们对数据的修改，其实就是对叶子节点value的修改，为了避免每次都从tree的根节点r开始访问，可以为每一个叶子节点创建一个reducer，并将该叶子节点的value直接传递给该reducer，就像下面这样：

// state 就是store.b.d.e的值
// [2, 3]为默认初始值
function eReducer(state = [2, 3], action) {
  switch (action.type) {
    case 'ADD':
      return [...state, 4]; // 修改store.b.d.e的值
    default:
      return state;
  }
}

如此，每一个reducer都将直接对应数据源（store）的某一个字段（如：store.b.d.e），这样的直接的修改方式会变得简单很多。

拆解之后，数据就会变得零散，要想将修改后的数据再重新拼装起来，并统一返回给store，首先要做的就是：将一个个reducer自上而下一级一级地合并起，最终得到一个rootReducer。

合并reducer时，需要用到Redux另一个api：combineReducers，下面这段代码，是对上述store的数据拆解：

import { combineReducers } from 'redux';

// 叶子reducer
function aReducer(state = 1, action) {/*...*/}
function cReducer(state = true, action) {/*...*/}
function eReducer(state = [2, 3], action) {/*...*/}

const dReducer = combineReducers({
  e: eReducer
});

const bReducer = combineReducers({
  c: cReducer,
  d: dReducer
});

// 根reducer
const rootReducer = combineReducers({
  a: aReducer,
  b: bReducer
});

这样的话，rootReducer的返回值就是整个object tree。

总结一点：Redux通过一个个reducer完成了对整个数据源（object tree）的拆解访问和修改。

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数据不可变

React在利用组件（Component）构建Web应用时，其实无形中创建了两棵树：虚拟dom树和组件树，就像下图所描述的那样（原图）：

所以，针对这样的树状结构，如果有数据更新，使得某些组件应该得到重新渲染（re-render）的话，比较推荐的方式就是：自上而下渲染（top-down rendering），即顶层组件通过props传递新数据给子孙组件。

然而，每次需要更新的组件，可能就是那么几个，但是React并不知道，它依然会遍历执行每个组件的render方法，将返回的newVirtualDom和之前的prevVirtualDom进行diff比较，然后最后发现，计算结果很可能是：该组件所产生的真实dom无需改变！/(ㄒoㄒ)/~~（无用功导致的浪费性能）

所以，为了避免这样的性能浪费，往往我们都会利用组件的生命周期函数shouldComponentUpdate进行判断是否有必要进行对该组件进行更新（即，是否执行该组件render方法以及进行diff计算）？

就像这样：

  shouldComponentUpdate(nextProps) {
    if (nextProps.e !== this.props.e) { // 这里的e是一个字段，可能是对象引用，也可能是数值，布尔值
      return true; // 需要更新
    }
    return false; // 无需更新
  }

但，往往这样的比较，对于字面值还行，对于对象引用（object，array），就糟糕了，因为：

let prevProps = {
	e: [2, 3]
};

let nextProps = prevProps;

nextProps.e.push(4);

console.log(prevProps.e === nextProps.e); // 始终为true

虽然你可以通过deepEqual来解决这个问题，但对嵌套较深的结构，性能始终会是一个问题。

所以，最后对于对象引用的比较，就引出了不可变数据（immutable data）这个概念，大体的意思就是：一个数据被创建了，就不可以被改变（mutation）。

如果你想改变数据，就得重新创建一个新的数据（即新的引用），就像这样：

let prevProps = {
	e: [2, 3]
};

let nextProps = {
  e:[...prevProps.e, 4] // es7 spread
};

console.log(prevProps.e === nextProps.e); // false

也许，你已经发现每个Reducer函数在修改数据的时候，正是这样做的，最后返回的都是一个新的引用，而不是直接修改引用的数据，就像这样：

function eReducer(state = [2, 3], action) {
  switch (action.type) {
    case 'ADD':
      return [...state, 4]; // 并没有直接地通过state.push(4)，修改引用的数据
    default:
      return state;
  }
}

最后，因为combineReducers的存在，之前的那个object tree的整体数据结构就会发生变化，就像下面这样：

现在，你就可以在shouldComponentUpdate函数中，肆无忌惮地比较对象引用了，因为数据如果变化了，比较的就会是两个不同的对象！

总结一点：Redux通过一个个reducer实现了不可变数据（immutability）。

PS：当然，你也可以通过使用第三方插件（库）来实现immutable data，比如：React.addons.update、Immutable.js。（只不过在Redux中会显得那么没有必要）。

Middleware

Middleware — 中间件，最初的思想毫无疑问来自：Express。

中间件讲究的是对数据的流式处理，比较优秀的特性是：链式组合，由于每一个中间件都可以是独立的，因此可以形成一个小的生态圈。

在Redux中，Middlerwares要处理的对象则是：Action。

每个中间件可以针对Action的特征，可以采取不同的操作，既可以选择传递给下一个中间件，如：next(action)，也可以选择跳过某些中间件，如：dispatch(action)，或者更直接了当的结束传递，如：return。

标准的action应该是一个plain object，但是对于中间件而言，action还可以是函数，也可以是promise对象，或者一个带有特殊含义字段的对象，但不管怎样，因为中间件会对特定类型action做一定的转换，所以最后传给reducer的action一定是标准的plain object。

比如说：

• [redux-thunk]里的action可以是一个函数，用来发起异步请求。
• [redux-promise]里的action可以是一个promise对象，用来更优雅的进行异步操作。
• [redux-logger]里的action就是一个标准的plain object，用来记录action和nextState的。
• 一个自定义中间件：延迟action的执行，这里就存在一个特殊字段：action.meta.delay，具体如下：

// 用 { meta: { delay: N } } 来让 action 延迟 N 毫秒。
const timeoutScheduler = store => next => action => {
  if (!action.meta || !action.meta.delay) {
    return next(action)
  }

  let timeoutId = setTimeout(
    () => next(action),
    action.meta.delay
  )

  return function cancel() {
    clearTimeout(timeoutId)
  }
}

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那么问题来了，这么多的中间件，如何使用呢？

先看一个简单的例子：

import { createStore, applyMiddleware } from 'redux';
import thunk from 'redux-thunk';
import createLogger from 'redux-logger';
import rootReducer from '../reducers';

// store扩展
const enhancer = applyMiddleware(
  thunk,
  createLogger()
);

const store = createStore(rootReducer, initialState, enhancer);

// 触发action
store.dispatch({
	type: 'ADD',
	num: 4
});

注意：单纯的Redux.createStore(...)创建的Store实例，在执行store.dispatch(action)的时候，是不会执行中间件的，只是单纯的action分发。

要想给Store实例附加上执行中间件的能力，就必须改造createStore函数，最新版的Redux是通过传入store扩展（store enhancer）来解决的，而具有中间件功能的store扩展，则需要使用applyMiddleware函数生成，就像下面这样：

// store扩展
const enhancer = applyMiddleware(
  thunk,
  createLogger()
);

const store = createStore(rootReducer, initialState, enhancer);

上面的写法是新版Redux才有的，以前的写法则是这样的（新版兼容的哦）：

// 旧写法
const createStoreWithMiddleware = applyMiddleware(
  thunk,
  createLogger()
)(createStore);

const store = createStoreWithMiddleware(reducer, initialState)

至于改造后的createStore方法为何拥有了执行中间件的能力，大家可以看一下appapplyMiddleware的源码。

最后，简单用一张图来验证一句话的正确性：中间件提供的是位于 action 被发起之后，到达 reducer 之前的扩展点。

react-redux

为了让Redux能够更好地与React配合使用，react-redux库的引入就显得必不可少。

react-redux主要暴露出两个api：

1. Provider组件
2. connect方法

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Provider

Provider存在的意义在于：想通过context的方式将唯一的数据源store传递给任意想访问的子孙组件。

比如，下面要说的connect方法在创建Container Component时，就需要通过这种方式得到store，这里就不展开说了。

不熟悉React context的同学，可以看看官方介绍。

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connect

Redux中的connect方法，跟Reflux.connect方法有点类似，最主要的目的就是：让Component与Store进行关联，即Store的数据变化可以及时通知Views重新渲染。

下面这段源码（来自connect.js），能够说明上述观点：

trySubscribe() {
    if (shouldSubscribe && !this.unsubscribe) {
	  // 跟store关联，消息订阅
      this.unsubscribe = this.store.subscribe(this.handleChange.bind(this))
      this.handleChange()
    }
}

handleChange() {
    if (!this.unsubscribe) {
      return
    }

    const prevStoreState = this.state.storeState
    const storeState = this.store.getState()

    if (!pure || prevStoreState !== storeState) {
      this.hasStoreStateChanged = true
      this.setState({ storeState }) // 组件重新渲染
    }
}

另外，connect方法，还引出了另外两个概念，即：容器组件（Container Component）和展示组件（Presentational Component）。

感兴趣的同学，可以看下这篇文章《Presentational and Container Components》，了解两者的区别，这里就不展开讨论了。

最后

以上就是笔者对Redux及其相关知识的理解，不对的地方欢迎留言交流，新浪微博。