Immutable.js 简介及在 React 和 Redux 中的使用

Immutable.js 是一个 JavaScript 库，它提供了不可变的数据结构。这些数据结构一旦创建就不能被改变，这有助于简化应用开发，避免复杂的状态管理和不必要的数据复制。Immutable.js 的设计哲学是利用不可变性来提高代码的可预测性和性能。

本文简单介绍 Immutable.js 并举例说明 Immutable.js 如何在 React 或者 Redux 中进行使用。

1. Immutable.js 简介

安装 Immutable.js

要安装 Immutable.js，可以使用 npm 包管理器：

npm install immutable

这使得 Immutable.js 可以轻松集成到任何基于 npm 的 JavaScript 项目中。

当然你也可以使用 CDN 或者 RequireJs:

<script src="immutable.min.js"></script>
<script>
  var map1 = Immutable.Map({ a: 1, b: 2, c: 3 });
  var map2 = map1.set('b', 50);
  map1.get('b'); // 2
  map2.get('b'); // 50
</script>
//
//
require(['./immutable.min.js'], function (Immutable) {
  var map1 = Immutable.Map({ a: 1, b: 2, c: 3 });
  var map2 = map1.set('b', 50);
  map1.get('b'); // 2
  map2.get('b'); // 50
});

引入 Immutable.js

在 Node.js 环境中，引入 Immutable.js 的方式如下：

const { Map } = require('immutable');

这种方式与引入其他 JavaScript 模块类似，使得开发者可以快速开始使用 Immutable.js 提供的数据结构。

创建不可变集合

使用 Immutable.js 创建一个 Map 数据结构，并设置一些键值对：

const map1 = Map({ a: 1, b: 2, c: 3 });

这里，Map 是一个不可变的数据结构，它模仿了 JavaScript 中的普通对象，但是提供了额外的不可变特性。

更新不可变集合

在 Immutable.js 中，更新集合实际上是创建一个新的集合，而不是修改原始集合：

const map2 = map1.set('b', 50);
console.log(map1.get('b')); // 输出 2
console.log(map2.get('b')); // 输出 50

这种方法体现了不可变数据的核心理念：永远不改变现有数据，而是生成新的数据来反映变化。

值等价性

Immutable.js 提供了 .equals() 和 is() 方法来比较两个集合是否在值上相等，而不是比较它们的引用：

const map3 = Map({ a: 1, b: 2, c: 3 });
console.log(map1.equals(map3)); // 输出 true
console.log(Immutable.is(map1, map3)); // 输出 true

这种比较方式是不可变数据结构的一个重要特性，它允许开发者在不同的时间点比较数据的一致性。

批量修改

为了提高性能，Immutable.js 提供了 withMutations 方法来批量修改集合：

const list1 = List([1, 2, 3]);
const list2 = list1.withMutations(function (list) {
  list.push(4).push(5).push(6);
});
console.log(list1.size); // 输出 3
console.log(list2.size); // 输出 6

这种方法允许开发者在内部修改上进行优化，减少了创建新集合的次数。

惰性序列（Lazy Seq）

Immutable.js 的 Seq 是一种惰性数据结构，它允许开发者高效地链接集合方法：

const { Seq } = require('immutable');
const oddSquares = Seq([1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8])
  .filter(x => x % 2 !== 0)
  .map(x => x * x);

惰性序列只有在需要时才会计算值，这有助于提高性能，尤其是在处理大型数据集时。

嵌套结构

Immutable.js 支持嵌套的不可变数据结构，这使得它非常适合处理复杂的数据：

const { fromJS } = require('immutable');
const nested = fromJS({ a: { b: { c: [3, 4, 5] } } });

这种嵌套结构对于表示和操作具有层次关系的数据非常有用。

转换回原始 JavaScript 对象

Immutable.js 提供了方法将不可变集合转换回原始的 JavaScript 数组和对象：

console.log(nested.toObject()); // 输出 { a: { b: { c: List [ 3, 4, 5 ] } } }
console.log(nested.toArray()); // 输出 [ 1, 2, List [ 3, 4, 5 ] ]
console.log(nested.toJS()); // 输出 { a: { b: { c: [ 3, 4, 5 ] } } }

这使得 Immutable.js 可以无缝地与现有的 JavaScript 代码和生态系统集成。

拥抱 ES2015

Immutable.js 利用了 ES2015+ 的新特性，如迭代器和箭头函数，使得代码更加简洁和现代：

const mapped = foo.map(x => x * x);

通过使用这些特性，Immutable.js 帮助开发者编写更清晰、更高效的代码。

贡献和社区

Immutable.js 是一个开源项目，鼓励社区贡献和维护，以促进库的发展和完善：

# 贡献代码
git clone https://github.com/immutable-js/immutable-js.git
cd immutable-js
npm install

通过这种方式，Immutable.js 能够不断进化，满足社区的需求。

许可证

Immutable.js 遵循 MIT 许可证，这意味着它可以自由地被用于商业和非商业项目中，而不需要担心许可证的问题。

2. Immutable.js 与 Redux 的结合

Redux 是一个流行的 JavaScript 状态管理库，它在处理复杂的应用状态时非常有用。Immutable.js 与 Redux 结合使用时，可以带来以下好处：

1. 性能优化：Redux 强调使用不可变数据来更新状态。Immutable.js 提供了高效的不可变数据结构，这可以帮助 Redux 以一种声明式的方式管理状态，同时提高性能。

2. 简化调试：由于 Immutable.js 的数据结构不可变，Redux 应用的状态变化更加可预测，这使得调试过程更加容易。

3. 避免副作用：在 Redux 中，使用不可变数据结构可以减少直接修改状态的风险，从而避免产生难以追踪的副作用。

4. 结构共享：Immutable.js 的数据结构利用了结构共享，这意味着在进行更新时，只有实际发生变化的部分会被复制，这可以减少内存使用和提高性能。

Redux 中使用 Immutable.js 的理由

Redux 本身并不强制使用 Immutable.js。开发者可以使用原生 JavaScript 对象和数组来管理状态，但是这样做可能会遇到以下问题：

1. 易变性：直接使用可变数据结构会增加状态管理的复杂性，因为任何组件都可以直接修改状态。

2. 性能问题：在大型应用中，使用可变数据结构可能会导致性能下降，因为每次状态更新都可能需要深度拷贝整个状态树。

3. 调试困难：使用可变数据结构时，由于状态可以被任何组件修改，这可能会导致难以追踪的状态变化，从而使得调试变得更加困难。

使用前后比较

以下是使用和不使用 Immutable.js 的 Redux 状态更新的比较：

不使用 Immutable.js

const initialState = {
  todos: [{ id: 1, text: 'Learn Redux', completed: false }]
};

function addTodo(state, action) {
  // 直接修改状态是 Redux 中的一个反模式
  state.todos.push({ id: action.id, text: action.text, completed: false });
  return state;
}

在这个例子中，我们直接修改了状态树中的 todos 数组，这是 Redux 中的一个反模式，因为它违反了不可变性原则。

使用 Immutable.js

const { fromJS } = require('immutable');
const initialState = fromJS({
  todos: [{ id: 1, text: 'Learn Redux', completed: false }]
});

function addTodo(state, action) {
  // 使用 Immutable.js 更新状态
  const newTodo = { id: action.id, text: action.text, completed: false };
  return state.update('todos', todos => todos.push(newTodo));
}

在这个例子中，我们使用了 Immutable.js 的 Map 和 List 结构来管理状态。addTodo 函数通过 Immutable.js 的 update 方法来更新 todos 数组，这样就不会直接修改原始状态，而是生成了一个新的状态对象。

通过这种方式，Immutable.js 帮助我们在 Redux 应用中保持了状态的不可变性，从而提高了应用的可维护性和性能。

3. 在 React 项目中使用 Immutable.js

在 React 中，Immutable.js 可以在多种场景下带来便利，特别是在处理组件状态和传递 props 时。以下是一些常见的场景，以及在使用和不使用 Immutable.js 的时候的对比：

场景一：处理复杂组件状态

在 React 中，组件状态的不可变性对于性能优化和避免副作用非常重要。Immutable.js 提供了一种高效的方式来创建和管理不可变状态。

不使用 Immutable.js

class TodoList extends React.Component {
  constructor() {
    this.state = {
      todos: [{ id: 1, text: 'Learn React' }]
    };
  }

  addTodo(text) {
    // 直接修改状态，这是 React 中的一个反模式
    this.state.todos.push({ id: Date.now(), text: text });
    this.setState({ todos: this.state.todos });
  }

  render() {
    return (
      <div>
        {this.state.todos.map(todo => (
          <TodoItem key={todo.id} todo={todo} />
        ))}
      </div>
    );
  }
}

在这个例子中，我们直接修改了组件的状态，这违反了 React 的不可变性原则，并且可能不会触发组件的重新渲染。

使用 Immutable.js

import { Map, List } from 'immutable';

class TodoList extends React.Component {
  constructor() {
    this.state = {
      todos: List([{ id: 1, text: 'Learn React' }])
    };
  }

  addTodo(text) {
    // 创建新的 todos 列表并设置状态，符合不可变性原则
    const newTodo = { id: Date.now(), text: text };
    const newTodos = this.state.todos.push(newTodo);
    this.setState({ todos: newTodos });
  }

  render() {
    return (
      <div>
        {this.state.todos.map(todo => (
          <TodoItem key={todo.get('id')} todo={todo} />
        ))}
      </div>
    );
  }
}

在这个例子中，我们使用了 Immutable.js 的 List 来存储待办事项。在 addTodo 方法中，我们通过调用 push 方法来创建一个新的 List 实例，而不是直接修改状态。

场景二：传递 props 到子组件

在 React 应用中，经常需要将 props 传递给子组件。如果 props 是可变的，那么子组件可能会因为外部的直接修改而意外地更新。

不使用 Immutable.js

function ParentComponent() {
  const items = [{ name: 'Item 1' }];
  return <ChildComponent items={items} />;
}

function ChildComponent({ items }) {
  // items 是可变的，外部的修改将直接影响子组件
  return <ul>{items.map(item => <li key={item.id}>{item.name}</li>)}</ul>;
}

如果 ParentComponent 中的 items 被修改，ChildComponent 可能会接收到一个不同的数组，这可能导致不可预期的行为。

使用 Immutable.js

import { List } from 'immutable';

function ParentComponent() {
  const items = List([{ name: 'Item 1' }]);
  // 通过 Immutable.js 创建的 List 是不可变的
  return <ChildComponent items={items} />;
}

function ChildComponent({ items }) {
  // items 是 Immutable.js 的 List，外部修改不会影响子组件
  return <ul>{items.map(item => <li key={item.get('id')}>{item.get('name')}</li>)}</ul>;
}

在这个例子中，ParentComponent 使用 Immutable.js 的 List 来存储 items。由于 List 是不可变的，即使 ParentComponent 中的 items 发生变化，ChildComponent 收到的 items 引用保持不变，从而避免了不必要的渲染。

通过这些代码对比，我们可以看到 Immutable.js 如何在 React 应用中帮助我们维护状态和 props 的不可变性，从而提高应用的稳定性和性能。