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React 使用 Immutable 数据结构优化列表

2021-06-057.1k 阅读

理解 React 中的列表渲染

在 React 应用开发中，列表渲染是一个常见的需求。例如，展示用户列表、商品列表等。React 提供了方便的方式来渲染列表，通常会使用数组的 map 方法。

基本的列表渲染示例

假设我们有一个简单的数组，包含一些水果名称，我们想在页面上展示这个水果列表。代码如下：

import React from 'react';

const fruits = ['apple', 'banana', 'cherry'];

function FruitList() {
    return (
        <ul>
            {fruits.map((fruit, index) => (
                <li key={index}>{fruit}</li>
            ))}
        </ul>
    );
}

export default FruitList;

在这个例子中，我们使用 map 方法遍历 fruits 数组，并为每个水果创建一个 <li> 元素。key 属性是 React 用来高效更新列表的重要标识，这里我们简单地使用数组索引作为 key。虽然在简单场景下这样可行，但在实际应用中，尤其是数据会动态变化时，使用索引作为 key 可能会导致一些问题。

列表更新时的问题

当列表中的数据发生变化时，React 需要高效地更新 DOM。React 通过对比前后两次渲染的虚拟 DOM 来决定实际需要更新的部分。如果使用索引作为 key，当列表项的顺序发生改变，或者有新的项插入到列表中间时，React 可能会错误地复用 DOM 元素，导致性能问题和一些难以调试的错误。

例如，假设我们有一个任务列表，每个任务有一个唯一的 id。初始列表如下：

const tasks = [
    { id: 1, text: 'Task 1' },
    { id: 2, text: 'Task 2' },
    { id: 3, text: 'Task 3' }
];

我们使用 id 作为 key 来渲染列表：

function TaskList() {
    return (
        <ul>
            {tasks.map(task => (
                <li key={task.id}>{task.text}</li>
            ))}
        </ul>
    );
}

现在，如果我们在 Task 2 之前插入一个新任务 Task 4，新的列表如下：

const newTasks = [
    { id: 1, text: 'Task 1' },
    { id: 4, text: 'Task 4' },
    { id: 2, text: 'Task 2' },
    { id: 3, text: 'Task 3' }
];

React 能够准确地识别出新增的任务和位置的变化，高效地更新 DOM。但如果我们使用索引作为 key，React 可能会复用错误的 <li> 元素，导致显示混乱。

Immutable 数据结构简介

什么是 Immutable 数据结构

Immutable 数据结构是指一旦创建，就不能被修改的数据结构。任何对 Immutable 数据的修改操作，都会返回一个全新的数据结构，而不是修改原始数据。

在 JavaScript 中，基本数据类型（如 string、number、boolean 等）本身就是 Immutable 的。例如：

let num = 5;
let newNum = num + 3;
// num 仍然是 5，newNum 是新创建的 8

然而，对于复杂数据类型（如 Object 和 Array），JavaScript 默认是可变的。

let arr = [1, 2, 3];
arr.push(4);
// arr 被修改为 [1, 2, 3, 4]

Immutable 数据结构通过提供一些方法，使得对数据的修改返回新的结构，从而保持数据的不可变性。

为什么使用 Immutable 数据结构

  1. 可预测性：由于数据不可变，每次修改操作返回新的数据，使得应用状态的变化更加可预测。在 React 应用中，这有助于理解和调试应用的状态变化。
  2. 性能优化：Immutable 数据结构通常可以利用结构共享来减少内存开销。例如，当对一个大数组进行部分修改时，Immutable 数据结构可以复用未修改的部分，创建一个新的数组，而不是复制整个数组。
  3. 防止意外修改：在多人协作开发中，Immutable 数据结构可以防止意外地修改共享数据，避免引入难以调试的错误。

在 React 中使用 Immutable 数据结构优化列表

引入 Immutable.js 库

在 React 项目中，我们可以使用 Immutable.js 库来处理 Immutable 数据结构。首先，安装 Immutable.js：

npm install immutable

使用 Immutable 数据结构渲染列表

假设我们有一个用户列表，每个用户有 name 和 age 属性。我们使用 Immutable.js 的 List 和 Map 来创建和管理数据。

import React from 'react';
import { List, Map } from 'immutable';

const users = List([
    Map({ name: 'John', age: 25 }),
    Map({ name: 'Jane', age: 30 }),
    Map({ name: 'Bob', age: 22 })
]);

function UserList() {
    return (
        <ul>
            {users.map((user, index) => (
                <li key={index}>
                    {user.get('name')}, {user.get('age')} years old
                </li>
            ))}
        </ul>
    );
}

export default UserList;

在这个例子中，我们使用 List 来存储用户列表，每个用户是一个 Map。Map 提供了 get 方法来获取属性值。

更新 Immutable 列表

当需要更新列表时，我们不能直接修改原始的 Immutable 数据，而是通过调用相应的方法返回新的数据。例如，假设我们要给 John 增加一岁。

import React, { useState } from'react';
import { List, Map } from 'immutable';

const initialUsers = List([
    Map({ name: 'John', age: 25 }),
    Map({ name: 'Jane', age: 30 }),
    Map({ name: 'Bob', age: 22 })
]);

function UserList() {
    const [users, setUsers] = useState(initialUsers);

    const incrementJohnsAge = () => {
        const johnIndex = users.findIndex(user => user.get('name') === 'John');
        const newUser = users.get(johnIndex).update('age', age => age + 1);
        const newUsers = users.set(johnIndex, newUser);
        setUsers(newUsers);
    };

    return (
        <div>
            <ul>
                {users.map((user, index) => (
                    <li key={index}>
                        {user.get('name')}, {user.get('age')} years old
                    </li>
                ))}
            </ul>
            <button onClick={incrementJohnsAge}>Increment John's age</button>
        </div>
    );
}

export default UserList;

在 incrementJohnsAge 函数中，我们首先找到 John 在列表中的索引。然后使用 update 方法创建一个新的 Map，将 age 属性增加 1。最后，使用 set 方法创建一个新的 List，将更新后的用户替换原来的用户。这样，我们通过一系列 Immutable 操作更新了列表。

Immutable 数据结构与 React 性能优化

React 的 shouldComponentUpdate 方法默认会浅比较前后两次的 props 和 state。当使用 Immutable 数据结构时，由于每次修改返回新的数据，我们可以利用这一点进行更高效的比较。

例如，我们可以自定义 shouldComponentUpdate 方法，使用 Immutable.js 的 is 方法进行深度比较：

import React from'react';
import { List, Map, is } from 'immutable';

class UserListItem extends React.Component {
    shouldComponentUpdate(nextProps) {
        return!is(this.props.user, nextProps.user);
    }

    render() {
        const { user } = this.props;
        return (
            <li>
                {user.get('name')}, {user.get('age')} years old
            </li>
        );
    }
}

const users = List([
    Map({ name: 'John', age: 25 }),
    Map({ name: 'Jane', age: 30 }),
    Map({ name: 'Bob', age: 22 })
]);

function UserList() {
    return (
        <ul>
            {users.map((user, index) => (
                <UserListItem key={index} user={user} />
            ))}
        </ul>
    );
}

export default UserList;

在 UserListItem 组件中，shouldComponentUpdate 方法使用 is 方法比较当前和下一个 props.user。只有当用户数据真正发生变化时，组件才会重新渲染，从而提高性能。

Immutable 数据结构在复杂列表场景中的应用

嵌套列表

在实际应用中，列表可能是嵌套的。例如，一个部门列表，每个部门有自己的员工列表。我们可以使用 Immutable 数据结构来处理这种复杂的嵌套关系。

import React, { useState } from'react';
import { List, Map } from 'immutable';

const initialDepartments = List([
    Map({
        id: 1,
        name: 'Engineering',
        employees: List([
            Map({ id: 11, name: 'Alice', age: 28 }),
            Map({ id: 12, name: 'Bob', age: 32 })
        ])
    }),
    Map({
        id: 2,
        name: 'Marketing',
        employees: List([
            Map({ id: 21, name: 'Charlie', age: 25 }),
            Map({ id: 22, name: 'David', age: 29 })
        ])
    })
]);

function DepartmentList() {
    const [departments, setDepartments] = useState(initialDepartments);

    const incrementAliceAge = () => {
        const engineeringIndex = departments.findIndex(department => department.get('name') === 'Engineering');
        const aliceIndex = departments.get(engineeringIndex).get('employees').findIndex(employee => employee.get('name') === 'Alice');
        const newAlice = departments.get(engineeringIndex).get('employees').get(aliceIndex).update('age', age => age + 1);
        const newEmployees = departments.get(engineeringIndex).get('employees').set(aliceIndex, newAlice);
        const newDepartment = departments.get(engineeringIndex).set('employees', newEmployees);
        const newDepartments = departments.set(engineeringIndex, newDepartment);
        setDepartments(newDepartments);
    };

    return (
        <div>
            <ul>
                {departments.map(department => (
                    <li key={department.get('id')}>
                        {department.get('name')}:
                        <ul>
                            {department.get('employees').map(employee => (
                                <li key={employee.get('id')}>
                                    {employee.get('name')}, {employee.get('age')} years old
                                </li>
                            ))}
                        </ul>
                    </li>
                ))}
            </ul>
            <button onClick={incrementAliceAge}>Increment Alice's age</button>
        </div>
    );
}

export default DepartmentList;

在这个例子中，我们有一个部门列表，每个部门包含员工列表。incrementAliceAge 函数展示了如何在这种嵌套结构中更新特定员工的年龄。通过 Immutable 数据结构的方法，我们能够保持数据的不可变性，并高效地更新嵌套列表。

列表排序和过滤

Immutable 数据结构也为列表的排序和过滤提供了方便的方法。例如，我们可以对用户列表按照年龄进行排序。

import React from'react';
import { List, Map } from 'immutable';

const users = List([
    Map({ name: 'John', age: 25 }),
    Map({ name: 'Jane', age: 30 }),
    Map({ name: 'Bob', age: 22 })
]);

function UserList() {
    const sortedUsers = users.sort((a, b) => a.get('age') - b.get('age'));

    return (
        <ul>
            {sortedUsers.map((user, index) => (
                <li key={index}>
                    {user.get('name')}, {user.get('age')} years old
                </li>
            ))}
        </ul>
    );
}

export default UserList;

在这个例子中，我们使用 sort 方法对用户列表按照年龄进行排序。sort 方法返回一个新的 List，原始列表保持不变。

同样，我们可以对列表进行过滤。例如，过滤出年龄大于 25 岁的用户。

import React from'react';
import { List, Map } from 'immutable';

const users = List([
    Map({ name: 'John', age: 25 }),
    Map({ name: 'Jane', age: 30 }),
    Map({ name: 'Bob', age: 22 })
]);

function UserList() {
    const filteredUsers = users.filter(user => user.get('age') > 25);

    return (
        <ul>
            {filteredUsers.map((user, index) => (
                <li key={index}>
                    {user.get('name')}, {user.get('age')} years old
                </li>
            ))}
        </ul>
    );
}

export default UserList;

通过 filter 方法，我们创建了一个新的 List，只包含年龄大于 25 岁的用户。

与 Redux 结合使用 Immutable 数据结构优化列表

Redux 简介

Redux 是一个用于管理 JavaScript 应用状态的可预测状态容器。它遵循单向数据流原则，通过 action、reducer 和 store 来管理应用状态。

在 Redux 中使用 Immutable 数据结构

当与 Redux 结合使用时，Immutable 数据结构可以进一步优化状态管理和性能。首先，我们需要安装 redux-immutable 库，它提供了与 Redux 集成的 Immutable 数据结构支持。

npm install redux-immutable

假设我们有一个简单的待办事项列表应用，使用 Redux 和 Immutable 数据结构。

// actions.js
import { createAction } from'redux-actions';

export const ADD_TASK = 'ADD_TASK';
export const TOGGLE_TASK = 'TOGGLE_TASK';

export const addTask = createAction(ADD_TASK, task => task);
export const toggleTask = createAction(TOGGLE_TASK, taskId => taskId);

// reducers.js
import { combineReducers } from'redux-immutable';
import { ADD_TASK, TOGGLE_TASK } from './actions';
import { List, Map } from 'immutable';

const initialState = Map({
    tasks: List()
});

function tasksReducer(state = initialState.get('tasks'), action) {
    switch (action.type) {
        case ADD_TASK:
            const newTask = Map({
                id: Date.now(),
                text: action.payload,
                completed: false
            });
            return state.push(newTask);
        case TOGGLE_TASK:
            return state.map(task =>
                task.get('id') === action.payload
                   ? task.update('completed', completed =>!completed)
                    : task
            );
        default:
            return state;
    }
}

const rootReducer = combineReducers({
    tasks: tasksReducer
});

export default rootReducer;

// store.js
import { createStore } from'redux-immutable';
import rootReducer from './reducers';

const store = createStore(rootReducer);

export default store;

// App.js
import React, { useState } from'react';
import { useSelector, useDispatch } from'react-redux';
import { addTask, toggleTask } from './actions';

function App() {
    const tasks = useSelector(state => state.get('tasks'));
    const dispatch = useDispatch();
    const [newTaskText, setNewTaskText] = useState('');

    const handleSubmit = (e) => {
        e.preventDefault();
        if (newTaskText.trim()!== '') {
            dispatch(addTask(newTaskText));
            setNewTaskText('');
        }
    };

    return (
        <div>
            <form onSubmit={handleSubmit}>
                <input
                    type="text"
                    value={newTaskText}
                    onChange={(e) => setNewTaskText(e.target.value)}
                    placeholder="Add a new task"
                />
                <button type="submit">Add Task</button>
            </form>
            <ul>
                {tasks.map(task => (
                    <li key={task.get('id')}>
                        <input
                            type="checkbox"
                            checked={task.get('completed')}
                            onChange={() => dispatch(toggleTask(task.get('id')))}
                        />
                        {task.get('text')}
                    </li>
                ))}
            </ul>
        </div>
    );
}

export default App;

在这个例子中，我们使用 redux-immutable 来创建 Redux 的 store 和 reducer。tasksReducer 使用 Immutable 数据结构的方法来更新任务列表。App 组件通过 useSelector 和 useDispatch 从 Redux store 中获取任务列表并分发 action。通过这种方式，我们在 Redux 应用中利用 Immutable 数据结构优化了列表的管理和更新。

总结 Immutable 数据结构在 React 列表优化中的优势

  1. 状态管理清晰：Immutable 数据结构使得状态的变化更加可预测，每次修改返回新的数据，有助于理解和调试应用状态的变化。
  2. 性能提升：通过结构共享和更高效的比较方法（如 Immutable.js 的 is 方法），Immutable 数据结构可以减少内存开销，提高 React 组件的渲染性能。
  3. 代码健壮性：防止意外修改数据，在多人协作开发中减少错误的发生。

在实际的 React 应用开发中，尤其是涉及到复杂列表和频繁状态更新的场景，合理使用 Immutable 数据结构可以显著提升应用的性能和可维护性。无论是单独使用还是与 Redux 等状态管理库结合使用，Immutable 数据结构都为 React 开发者提供了强大的工具来优化列表渲染和管理。通过掌握 Immutable 数据结构的使用方法，开发者能够打造出更加高效、稳定的 React 应用。

同时，需要注意 Immutable 数据结构的学习曲线相对较陡，尤其是在处理复杂嵌套结构时。开发者需要花费一定的时间来熟悉相关的方法和操作。但一旦掌握，Immutable 数据结构将成为 React 开发中的有力武器，帮助开发者解决许多与数据管理和性能相关的问题。在未来的 React 应用开发中，随着应用规模的不断扩大和对性能要求的提高，Immutable 数据结构的应用将更加广泛和重要。