不可变性(Immutability)是函数式编程的核心原则,在面向对象编程里也有大量应用。在这篇文章里,我会给大家秀一下到底什么是不可变性(Immutability)、她为什么还这么屌、以及在JavaScript中怎么应用。

什么是不可变性(Immutability)?

还是先来看看关于可变性(Mutability)的教条式定义:“liable or subject to change or alteration(译者注:真他妈难翻,就简单理解成’易于改变的’吧)”。在编程领域里,我们用可变性(Mutability)来描述这样一种对象,它在创建之后状态依旧可被改变。那当我们说不可变(Immutable)时,就是可变(Mutable)的对立面了(译者注:原谅我翻的废话又多起来) - 意思是,创建之后,就再也不能被修改了。

如果我说的又让你感到诡异了,原谅我小小的提醒一下,其实我们平时使用的很多东西事实上都是不可变的哦!

var statement = 'I am an immutable value';
var otherStr = statement.slice(8, 17);

我猜没人会吃惊,statement.slice(8, 17)并没有改变statement变量吧(译者注:如果你吃惊了,赶紧去补基本知识吧)?事实上,string对象上的所有方法里,没有一个会修改原string,它们一律返回新的string。原因简单了,因为string就是是不可变的(Immutable) - 它们不能被修改,我们能做的就是基于原string操作后得到一个新string

注意了,string可不是JavaScript里唯一内置的不可变(Immutable)数据类型哦。number也是不可变(Immutable)的。否则的话,你试想下这个表达式2 + 3,如果2的含义能被修改,那代码该怎么写啊|_|。听起来荒谬吧,但我们在编程中却常常对objectarray做出这种事儿。

JavaScript充满变化

JavaScript中,stringnumber从设计之初就是不可变(Immutable)的。但是,看看下面这个关于array例子:

var arr = [];
var v2 = arr.push(2);

来我问你,v2的值是什么?如果arraystringnumber一样也是不可变(Immutable)的,那此时v2必定是一个包含了一个数字2的新array。事实上,还真就不是那样的。这里arr引用的array被修改了,里面添了一个数字2,这时v2的值(也就是arr.push(2)的返回值),其实是arr此时的长度 - 就是1

试想我们拥有一个不可变的数组(ImmutableArray)。就像stringnumber那样,她应该能像如下这样被使用:

var arr = new ImmutableArray([1, 2, 3, 4]);
var v2 = arr.push(5);

arr.toArray(); // [1, 2, 3, 4]
v2.toArray();  // [1, 2, 3, 4, 5]

类似的,也可以有一个不可变的Map(ImmutableMap),理论上可以替代object应该于多数场景,她应该有一个set方法,不过这个set方法不会塞任何东西到原Map里,而是返回一个包含了塞入值的新Map

var person = new ImmutableMap({name: 'Chris', age: 32});
var olderPerson = person.set('age', 33);

person.toObject(); // {name: 'Chris', age: 32}
olderPerson.toObject(); // {name: 'Chris', age: 33}

就像2 + 3这个表达式里,我们不可能改变2或是3所代表的含义,一个person在庆祝他33岁的生日,并不会影响他曾经是32岁的事实。

JavaScript不可变性(Immutability)实战

JavaScript里目前还没有不可变的listmap,所以暂时我们还是需要三方库的帮助。有两个很不错的,一个是Mori - 她把ClojureScript里持久化数据结构的API支持带到了JavaScript里;另一个是Facebook出品的immutable.js。后面的示例里,我将使用immutable.js,因为她的API对于JavaScript开发者更友好一些。

下面的例子里,我们使用不可变(Immutable)知识来构建一个扫雷小游戏。扫雷的游戏面板我们用一个不可变的map来构建,其中tiles(雷区区块)部分值得关注哦,它是一个由不可变map组成的不可变list(译者注:又开始绕了),其中每一个不可变的map表示一个tile(雷区块)。整个这个雷区面板都是由JavaScriptobjectarray组成的,最后由immutable.jsfromJS方法对其进行不可变化处理:

function createGame(options) {
  return Immutable.fromJS({
    cols: options.cols,
    rows: options.rows,
    tiles: initTiles(options.rows, options.cols, options.mines)
  });
}

剩下的主要逻辑部分就是“扫雷”了,传入扫雷游戏对象(一个不可变结构)做为第一个参数,以及要“扫”的那个tile(雷区块)对象,最后返回新的扫雷游戏实例。以下我们就要讲到这个revealTile函数。当它被调用时,tile(雷区块)的状态就要被重置为“扫过”的状态。如果是可变编程,代码很简单:

function revealTile(game, tile) {
  game.tiles[tile].isRevealed = true;
}

然后再来看看如果用上面介绍的不可变数据结构来编码,坦白讲,一开始代码变得都点丑了:

function revealTile(game, tile) {
  var updatedTile = game.get('tiles').get(tile).set('isRevealed', true);
  var updatedTiles = game.get('tiles').set(tile, updatedTile);
  return game.set('tiles', updatedTiles);
}

我去,丑爆了有木有!

万幸,不可变性不止于此,一定有得救!这种需求很常见,所以工具早就考虑到了,可以这么操作:

function revealTile(game, tile) {
  return game.setIn(['tiles', tile, 'isRevealed'], true);
}

现在revealTile返回一个新的实例了,新实例里其中一个tile(雷区块)的isRevealed就和之前那个game实例里的不一样了。这里面用到的setIn是一个null-safe(空值安全)的函数,任意keyPath中的key不存在时,都会在这个位置创建一个新的不可变map(译者注:这句略绕,个人认为既然这里不是主讲immutable.js,那就没必要非提一下它的这个特性,反而不清不楚,原作没细说,那我也就不多说了,有兴趣的可以来这里自己揣摩)。这个null-safe特性对于我们现在扫雷游戏这个例子并不合适,因为“扫”一个不存在的tile(雷区块)表示我们正在试图扫雷区以外的地方,那显然不对!这里需要多做一步检查,通过getIn方法检查tile(雷区块)是否存在,然后再“扫”它:

function revealTile(game, tile) {
  return game.getIn(['tiles', tile]) ?
    game.setIn(['tiles', tile, 'isRevealed'], true) :
    game;
}

如果tile(雷区块)不存在,我们就返回原扫雷游戏实例。这就是个可迅速上手的关于不可变性(Immutability)的练习,想深入了解的可以看codepen,完整的实现都在里面了。

Performance怎么样?

你可能觉得,这他妈Performance应该low爆了吧,我只能说某些情况下你是对的。每当你想添加点东西到一个不可变(Immutable)对象里时,她一定是先拷贝以存在值到新实例里,然后再给新实例添加内容,最后返回新实例。相比可变对象,这势必会有更多内存、计算量消耗。

因为不可变(Immutable)对象永远不变,实际上有一种实现策略叫“结构共享”,使得她的内存消耗远比你想象的少。虽然和内置的arrayobject的“变化”相比仍然会有额外的开销,但这个开始恒定,绝对可以被不可变性(Immutability)带来的其它众多优势所消磨、减少。在实践中,不可变性(Immutability)带来的优势可以极大的优化程序的整体性能,即使其中的某些个别操作开销变大了。

改进变更追踪

各种UI框架里,最难的部分永远是变更追踪(译者注:或者叫“脏检查”)。这是JavaScript社区里的普遍问题,所以EcmaScript 7里提供了单独的API在保证Performance的前提下可以追踪变化:Object.observe()。很多人为之激动,但也有不少人认为这个API然并卵。他们认为,在任何情况下,这个API都没很好的解决变更追踪问题:

var tiles = [{id: 0, isRevealed: false}, {id: 1, isRevealed: true}];
Object.observe(tiles, function () { /* ... */ });

tiles[0].id = 2;

上面例子里,tiles[0]的变更并没有触发observer,所以其实这个提案即便是最简单的变更追踪也没做到。那不可变性(Immutability)又是怎么解决的?假设有一个应用状态a,然后它内部有值被改变了,于是就得到了一个新的实例b

if (a === b) {
  // 数据没变,停止操作
}

如果应用状态a没有被修改,那b就是a,它们指向同一个实例,===就够了,不用做其他事儿。当然这需要我们追踪应用状态的引用,但整个问题的复杂度被大大简化了,现在只要判断一下它们是否同一个实例的引用就好了,真心不用再去深入调查里面的某某字段是不是变了。

结束语

希望本文能某种程度上帮你了解不可变性(Immutability)是如何帮我们优化/改进代码的,也希望这些例子从实践角度说清楚了使用方式。不可变性(Immutability)的热度在持续增高,我确定这绝不是你今年看到的关于不可变性(Immutability)的最后一文。同志们,是时候来一发了,我相信你用过后一定会high至的,就像我现在一样^^。

原文地址:Immutability in JavaScript



[译]JavaScript中的不可变性(Immutability)
2016-04-09