深入学习和理解 Redux

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作者：曾超

Redux官网上是这样描述Redux，Redux is a predictable state container for JavaScript apps.（Redux是JavaScript状态容器，提供可预测性的状态管理）。 目前Redux GitHub有5w多star，足以说明 Redux 受欢迎的程度。

一、Why Redux

在说为什么用 Redux 之前，让我们先聊聊组件通信有哪些方式。常见的组件通信方式有以下几种：

• 父子组件：props、state/callback回调来进行通信
• 单页面应用：路由传值
• 全局事件比如EventEmitter监听回调传值
• react中跨层级组件数据传递Context（上下文）

在小型、不太复杂的应用中，一般用以上几种组件通信方式基本就足够了。

但随着应用逐渐复杂，数据状态过多（比如服务端响应数据、浏览器缓存数据、UI状态值等）以及状态可能会经常发生变化的情况下，使用以上组件通信方式会很复杂、繁琐以及很难定位、调试相关问题。

因此状态管理框架（如 Vuex、MobX、Redux等）就显得十分必要了，而 Redux 就是其中使用最广、生态最完善的。

二、Redux Data flow

在一个使用了 Redux 的 App应用里面会遵循下面四步：

第一步：通过store.dispatch(action)来触发一个action，action就是一个描述将要发生什么的对象。如下：

{ type: 'LIKE_ARTICLE', articleId: 42 }
{ type: 'FETCH_USER_SUCCESS', response: { id: 3, name: 'Mary' } }
{ type: 'ADD_TODO', text: '金融前端.' }

第二步：Redux会调用你提供的  Reducer函数。

第三步：根 Reducer 会将多个不同的 Reducer 函数合并到单独的状态树中。

第四步：Redux store会保存从根 Reducer 函数返回的完整状态树。

所谓一图胜千言，下面我们结合 Redux 的数据流图来熟悉这一过程。

三、Three Principles（三大原则）

1、Single source of truth：单一数据源，整个应用的state被存储在一个对象树中，并且只存在于唯一一个store中。

2、State is read-only：state里面的状态是只读的，不能直接去修改state，只能通过触发action来返回一个新的state。

3、Changes are made with pure functions：要使用纯函数来修改state。

四、Redux源码解析

Redux 源码目前有js和ts版本，本文先介绍 js 版本的 Redux 源码。Redux 源码行数不多，所以对于想提高源码阅读能力的开发者来说，很值得前期来学习。

Redux源码主要分为6个核心js文件和3个工具js文件，核心js文件分别为index.js、createStore.js、compose.js、combineRuducers.js、bindActionCreators.js和applyMiddleware.js文件。

接下来我们来一一学习。

1、index.js

index.js是入口文件，提供核心的API，如createStore、combineReducers、applyMiddleware等。

export {
  createStore,
  combineReducers,
  bindActionCreators,
  applyMiddleware,
  compose,
  __DO_NOT_USE__ActionTypes
}

2、createStore.js

createStore是 Redux 提供的API，用来生成唯一的store。store提供getState、dispatch、subscibe等方法，Redux 中的store只能通过dispatch一个action，通过action来找对应的 Reducer函数来改变。

export default function createStore(reducer, preloadedState, enhancer) {
...
}

从源码中可以知道，createStore接收三个参数：Reducer、preloadedState、enhancer。

Reducer是action对应的一个可以修改store中state的纯函数。

preloadedState代表之前state的初始化状态。

enhancer是中间件通过applyMiddleware生成的一个加强函数。store中的getState方法是获取当前应用中store中的状态树。

/**
 * Reads the state tree managed by the store.
 *
 * @returns {any} The current state tree of your application.
 */
function getState() {
  if (isDispatching) {
    throw new Error(
      'You may not call store.getState() while the reducer is executing. ' +
        'The reducer has already received the state as an argument. ' +
        'Pass it down from the top reducer instead of reading it from the store.'
    )
  }
  return currentState
}

dispatch方法是用来分发一个action的，这是唯一的一种能触发状态发生改变的方法。subscribe是一个监听器，当一个action被dispatch的时候或者某个状态发生改变的时候会被调用。

3、combineReducers.js

/**
 * Turns an object whose values are different reducer functions, into a single
 * reducer function. It will call every child reducer, and gather their results
 * into a single state object, whose keys correspond to the keys of the passed
 * reducer functions.
 */
export default function combineReducers(reducers) {
  const reducerKeys = Object.keys(reducers)
     ...
  return function combination(state = {}, action) {
     ...
    let hasChanged = false
    const nextState = {}
    for (let i = 0; i < finalReducerKeys.length; i++) {
      const key = finalReducerKeys[i]
      const reducer = finalReducers[key]
      const previousStateForKey = state[key]
      const nextStateForKey = reducer(previousStateForKey, action)
      if (typeof nextStateForKey === 'undefined') {
        const errorMessage = getUndefinedStateErrorMessage(key, action)
        throw new Error(errorMessage)
      }
      nextState[key] = nextStateForKey
      //判断state是否发生改变
      hasChanged = hasChanged || nextStateForKey !== previousStateForKey
    }
    //根据是否发生改变，来决定返回新的state还是老的state
    return hasChanged ? nextState : state
  }
}

从源码可以知道，入参是 Reducers，返回一个function。combineReducers就是将所有的 Reducer合并成一个大的 Reducer 函数。核心关键的地方就是每次 Reducer 返回新的state的时候会和老的state进行对比，如果发生改变，则hasChanged为true，触发页面更新。反之，则不做处理。

4、bindActionCreators.js

/**
 * Turns an object whose values are action creators, into an object with the
 * same keys, but with every function wrapped into a `dispatch` call so they
 * may be invoked directly. This is just a convenience method, as you can call
 * `store.dispatch(MyActionCreators.doSomething())` yourself just fine.
 */
function bindActionCreator(actionCreator, dispatch) {
  return function() {
    return dispatch(actionCreator.apply(this, arguments))
  }
}
 
export default function bindActionCreators(actionCreators, dispatch) {
  if (typeof actionCreators === 'function') {
    return bindActionCreator(actionCreators, dispatch)
  }
    ...
    ...
  const keys = Object.keys(actionCreators)
  const boundActionCreators = {}
  for (let i = 0; i < keys.length; i++) {
    const key = keys[i]
    const actionCreator = actionCreators[key]
    if (typeof actionCreator === 'function') {
      boundActionCreators[key] = bindActionCreator(actionCreator, dispatch)
    }
  }
  return boundActionCreators
}

bindActionCreator是将单个actionCreator绑定到dispatch上，bindActionCreators就是将多个actionCreators绑定到dispatch上。

bindActionCreator就是将发送actions的过程简化，当调用这个返回的函数时就自动调用dispatch，发送对应的action。

bindActionCreators根据不同类型的actionCreators做不同的处理，actionCreators是函数就返回函数，是对象就返回一个对象。主要是将actions转化为dispatch(action)格式，方便进行actions的分离，并且使代码更加简洁。

5、compose.js

/**
 * Composes single-argument functions from right to left. The rightmost
 * function can take multiple arguments as it provides the signature for
 * the resulting composite function.
 *
 * @param {...Function} funcs The functions to compose.
 * @returns {Function} A function obtained by composing the argument functions
 * from right to left. For example, compose(f, g, h) is identical to doing
 * (...args) => f(g(h(...args))).
 */
 
export default function compose(...funcs) {
  if (funcs.length === 0) {
    return arg => arg
  }
 
  if (funcs.length === 1) {
    return funcs[0]
  }
 
  return funcs.reduce((a, b) => (...args) => a(b(...args)))
}

compose是函数式变成里面非常重要的一个概念，在介绍compose之前，先来认识下什么是 Reduce？官方文档这么定义reduce:reduce()方法对累加器和数组中的每个元素（从左到右）应用到一个函数，简化为某个值。compose是柯里化函数，借助于Reduce来实现，将多个函数合并到一个函数返回，主要是在middleware中被使用。

6、applyMiddleware.js

/**
 * Creates a store enhancer that applies middleware to the dispatch method
 * of the Redux store. This is handy for a variety of tasks, such as expressing
 * asynchronous actions in a concise manner, or logging every action payload.
 */
export default function applyMiddleware(...middlewares) {
  return createStore => (...args) => {
    const store = createStore(...args)
    ...
    ...
    return {
      ...store,
      dispatch
    }
  }
}

applyMiddleware.js文件提供了middleware中间件重要的API，middleware中间件主要用来对store.dispatch进行重写，来完善和扩展dispatch功能。

那为什么需要中间件呢？

首先得从Reducer说起，之前 Redux三大原则里面提到了reducer必须是纯函数，下面给出纯函数的定义：

• 对于同一参数，返回同一结果
• 结果完全取决于传入的参数
• 不产生任何副作用

至于为什么reducer必须是纯函数，可以从以下几点说起？

• 因为 Redux 是一个可预测的状态管理器，纯函数更便于 Redux进行调试，能更方便的跟踪定位到问题，提高开发效率。
• Redux 只通过比较新旧对象的地址来比较两个对象是否相同，也就是通过浅比较。如果在 Reducer 内部直接修改旧的state的属性值，新旧两个对象都指向同一个对象，如果还是通过浅比较，则会导致 Redux 认为没有发生改变。但要是通过深比较，会十分耗费性能。最佳的办法是 Redux返回一个新对象，新旧对象通过浅比较，这也是 Reducer是纯函数的重要原因。

Reducer是纯函数，但是在应用中还是会需要处理记录日志/异常、以及异步处理等操作，那该如何解决这些问题呢？

这个问题的答案就是中间件。可以通过中间件增强dispatch的功能，示例（记录日志和异常）如下：

const store = createStore(reducer);
const next = store.dispatch;
 
// 重写store.dispatch
store.dispatch = (action) => {
    try {
        console.log('action:', action);
        console.log('current state:', store.getState());
        next(action);
        console.log('next state', store.getState());
    } catch (error){
        console.error('msg:', error);
    }
}

五、从零开始实现一个简单的Redux

既然是要从零开始实现一个Redux（简易计数器），那么在此之前我们先忘记之前提到的store、Reducer、dispatch等各种概念，只需牢记Redux是一个状态管理器。

首先我们来看下面的代码：

let state = {
    count : 1
}
//修改之前
console.log (state.count);
//修改count的值为2
state.count = 2；
//修改之后
console.log (state.count);

我们定义了一个有count字段的state对象，同时能输出修改之前和修改之后的count值。但此时我们会发现一个问题？就是其它如果引用了count的地方是不知道count已经发生修改的，因此我们需要通过订阅-发布模式来监听，并通知到其它引用到count的地方。因此我们进一步优化代码如下：

let state = {
    count: 1
};
//订阅
function subscribe (listener) {
    listeners.push(listener);
}
function changeState(count) {
    state.count = count;
    for (let i = 0; i < listeners.length; i++) {
        const listener = listeners[i];
        listener();//监听
    }
}

此时我们对count进行修改，所有的listeners都会收到通知，并且能做出相应的处理。但是目前还会存在其它问题？比如说目前state只含有一个count字段，如果要是有多个字段是否处理方式一致。同时还需要考虑到公共代码需要进一步封装，接下来我们再进一步优化：

const createStore = function (initState) {
    let state = initState;
    //订阅
    function subscribe (listener) {
        listeners.push(listener);
    }
    function changeState (count) {
        state.count = count;
        for (let i = 0; i < listeners.length; i++) {
            const listener = listeners[i];
            listener();//通知
        }
    }
    function getState () {
        return state;
    }
    return {
        subscribe,
        changeState,
        getState
    }
}

我们可以从代码看出，最终我们提供了三个API，是不是与之前Redux源码中的核心入口文件index.js比较类似。但是到这里还没有实现Redux，我们需要支持添加多个字段到state里面，并且要实现Redux计数器。

let initState = {
    counter: {
        count : 0
    },
    info: {
        name: '',
        description: ''
    }
}
let store = createStore(initState);
//输出count
store.subscribe(()=>{
    let state = store.getState();
    console.log(state.counter.count);
});
//输出info
store.subscribe(()=>{
    let state = store.getState();
    console.log(`${state.info.name}:${state.info.description}`);
});

通过测试，我们发现目前已经支持了state里面存多个属性字段，接下来我们把之前changeState改造一下，让它能支持自增和自减。

//自增
store.changeState({
    count: store.getState().count + 1
});
//自减
store.changeState({
    count: store.getState().count - 1
});
//随便改成什么
store.changeState({
    count: 金融
});

我们发现可以通过changeState自增、自减或者随便改，但这其实不是我们所需要的。我们需要对修改count做约束，因为我们在实现一个计数器，肯定是只希望能进行加减操作的。所以我们接下来对changeState做约束，约定一个plan方法，根据type来做不同的处理。

function plan (state, action) => {
  switch (action.type) {
    case 'INCREMENT':
      return {
        ...state,
        count: state.count + 1
      }
    case 'DECREMENT':
      return {
        ...state,
        count: state.count - 1
      }
    default:
      return state
  }
}
let store = createStore(plan, initState);
//自增
store.changeState({
    type： 'INCREMENT'
});
//自减
store.changeState({
    type： 'DECREMENT'
});

我们在代码中已经对不同type做了不同处理，这个时候我们发现再也不能随便对state中的count进行修改了，我们已经成功对changeState做了约束。我们把plan方法做为createStore的入参，在修改state的时候按照plan方法来执行。到这里，恭喜大家，我们已经用Redux实现了一个简单计数器了。

这就实现了 Redux？这怎么和源码不一样啊

然后我们再把plan换成reducer，把changeState换成dispatch就会发现，这就是Redux源码所实现的基础功能，现在再回过头看Redux的数据流图是不是更加清晰了。

六、Redux Devtools

Redux devtools是Redux的调试工具，可以在Chrome上安装对应的插件。对于接入了Redux的应用，通过 Redux devtools可以很方便看到每次请求之后所发生的改变，方便开发同学知道每次操作后的前因后果，大大提升开发调试效率。

如上图所示就是 Redux devtools的可视化界面，左边操作界面就是当前页面渲染过程中执行的action，右侧操作界面是State存储的数据，从State切换到action面板，可以查看action对应的 Reducer参数。切换到Diff面板，可以查看前后两次操作发生变化的属性值。

七、总结

Redux 是一款优秀的状态管理器，源码短小精悍，社区生态也十分成熟。如常用的react-redux、dva都是对 Redux 的封装，目前在大型应用中被广泛使用。这里推荐通过Redux官网以及源码来学习它核心的思想，进而提升阅读源码的能力。