通过从零实现redux来学习redux的原理

2019年8月4日

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:

从服务端异步请求的数据
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type和payload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:

单一数据源。整个UI的状态只有一个对象驱动。
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。
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:

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:

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undefined。state.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。

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state和action的函数，并返回新的状态。形式如下:

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, nextState和action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:

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。

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:

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。

<!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>

在<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。

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。

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。

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。

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。

<!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

Learn Redux by Building Redux from Scratch