JavaScript中的可变性与不可变性

不可变性(Immutability)是函数式编程的核心原则，在面向对象编程里也有大量应用。在这篇文章里，我会给大家秀一下到底什么是不可变性(Immutability)、她为什么还这么屌、以及在JavaScript中怎么应用。

什么是不可变性(Immutability)？

还是先来看看关于可变性(Mutability)的教条式定义：“liable or subject to change or alteration(译者注：真他妈难翻，就简单理解成'易于改变的'吧)”。在编程领域里，我们用可变性(Mutability)来描述这样一种对象，它在创建之后状态依旧可被改变。那当我们说不可变(Immutable)时，就是可变(Mutable)的对立面了(译者注：原谅我翻的废话又多起来) － 意思是，创建之后，就再也不能被修改了。

如果我说的又让你感到诡异了，原谅我小小的提醒一下，其实我们平时使用的很多东西事实上都是不可变的哦！

var statement = 'I am an immutable value';
var otherStr = statement.slice(8, 17);

我猜没人会吃惊，statement.slice(8, 17)并没有改变statement变量吧(译者注：如果你吃惊了，赶紧去补基本知识吧)？事实上，string对象上的所有方法里，没有一个会修改原string，它们一律返回新的string。原因简单了，因为string就是是不可变的(Immutable) - 它们不能被修改，我们能做的就是基于原string操作后得到一个新string。

注意了，string可不是JavaScript里唯一内置的不可变(Immutable)数据类型哦。number也是不可变(Immutable)的。否则的话，你试想下这个表达式2 + 3，如果2的含义能被修改，那代码该怎么写啊|_|。听起来荒谬吧，但我们在编程中却常常对object和array做出这种事儿。

JavaScript充满变化

在JavaScript中，string和number从设计之初就是不可变(Immutable)的。但是，看看下面这个关于array例子：

var arr = [];
var v2 = arr.push(2);

来我问你，v2的值是什么？如果array和string、number一样也是不可变(Immutable)的，那此时v2必定是一个包含了一个数字2的新array。事实上，还真就不是那样的。这里arr引用的array被修改了，里面添了一个数字2，这时v2的值(也就是arr.push(2)的返回值)，其实是arr此时的长度 － 就是1。

试想我们拥有一个不可变的数组(ImmutableArray)。就像string、number那样，她应该能像如下这样被使用：

var arr = new ImmutableArray([1, 2, 3, 4]);
var v2 = arr.push(5);

arr.toArray(); // [1, 2, 3, 4]
v2.toArray();  // [1, 2, 3, 4, 5]

类似的，也可以有一个不可变的Map(ImmutableMap)，理论上可以替代object应该于多数场景，她应该有一个set方法，不过这个set方法不会塞任何东西到原Map里，而是返回一个包含了塞入值的新Map：

var person = new ImmutableMap({name: 'Chris', age: 32});
var olderPerson = person.set('age', 33);

person.toObject(); // {name: 'Chris', age: 32}
olderPerson.toObject(); // {name: 'Chris', age: 33}

就像2 + 3这个表达式里，我们不可能改变2或是3所代表的含义，一个person在庆祝他33岁的生日，并不会影响他曾经是32岁的事实。

JavaScript不可变性(Immutability)实战

JavaScript里目前还没有不可变的list和map，所以暂时我们还是需要三方库的帮助。有两个很不错的，一个是Mori － 她把ClojureScript里持久化数据结构的API支持带到了JavaScript里；另一个是Facebook出品的immutable.js。后面的示例里，我将使用immutable.js，因为她的API对于JavaScript开发者更友好一些。

下面的例子里，我们使用不可变(Immutable)知识来构建一个扫雷小游戏。扫雷的游戏面板我们用一个不可变的map来构建，其中tiles(雷区区块)部分值得关注哦，它是一个由不可变map组成的不可变list(译者注：又开始绕了)，其中每一个不可变的map表示一个tile(雷区块)。整个这个雷区面板都是由JavaScript的object和array组成的，最后由immutable.js的fromJS方法对其进行不可变化处理：

function createGame(options) {
  return Immutable.fromJS({
    cols: options.cols,
    rows: options.rows,
    tiles: initTiles(options.rows, options.cols, options.mines)
  });
}

剩下的主要逻辑部分就是“扫雷”了，传入扫雷游戏对象(一个不可变结构)做为第一个参数，以及要“扫”的那个tile(雷区块)对象，最后返回新的扫雷游戏实例。以下我们就要讲到这个revealTile函数。当它被调用时，tile(雷区块)的状态就要被重置为“扫过”的状态。如果是可变编程，代码很简单：

function revealTile(game, tile) {
  game.tiles[tile].isRevealed = true;
}

然后再来看看如果用上面介绍的不可变数据结构来编码，坦白讲，一开始代码变得都点丑了：

function revealTile(game, tile) {
  var updatedTile = game.get('tiles').get(tile).set('isRevealed', true);
  var updatedTiles = game.get('tiles').set(tile, updatedTile);
  return game.set('tiles', updatedTiles);
}

我去，丑爆了有木有！

万幸，不可变性不止于此，一定有得救！这种需求很常见，所以工具早就考虑到了，可以这么操作：

function revealTile(game, tile) {
  return game.setIn(['tiles', tile, 'isRevealed'], true);
}

现在revealTile返回一个新的实例了，新实例里其中一个tile(雷区块)的isRevealed就和之前那个game实例里的不一样了。这里面用到的setIn是一个null-safe(空值安全)的函数，任意keyPath中的key不存在时，都会在这个位置创建一个新的不可变map(译者注：这句略绕，个人认为既然这里不是主讲immutable.js，那就没必要非提一下它的这个特性，反而不清不楚，原作没细说，那我也就不多说了，有兴趣的可以来这里自己揣摩)。这个null-safe特性对于我们现在扫雷游戏这个例子并不合适，因为“扫”一个不存在的tile(雷区块)表示我们正在试图扫雷区以外的地方，那显然不对！这里需要多做一步检查，通过getIn方法检查tile(雷区块)是否存在，然后再“扫”它：

function revealTile(game, tile) {
  return game.getIn(['tiles', tile]) ?
    game.setIn(['tiles', tile, 'isRevealed'], true) :
    game;
}

如果tile(雷区块)不存在，我们就返回原扫雷游戏实例。这就是个可迅速上手的关于不可变性(Immutability)的练习，想深入了解的可以看codepen点击预览，完整的实现都在里面了。

Performance怎么样?

你可能觉得，这他妈Performance应该low爆了吧，我只能说某些情况下你是对的。每当你想添加点东西到一个不可变(Immutable)对象里时，她一定是先拷贝以存在值到新实例里，然后再给新实例添加内容，最后返回新实例。相比可变对象，这势必会有更多内存、计算量消耗。

因为不可变(Immutable)对象永远不变，实际上有一种实现策略叫“结构共享”，使得她的内存消耗远比你想象的少。虽然和内置的array、object的“变化”相比仍然会有额外的开销，但这个开始恒定，绝对可以被不可变性(Immutability)带来的其它众多优势所消磨、减少。在实践中，不可变性(Immutability)带来的优势可以极大的优化程序的整体性能，即使其中的某些个别操作开销变大了。

改进变更追踪

各种UI框架里，最难的部分永远是变更追踪(译者注：或者叫“脏检查”)。这是JavaScript社区里的普遍问题，所以EcmaScript 7里提供了单独的API在保证Performance的前提下可以追踪变化：Object.observe()。很多人为之激动，但也有不少人认为这个API然并卵。他们认为，在任何情况下，这个API都没很好的解决变更追踪问题：

var tiles = [{id: 0, isRevealed: false}, {id: 1, isRevealed: true}];
Object.observe(tiles, function () { /* ... */ });

tiles[0].id = 2;

上面例子里，tiles[0]的变更并没有触发observer，所以其实这个提案即便是最简单的变更追踪也没做到。那不可变性(Immutability)又是怎么解决的？假设有一个应用状态a，然后它内部有值被改变了，于是就得到了一个新的实例b：

if (a === b) {
  // 数据没变，停止操作
}

如果应用状态a没有被修改，那b就是a，它们指向同一个实例，===就够了，不用做其他事儿。当然这需要我们追踪应用状态的引用，但整个问题的复杂度被大大简化了，现在只要判断一下它们是否同一个实例的引用就好了，真心不用再去深入调查里面的某某字段是不是变了。