写点什么

手写一个 Redux, 深入理解其原理 - 面试进阶

作者:beifeng1996
  • 2022 年 10 月 10 日
    浙江
  • 本文字数:8040 字

    阅读完需:约 26 分钟

Redux 可是一个大名鼎鼎的库,很多地方都在用,我也用了几年了,今天这篇文章就是自己来实现一个 Redux,以便于深入理解他的原理。我们还是老套路,从基本的用法入手,然后自己实现一个 Redux 来替代源码的 NPM 包,但是功能保持不变。本文只会实现 Redux 的核心库,跟其他库的配合使用,比如 React-Redux 准备后面单独写一篇文章来讲。有时候我们过于关注使用,只记住了各种使用方式,反而忽略了他们的核心原理,但是如果我们想真正的提高技术,最好还是一个一个搞清楚,比如 Redux 和 React-Redux 看起来很像,但是他们的核心理念和关注点是不同的,Redux 其实只是一个单纯状态管理库,没有任何界面相关的东西,React-Redux 关注的是怎么将 Redux 跟 React 结合起来,用到了一些 React 的 API。

基本概念

Redux 的概念有很多文章都讲过,想必大家都看过很多了,我这里不再展开,只是简单提一下。Redux 基本概念主要有以下几个:

Store

人如其名,Store 就是一个仓库,它存储了所有的状态(State),还提供了一些操作他的 API,我们后续的操作其实都是在操作这个仓库。假如我们的仓库是用来放牛奶的,初始情况下,我们的仓库里面一箱牛奶都没有,那 Store 的状态(State)就是:


{    milk: 0}
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Actions

一个 Action 就是一个动作,这个动作的目的是更改 Store 中的某个状态,Store 还是上面的那个仓库,现在我想往仓库放一箱牛奶,那"我想往仓库放一箱牛奶"就是一个 Action,代码就是这样:


{  type: "PUT_MILK",  count: 1}
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Reducers

前面"我想往仓库放一箱牛奶"只是想了,还没操作,具体操作要靠 Reducer,Reducer 就是根据接收的 Action 来改变 Store 中的状态,比如我接收了一个PUT_MILK,同时数量count是 1,那放进去的结果就是milk增加了 1,从 0 变成了 1,代码就是这样:


const initState = {  milk: 0}
function reducer(state = initState, action) { switch (action.type) { case 'PUT_MILK': return {...state, milk: state.milk + action.count} default: return state }}
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可以看到 Redux 本身就是一个单纯的状态机,Store 存放了所有的状态,Action 是一个改变状态的通知,Reducer 接收到通知就更改 Store 中对应的状态。

简单例子

下面我们来看一个简单的例子,包含了前面提到的 Store,Action 和 Reducer 这几个概念:


import { createStore } from 'redux';
const initState = { milk: 0};
function reducer(state = initState, action) { switch (action.type) { case 'PUT_MILK': return {...state, milk: state.milk + action.count}; case 'TAKE_MILK': return {...state, milk: state.milk - action.count}; default: return state; }}
let store = createStore(reducer);
// subscribe其实就是订阅store的变化,一旦store发生了变化,传入的回调函数就会被调用// 如果是结合页面更新,更新的操作就是在这里执行store.subscribe(() => console.log(store.getState()));
// 将action发出去要用dispatchstore.dispatch({ type: 'PUT_MILK' }); // milk: 1store.dispatch({ type: 'PUT_MILK' }); // milk: 2store.dispatch({ type: 'TAKE_MILK' }); // milk: 1
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自己实现

前面我们那个例子虽然短小,但是已经包含了 Redux 的核心功能了,所以我们手写的第一个目标就是替换这个例子中的 Redux。要替换这个 Redux,我们得先知道他里面都有什么东西,仔细一看,我们好像只用到了他的一个 API: 参考 前端react面试题详细解答


createStore:这个 API 接受reducer方法作为参数,返回一个store,主要功能都在这个store上。


看看store上我们都用到了啥:


store.subscribe: 订阅state的变化,当state变化的时候执行回调,可以有多个subscribe,里面的回调会依次执行。

store.dispatch: 发出action的方法,每次dispatch action都会执行reducer生成新的state,然后执行subscribe注册的回调。

store.getState:一个简单的方法,返回当前的state


看到subscribe注册回调,dispatch触发回调,想到了什么,这不就是发布订阅模式吗?


function createStore() {  let state;              // state记录所有状态  let listeners = [];     // 保存所有注册的回调
function subscribe(callback) { listeners.push(callback); // subscribe就是将回调保存下来 }
// dispatch就是将所有的回调拿出来依次执行就行 function dispatch() { for (let i = 0; i < listeners.length; i++) { const listener = listeners[i]; listener(); } }
// getState直接返回state function getState() { return state; }
// store包装一下前面的方法直接返回 const store = { subscribe, dispatch, getState }
return store;}
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上述代码是不是很简单嘛,Redux 核心也是一个发布订阅模式,就是这么简单!等等,好像漏了啥,reducer呢?reducer的作用是在发布事件的时候改变state,所以我们的dispatch在执行回调前应该先执行reducer,用reducer的返回值重新给state赋值,dispatch改写如下:


function dispatch(action) {  state = reducer(state, action);
for (let i = 0; i < listeners.length; i++) { const listener = listeners[i]; listener(); }}
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到这里,前面例子用到的所有 API 我们都自己实现了,我们用自己的 Redux 来替换下官方的 Redux 试试:


// import { createStore } from 'redux';import { createStore } from './myRedux';
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可以看到输出结果是一样的,说明我们自己写的 Redux 没有问题:



了解了 Redux 的核心原理,我们再去看他的源码应该就没有问题了


最后我们再来梳理下 Redux 的核心流程,注意单纯的 Redux 只是个状态机,是没有View层的哦。



除了这个核心逻辑外,Redux 里面还有些 API 也很有意思,我们也来手写下。

手写combineReducers

combineReducers也是使用非常广泛的 API,当我们应用越来越复杂,如果将所有逻辑都写在一个reducer里面,最终这个文件可能会有成千上万行,所以 Redux 提供了combineReducers,可以让我们为不同的模块写自己的reducer,最终将他们组合起来。比如我们最开始那个牛奶仓库,由于我们的业务发展很好,我们又增加了一个放大米的仓库,我们可以为这两个仓库创建自己的reducer,然后将他们组合起来,使用方法如下:


import { createStore, combineReducers } from 'redux';
const initMilkState = { milk: 0};function milkReducer(state = initMilkState, action) { switch (action.type) { case 'PUT_MILK': return {...state, milk: state.milk + action.count}; case 'TAKE_MILK': return {...state, milk: state.milk - action.count}; default: return state; }}
const initRiceState = { rice: 0};function riceReducer(state = initRiceState, action) { switch (action.type) { case 'PUT_RICE': return {...state, rice: state.rice + action.count}; case 'TAKE_RICE': return {...state, rice: state.rice - action.count}; default: return state; }}
// 使用combineReducers组合两个reducerconst reducer = combineReducers({milkState: milkReducer, riceState: riceReducer});
let store = createStore(reducer);
store.subscribe(() => console.log(store.getState()));
// 操作🥛的actionstore.dispatch({ type: 'PUT_MILK', count: 1 }); // milk: 1store.dispatch({ type: 'PUT_MILK', count: 1 }); // milk: 2store.dispatch({ type: 'TAKE_MILK', count: 1 }); // milk: 1
// 操作大米的actionstore.dispatch({ type: 'PUT_RICE', count: 1 }); // rice: 1store.dispatch({ type: 'PUT_RICE', count: 1 }); // rice: 2store.dispatch({ type: 'TAKE_RICE', count: 1 }); // rice: 1
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上面代码我们将大的state分成了两个小的milkStatericeState,最终运行结果如下:



知道了用法,我们尝试自己来写下呢!要手写combineReducers,我们先来分析下他干了啥,首先它的返回值是一个reducer,这个reducer同样会作为createStore的参数传进去,说明这个返回值是一个跟我们之前普通reducer结构一样的函数。这个函数同样接收stateaction然后返回新的state,只是这个新的state要符合combineReducers参数的数据结构。我们尝试来写下:


function combineReducers(reducerMap) {  const reducerKeys = Object.keys(reducerMap);    // 先把参数里面所有的键值拿出来
// 返回值是一个普通结构的reducer函数 const reducer = (state = {}, action) => { const newState = {};
for(let i = 0; i < reducerKeys.length; i++) { // reducerMap里面每个键的值都是一个reducer,我们把它拿出来运行下就可以得到对应键新的state值 // 然后将所有reducer返回的state按照参数里面的key组装好 // 最后再返回组装好的newState就行 const key = reducerKeys[i]; const currentReducer = reducerMap[key]; const prevState = state[key]; newState[key] = currentReducer(prevState, action); }
return newState; };
return reducer;}
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手写applyMiddleware

middleware是 Redux 里面很重要的一个概念,Redux 的生态主要靠这个 API 接入,比如我们想写一个logger的中间件可以这样写(这个中间件来自于官方文档):


// logger是一个中间件,注意返回值嵌了好几层函数// 我们后面来看看为什么这么设计function logger(store) {  return function(next) {    return function(action) {      console.group(action.type);      console.info('dispatching', action);      let result = next(action);      console.log('next state', store.getState());      console.groupEnd();      return result    }  }}
// 在createStore的时候将applyMiddleware作为第二个参数传进去const store = createStore( reducer, applyMiddleware(logger))
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可以看到上述代码为了支持中间件,createStore支持了第二个参数,这个参数官方称为enhancer,顾名思义他是一个增强器,用来增强store的能力的。官方对于enhancer的定义如下:


type StoreEnhancer = (next: StoreCreator) => StoreCreator
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上面的结构的意思是说enhancer作为一个函数,他接收StoreCreator函数作为参数,同时返回的也必须是一个StoreCreator函数。注意他的返回值也是一个StoreCreator函数,也就是我们把他的返回值拿出来继续执行应该得到跟之前的createStore一样的返回结构,也就是说我们之前的createStore返回啥结构,他也必须返回结构,也就是这个store


{  subscribe,  dispatch,  getState}
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createStore支持enhancer

根据他关于enhancer的定义,我们来改写下自己的createStore,让他支持enhancer


function createStore(reducer, enhancer) {   // 接收第二个参数enhancer  // 先处理enhancer  // 如果enhancer存在并且是函数  // 我们将createStore作为参数传给他  // 他应该返回一个新的createStore给我  // 我再拿这个新的createStore执行,应该得到一个store  // 直接返回这个store就行  if(enhancer && typeof enhancer === 'function'){    const newCreateStore = enhancer(createStore);    const newStore = newCreateStore(reducer);    return newStore;  }
// 如果没有enhancer或者enhancer不是函数,直接执行之前的逻辑 // 下面这些代码都是之前那版 // 省略n行代码 // ....... const store = { subscribe, dispatch, getState }
return store;}
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applyMiddleware返回值是一个enhancer

前面我们已经有了enhancer的基本结构,applyMiddleware是作为第二个参数传给createStore的,也就是说他是一个enhancer,准确的说是applyMiddleware的返回值是一个enhancer,因为我们传给createStore的是他的执行结果applyMiddleware()


function applyMiddleware(middleware) {  // applyMiddleware的返回值应该是一个enhancer  // 按照我们前面说的enhancer的参数是createStore  function enhancer(createStore) {    // enhancer应该返回一个新的createStore    function newCreateStore(reducer) {      // 我们先写个空的newCreateStore,直接返回createStore的结果      const store = createStore(reducer);      return store    }
return newCreateStore; }
return enhancer;}
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实现applyMiddleware

上面我们已经有了applyMiddleware的基本结构了,但是功能还没实现,要实现他的功能,我们必须先搞清楚一个中间件到底有什么功能,还是以前面的logger中间件为例:


function logger(store) {  return function(next) {    return function(action) {      console.group(action.type);      console.info('dispatching', action);      let result = next(action);      console.log('next state', store.getState());      console.groupEnd();      return result    }  }}
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这个中间件运行效果如下:



可以看到我们let result = next(action);这行执行之后state改变了,前面我们说了要改变state只能dispatch(action),所以这里的next(action)就是dispatch(action),只是换了一个名字而已。而且注意最后一层返回值return function(action)的结构,他的参数是action,是不是很像dispatch(action),其实他就是一个新的dispatch(action),这个新的dispatch(action)会调用原始的dispatch,并且在调用的前后加上自己的逻辑。所以到这里一个中间件的结构也清楚了:


  1. 一个中间件接收store作为参数,会返回一个函数

  2. 返回的这个函数接收老的dispatch函数作为参数,会返回一个新的函数

  3. 返回的新函数就是新的dispatch函数,这个函数里面可以拿到外面两层传进来的store和老dispatch函数


所以说白了,中间件就是加强dispatch的功能,用新的dispatch替换老的dispatch,这不就是个装饰者模式吗?其实前面enhancer也是一个装饰者模式,传入一个createStore,在createStore执行前后加上些代码,最后又返回一个增强版的createStore


遵循这个思路,我们的applyMiddleware就可以写出来了:


// 直接把前面的结构拿过来function applyMiddleware(middleware) {  function enhancer(createStore) {    function newCreateStore(reducer) {      const store = createStore(reducer);
// 将middleware拿过来执行下,传入store // 得到第一层函数 const func = middleware(store);
// 解构出原始的dispatch const { dispatch } = store;
// 将原始的dispatch函数传给func执行 // 得到增强版的dispatch const newDispatch = func(dispatch);
// 返回的时候用增强版的newDispatch替换原始的dispatch return {...store, dispatch: newDispatch} }
return newCreateStore; }
return enhancer;}
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照例用我们自己的applyMiddleware替换老的,跑起来是一样的效果,说明我们写的没问题,哈哈~


支持多个middleware

我们的applyMiddleware还差一个功能,就是支持多个middleware,比如像这样:


applyMiddleware(  rafScheduler,  timeoutScheduler,  thunk,  vanillaPromise,  readyStatePromise,  logger,  crashReporter)
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其实要支持这个也简单,我们返回的newDispatch里面依次的将传入的middleware拿出来执行就行,多个函数的串行执行可以使用辅助函数compose,这个函数定义如下。只是需要注意的是我们这里的compose不能把方法拿来执行就完了,应该返回一个包裹了所有方法的方法。


function compose(...func){  return funcs.reduce((a, b) => (...args) => a(b(...args)));}
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这个compose可能比较让人困惑,我这里还是讲解下,比如我们有三个函数,这三个函数都是我们前面接收dispatch返回新dispatch的方法:


const fun1 = dispatch => newDispatch1;const fun2 = dispatch => newDispatch2;const fun3 = dispatch => newDispatch3;
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当我们使用了compose(fun1, fun2, fun3)后执行顺序是什么样的呢?


// 第一次其实执行的是(func1, func2) => (...args) => func1(fun2(...args))// 这次执行完的返回值是下面这个,用个变量存起来吧const temp = (...args) => func1(fun2(...args))
// 我们下次再循环的时候其实执行的是(temp, func3) => (...args) => temp(func3(...args));// 这个返回值是下面这个,也就是最终的返回值,其实就是从func3开始从右往左执行完了所有函数// 前面的返回值会作为后面参数(...args) => temp(func3(...args));
// 再看看上面这个方法,如果把dispatch作为参数传进去会是什么效果(dispatch) => temp(func3(dispatch));
// 然后func3(dispatch)返回的是newDispatch3,这个又传给了temp(newDispatch3),也就是下面这个会执行(newDispatch3) => func1(fun2(newDispatch3))
// 上面这个里面用newDispatch3执行fun2(newDispatch3)会得到newDispatch2// 然后func1(newDispatch2)会得到newDispatch1// 注意这时候的newDispatch1其实已经包含了newDispatch3和newDispatch2的逻辑了,将它拿出来执行这三个方法就都执行了
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所以我们支持多个middleware的代码就是这样:


// 参数支持多个中间件function applyMiddleware(...middlewares) {  function enhancer(createStore) {    function newCreateStore(reducer) {      const store = createStore(reducer);
// 多个middleware,先解构出dispatch => newDispatch的结构 const chain = middlewares.map(middleware => middleware(store)); const { dispatch } = store;
// 用compose得到一个组合了所有newDispatch的函数 const newDispatchGen = compose(...chain); // 执行这个函数得到newDispatch const newDispatch = newDispatchGen(dispatch);
return {...store, dispatch: newDispatch} }
return newCreateStore; }
return enhancer;}
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最后我们再加一个logger2中间件实现效果:


function logger2(store) {  return function(next) {    return function(action) {      let result = next(action);      console.log('logger2');      return result    }  }}
let store = createStore(reducer, applyMiddleware(logger, logger2));
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可以看到logger2也已经打印出来了,大功告成。



现在我们也可以知道他的中间件为什么要包裹几层函数了:


第一层:目的是传入store参数

第二层:第二层的结构是dispatch => newDispatch,多个中间件的这层函数可以compose起来,形成一个大的dispatch => newDispatch

第三层:这层就是最终的返回值了,其实就是newDispatch,是增强过的dispatch,是中间件的真正逻辑所在。


到这里我们的applyMiddleware就写完了

总结

  1. 单纯的 Redux 只是一个状态机,store里面存了所有的状态state,要改变里面的状态state,只能dispatch action

  2. 对于发出来的action需要用reducer来处理,reducer会计算新的state来替代老的state

  3. subscribe方法可以注册回调方法,当dispatch action的时候会执行里面的回调。

  4. Redux 其实就是一个发布订阅模式!

  5. Redux 还支持enhancerenhancer其实就是一个装饰者模式,传入当前的createStore,返回一个增强的createStore

  6. Redux 使用applyMiddleware支持中间件,applyMiddleware的返回值其实就是一个enhancer

  7. Redux 的中间件也是一个装饰者模式,传入当前的dispatch,返回一个增强了的dispatch

  8. 单纯的 Redux 是没有 View 层的,所以他可以跟各种 UI 库结合使用,比如react-redux,计划下一篇文章就是手写react-redux

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