通过从零实现redux来学习redux的原理

理解Redux的原理,一个比较好的方式就是自己实现一个Redux,这样便知道它背后的原理以及对应的API。

这里主要是参考Learn Redux by Building Redux from Scratch
这篇文章,并且使用意译,并非完全按照原文翻译,不过不影响对redux原理的理解,跟着文章的思路实现一遍redux就能了解背后的基本思路。

欢迎访问博客原文通过从零实现redux来学习redux

概念

Redux的核心概念:

Redux is a predictable state container for JavaScript apps.

也就是说Redux是JavaScript应用中作为一个可预测的状态容器的存在。

Redux通常用于保存应用状态,应用状态由两部分输入组成:

  1. 从服务端异步请求的数据
  2. 用户在UI上的交互

Redux在store(仓库)中管理应用状态。状态本身只是一个纯粹的JavaScript对象。仓库另外提供方法来
更新状态和读取状态。

Redux的核心在于基于观察者模式下的发布订阅模式,有点类似在JS中的事件驱动架构。在Redux中,当用
户和UI交互时,会派发(dispatch)一个action(也就是发布)。action的概念不需要过度考虑,它
仅仅只是一个纯JS对象,包含一个type作为唯一键值和一个payload负载数据。

使用action,状态可以根据接收到的typepayload进行更新。组件可以订阅状态的变化,并基于
新的状态树更新UI。

一个数据流的简单表示如下:

用户交互发布一个action -> reducer更新状态 -> 订阅组件基于新状态更新UI

基于这个概念,Redux有3个核心的原则:

  1. 单一数据源。整个UI的状态只有一个对象驱动。
  2. 状态是只读的。视图和异步回调均不能直接改写状态。状态只有在触发一个纯JS对象的action作为
    reducer的参数来进行修改。
  3. 改动是有纯函数执行的。reducer函数接收前一个状态(也是纯对象),并基于前一个状态和action
    创建一个新的状态。你只能返回一个新的对象,永远不要修改当前的状态。

实现

Redux是围绕着store为核心的。store是一个包含状态、更新方法(dispatch())和读取方
法(subscribe()/getState())的JavaScript对象。还有listeners(监听器)用于组件订阅状态
变化执行的函数。

store形式如下:

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const store = {
state: {}, // 状态是一个对象
listners: [], // 监听器是一个函数数组
dispatch: () => {}, // dispatch是一个函数
subscribe: () => {}, // subscribe是一个函数
getState: () => {}, // getState是一个函数
};

为了使用这个仓库对象来管理状态,我们要够一个createStore()函数,代码如下:

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const createStore = (reducer, initialState) => {
const store = {};
store.state = initialState;
store.listners = [];

store.getState = () => store.state;

store.subscribe = (listner) => {
store.listners.push(listener);
};

store.dispatch = (action) => {
store.state = reducer(store.state, action);
store.listeners.forEach(listener => listener());
};

return store;
};

createStore函数接收两个参数,一个是reducer和一个initialState。reducer函数会在后续
详细介绍,现在只要知道这是一个指示状态应该如何更新的函数。

createStore函数开始于创建一个store对象。然后通过store.state = initialState进行初
始化,如果开发者没有提供则值会是undefinedstate.listeners会被初始化为空数组。

store中定义的第一个函数是getState()。当调用时只是返回状态,
store.getState = () => store.state

我们允许UI订阅(subscribe)状态的变化。订阅实际上是传递一个函数给subscribe方法,并且这个
函数作为监听器会被添加到监听器数组中。typeof listener === 'function'的结果是true

在每一个状态变化的时候,我们会遍历所有的监听器函数数组,并逐个执行。

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store.listeners.forEach(listener => listener());

接下来,定义了dispatch函数。dispatch函数是当用户和UI交互时,组件进行调用的。dispatch接收
一个单一的action对象参数。这个action应该要完全描述用户接收到的交互。action和当前状态一起,
会被传递到reducer函数,并且返回一个新的状态。

在新的状态被reducer创建后,监听器数组会被遍历,并且每个函数会执行。通常,getState函数
在监听器函数内部会被调用,因为监听的目的是响应状态变化。

注意到数据流向是一个非常线性和同步的过程。监听器函数添加到一个单独的监听器数组中。当用户
和应用交互时,会产生一个用于dispatch的action。这个action会创建一个可预测和独立的状态改变。
接着这个监听器数组被遍历,让每个监听器函数被调用。

这个过程是一个单向的数据流。只有一个途径在应用中创建和响应数据变化。没有什么特别的技巧发生,
只是一步一步针对交互并遵循明确统一模式的路径。

Reducer函数

reducer是一个接收stateaction的函数,并返回新的状态。形式如下:

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const reducer = (prevState, action) => {
let nextState = {}; // 一个表示新状态的对象

// ...
// 使用前一个状态和action创建新状态的代码
// ...

return nextState;
};

这里的prevState, nextStateaction都是JavaScript对象。

让我们详细看一下action对象来理解它是如何用于更新状态的。我们知道一个action会包含
一个唯一的字符串type来标识由用户触发的交互。

例如,假设你使用Redux来创建一个简单的todo list应用。当用户点击提交按钮来添加项目到列表中时,
将会触发一个带有ADD_TODO类型的action。这是一个既对人类可读和理解,并且对Redux关于aciton目的
也是清晰的指示。当添加一个项目时,它将会包含一个text的todo内容作为负载(payload)。因此,
添加一个todo到列表中,可以通过以下的action对象来完全表示:

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const todoAction = {
type: 'ADD_TODO',
text: 'Get milk from the store',
};

现在我们可以构建一个reducer来支撑一个todo应用。

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const getInitialState = () => ({
todoList: []
});

const reducer = (prevState = getInitialState(), action) => {
switch (action.type) {
case 'ADD_TODO':
const nextState = {
todoList: [
...prevState.todoList,
action.text,
],
};

return nextState;
default:
return prevState;
};
};

// console.log(store.getState()) = { todoList: [] };
//
// store.dispatch({
// type: 'ADD_TODO',
// text: 'Get milk from the store',
//});
//
// console.log(store.getState()) => { todoList: ['Get milk from the store'] }

注意每次reducer被调用的时候我们都会创建一个新的对象。我们使用前一次的状态,但是创建了一个
完整全新的状态。这是另一个非常重要的原则能够让redux可预测。通过将状态分割成离散的,开发者
可以精确的指导应用中会发生什么。这里只要了解根据状态的变化来重新渲染UI的特定部分即可。

你通常会看到在Redux中使用switch语句。这是匹配字符串比较方便的一个方法,在我们的例子中,
action的type为例,对应更新状态的代码块。这个使用if...else语句来写没有差别,如下:

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if (action.type === 'ADD_TODO') {
const nextState = {
todoList: [...prevState.todoList, action.text],
}

return nextState;
} else {
return prevState;
}

Redux对于reducer中的内容实际上是无感知的。这是一个开发者定义的函数,用来创建一个新的状态。
实际上,用户控制了几乎所有——reducer,被使用的action,通过订阅被执行的监听器函数。Redux就
像一个夹层将这些内容进行联系起来,并提供一个通用的接口来和状态进行交互。

如果你之前了解过combineReducers函数,这个只是一个用来允许你在state对象中创建隔离的
键值。主要为了让代码更整洁。详细的内容可以查看官方的资料。

构建一个简单应用

上面已经讲了redux的全部核心内容,接下来可以用前面的实现来构建一个简单的计数器应用。

我们会创建一个HTML文档,并用给一个<div>来包含从我们的redux仓库中的count值。并且放置
一个script标签,并获取id="count"的DOM节点。

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<!DOCTYPE html>
<html>
<head><meta charset="utf-8"><title></title></head>
<body>
<div>
Random Count: <span id="count"></span>
</div>
</body>
<script>
const counterNode = document.getElementById('count');
</script>
</html>

<script>的计数器下方,我们要把createStore函数贴进来。在这个函数下面,我们会创建reducer。
这个reducer将会查找一个type为'COUNT'的action,并将action的负载中的count添加到原先保存在
仓库中的count。

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const getInitialState = () => {
return {
count: 0,
};
};

const reducer = (state = getInitialState(), action) => {
switch (action.type) {
case 'COUNT':
const nextState = {
count: state.count + action.payload.count,
};

return nextState;
default:
return state;
}
};

现在我们拥有一个reducer,我们可以创建仓库。使用这个新创建的仓库,我们可以订阅仓库中的变化。
每一次状态变化,我们可以从状态中读取count并写到DOM中。

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const store = crateStore(reducer);

store.subscribe(() => {
const state = store.getState();
const count = state.count;
counterNode.innerHTML = count;
});

现在我们的应用正在监听状态的变化,让我们创建一个简单的事件监听器,来增加count。事件监听器
将会dispatch一个action,用于发送一个1-10的随机数作为count到reducer中去相加。

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document.addEventListener('click', () => {
store.dispatch({
type: 'COUNT',
payload: {
count: Math.ceil(Math.random() * 10),
},
});
});

最终,我们会dispatch一个空的action来初始化状态。由于没有action的类型,将会执行default代码
块,并从getInittialState()中返回的值来生成一个状态对象。

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store.dispatch({}); // 设置初始状态

将所有的代码放在一起,就有了以下的应用。

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<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<meta charset="utf-u">
<title></title>
</head>
<body>
<div>Random Count: <span id="count"></span></div>
<script>
const counterNode = document.getElementById('count');

const createStore = (reducer, initialState) => {
const store = {};
store.state = initialState;
store.listeners = [];

store.getState = () => store.state;

store.subscribe = listener => {
store.listeners.push(listener);
};

store.dispatch = action => {
console.log('> Action', action);
store.state = reducer(store.state, action);
store.listeners.forEach(listener => listener());
};

return store;
};

const getInitialState = () => {
return {
count: 0,
};
};

const reducer = (state = getInitialState(), action) => {
switch (action.type) {
case 'COUNT':
const nextState = {
count: state.count + action.payload.count,
};

return nextState;
default:
return state;
}
};

const store = createStore(reducer);

store.subscribe(() => {
const state = store.getState();
const count = state.count;
counterNode.innerHTML = count;
});

// 一个简单的事件用来dispatch变化
document.addEventListener('click', () => {
console.log('---- Previous state', store.getState());
store.dispatch({
type: 'COUNT',
payload: {
count: Math.ceil(Math.random() * 10),
},
});
console.log('++++ New State', store.getState());
});

store.dispatch({}); // 设置初始化状态
</script>
</body>
</html>

最终代码可以从我的代码仓库下载,建议个人自己手动敲一遍,实践一遍加深理解。

代码运行后,通过每次点击页面,你可以看到页面上的count会增加一个随机数,并且在控制台会
打印状态的变化。

总结

通过上述的一个过程,你可以理解Redux的实现,并且将Redux使用在一个应用中。当然,上述的这个
实现还不能用在生产上,因为缺少边界考虑和优化。

如果看了一遍没有理解,也没有关系,重新从发布订阅开始看,结合实践,终会理解。

其他的材料可以参考redux作者Dan Abramov的视频教程。关于什么时候和
为什么要使用redux进行状态管理,可以看Dan的这篇文章,比较redux和React内部的状态管理。

参考

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