手寫一個Redux，深入理解其原理
Redux可是一個大名鼎鼎的庫，很多地方都在用，我也用了幾年了，今天這篇文章就是自己來實現一個Redux，以便于深入理解他的原理。我們還是老套路，從基本的用法入手，然后自己實現一個Redux來替代源碼的NPM包，但是功能保持不變。本文只會實現Redux的核心庫，跟其他庫的配合使用，比如React-Redux準備后面單獨寫一篇文章來講。有時候我們過于關注使用，只記住了各種使用方式，反而忽略了他們的核心原理，但是如果我們想真正的提高技術，最好還是一個一個搞清楚，比如Redux和React-Redux看起來很像，但是他們的核心理念和關注點是不同的，Redux其實只是一個單純狀態管理庫，沒有任何界面相關的東西，React-Redux關注的是怎么將Redux跟React結合起來，用到了一些React的API。
本文全部代碼已經上傳到GitHub，大家可以拿下來玩下：https://github.com/dennis-jiang/Front-End-Knowledges/tree/master/Examples/React/redux
基本概念
Redux的概念有很多文章都講過，想必大家都看過很多了，我這里不再展開，只是簡單提一下。Redux基本概念主要有以下幾個：
Store
人如其名，Store就是一個倉庫，它存儲了所有的狀態(State)，還提供了一些操作他的API，我們后續的操作其實都是在操作這個倉庫。假如我們的倉庫是用來放牛奶的，初始情況下，我們的倉庫里面一箱牛奶都沒有，那Store的狀態(State)就是：
{
milk: 0
}
Actions
一個Action就是一個動作，這個動作的目的是更改Store中的某個狀態，Store還是上面的那個倉庫，現在我想往倉庫放一箱牛奶，那"我想往倉庫放一箱牛奶"就是一個Action，代碼就是這樣：
{
type: "PUT_MILK",
count: 1
}
Reducers
前面"我想往倉庫放一箱牛奶"只是想了，還沒操作，具體操作要靠Reducer，Reducer就是根據接收的Action來改變Store中的狀態，比如我接收了一個PUT_MILK，同時數量count是1，那放進去的結果就是milk增加了1，從0變成了1，代碼就是這樣:
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
}
}
可以看到Redux本身就是一個單純的狀態機，Store存放了所有的狀態，Action是一個改變狀態的通知，Reducer接收到通知就更改Store中對應的狀態。
簡單例子
下面我們來看一個簡單的例子，包含了前面提到的Store，Action和Reducer這幾個概念：
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其實就是訂閱store的變化，一旦store發生了變化，傳入的回調函數就會被調用
// 如果是結合頁面更新，更新的操作就是在這里執行
store.subscribe(() => console.log(store.getState()));
// 將action發出去要用dispatch
store.dispatch({ type: 'PUT_MILK' }); // milk: 1
store.dispatch({ type: 'PUT_MILK' }); // milk: 2
store.dispatch({ type: 'TAKE_MILK' }); // milk: 1
自己實現
前面我們那個例子雖然短小，但是已經包含了Redux的核心功能了，所以我們手寫的第一個目標就是替換這個例子中的Redux。要替換這個Redux，我們得先知道他里面都有什么東西，仔細一看，我們好像只用到了他的一個API:
createStore：這個API接受reducer方法作為參數，返回一個store，主要功能都在這個store上。
看看store上我們都用到了啥：
store.subscribe: 訂閱state的變化，當state變化的時候執行回調，可以有多個subscribe，里面的回調會依次執行。
store.dispatch: 發出action的方法，每次dispatchaction都會執行reducer生成新的state，然后執行subscribe注冊的回調。
store.getState:一個簡單的方法，返回當前的state。
看到subscribe注冊回調，dispatch觸發回調，想到了什么，這不就是發布訂閱模式嗎？我之前有一篇文章詳細講過發布訂閱模式了，這里直接仿寫一個。
function createStore() {
let state; // state記錄所有狀態
let listeners = []; // 保存所有注冊的回調
function subscribe(callback) {
listeners.push(callback); // subscribe就是將回調保存下來
}
// dispatch就是將所有的回調拿出來依次執行就行
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包裝一下前面的方法直接返回
const store = {
subscribe,
dispatch,
getState
}
return store;
}
上述代碼是不是很簡單嘛，Redux核心也是一個發布訂閱模式，就是這么簡單！等等，好像漏了啥，reducer呢？reducer的作用是在發布事件的時候改變state，所以我們的dispatch在執行回調前應該先執行reducer,用reducer的返回值重新給state賦值，dispatch改寫如下:
function dispatch(action) {
state = reducer(state, action);
for (let i = 0; i < listeners.length; i++) {
const listener = listeners[i];
listener();
}
}
到這里，前面例子用到的所有API我們都自己實現了，我們用自己的Redux來替換下官方的Redux試試：
// import { createStore } from 'redux';
import { createStore } from './myRedux';
可以看到輸出結果是一樣的，說明我們自己寫的Redux沒有問題：
了解了Redux的核心原理，我們再去看他的源碼應該就沒有問題了，createStore的源碼傳送門。
最后我們再來梳理下Redux的核心流程，注意單純的Redux只是個狀態機，是沒有View層的哦。
除了這個核心邏輯外，Redux里面還有些API也很有意思，我們也來手寫下。
手寫combineReducers
combineReducers也是使用非常廣泛的API，當我們應用越來越復雜，如果將所有邏輯都寫在一個reducer里面，最終這個文件可能會有成千上萬行，所以Redux提供了combineReducers，可以讓我們為不同的模塊寫自己的reducer，最終將他們組合起來。比如我們最開始那個牛奶倉庫，由于我們的業務發展很好，我們又增加了一個放大米的倉庫，我們可以為這兩個倉庫創建自己的reducer，然后將他們組合起來，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組合兩個reducer
const reducer = combineReducers({milkState: milkReducer, riceState: riceReducer});
let store = createStore(reducer);
store.subscribe(() => console.log(store.getState()));
// 操作??的action
store.dispatch({ type: 'PUT_MILK', count: 1 }); // milk: 1
store.dispatch({ type: 'PUT_MILK', count: 1 }); // milk: 2
store.dispatch({ type: 'TAKE_MILK', count: 1 }); // milk: 1
// 操作大米的action
store.dispatch({ type: 'PUT_RICE', count: 1 }); // rice: 1
store.dispatch({ type: 'PUT_RICE', count: 1 }); // rice: 2
store.dispatch({ type: 'TAKE_RICE', count: 1 }); // rice: 1
上面代碼我們將大的state分成了兩個小的milkState和riceState，最終運行結果如下：
知道了用法，我們嘗試自己來寫下呢！要手寫combineReducers，我們先來分析下他干了啥，首先它的返回值是一個reducer，這個reducer同樣會作為createStore的參數傳進去，說明這個返回值是一個跟我們之前普通reducer結構一樣的函數。這個函數同樣接收state和action然后返回新的state，只是這個新的state要符合combineReducers參數的數據結構。我們嘗試來寫下：
function combineReducers(reducerMap) {
const reducerKeys = Object.keys(reducerMap); // 先把參數里面所有的鍵值拿出來
// 返回值是一個普通結構的reducer函數
const reducer = (state = {}, action) => {
const newState = {};
for(let i = 0; i < reducerKeys.length; i++) {
// reducerMap里面每個鍵的值都是一個reducer，我們把它拿出來運行下就可以得到對應鍵新的state值
// 然后將所有reducer返回的state按照參數里面的key組裝好
// 最后再返回組裝好的newState就行
const key = reducerKeys[i];
const currentReducer = reducerMap[key];
const prevState = state[key];
newState[key] = currentReducer(prevState, action);
}
return newState;
};
return reducer;
}
官方源碼的實現原理跟我們的一樣，只是他有更多的錯誤處理，大家可以對照著看下。
手寫applyMiddleware
middleware是Redux里面很重要的一個概念，Redux的生態主要靠這個API接入，比如我們想寫一個logger的中間件可以這樣寫(這個中間件來自于官方文檔)：
// logger是一個中間件，注意返回值嵌了好幾層函數
// 我們后面來看看為什么這么設計
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的時候將applyMiddleware作為第二個參數傳進去
const store = createStore(
reducer,
applyMiddleware(logger)
)
可以看到上述代碼為了支持中間件，createStore支持了第二個參數，這個參數官方稱為enhancer，顧名思義他是一個增強器，用來增強store的能力的。官方對于enhancer的定義如下：
type StoreEnhancer = (next: StoreCreator) => StoreCreator
上面的結構的意思是說enhancer作為一個函數，他接收StoreCreator函數作為參數，同時返回的也必須是一個StoreCreator函數。注意他的返回值也是一個StoreCreator函數，也就是我們把他的返回值拿出來繼續執行應該得到跟之前的createStore一樣的返回結構，也就是說我們之前的createStore返回啥結構，他也必須返回結構，也就是這個store：
{
subscribe,
dispatch,
getState
}
createStore支持enhancer
根據他關于enhancer的定義，我們來改寫下自己的createStore，讓他支持enhancer：
function createStore(reducer, enhancer) { // 接收第二個參數enhancer
// 先處理enhancer
// 如果enhancer存在并且是函數
// 我們將createStore作為參數傳給他
// 他應該返回一個新的createStore給我
// 我再拿這個新的createStore執行，應該得到一個store
// 直接返回這個store就行
if(enhancer && typeof enhancer === 'function'){
const newCreateStore = enhancer(createStore);
const newStore = newCreateStore(reducer);
return newStore;
}
// 如果沒有enhancer或者enhancer不是函數，直接執行之前的邏輯
// 下面這些代碼都是之前那版
// 省略n行代碼
// .......
const store = {
subscribe,
dispatch,
getState
}
return store;
}
applyMiddleware返回值是一個enhancer
前面我們已經有了enhancer的基本結構，applyMiddleware是作為第二個參數傳給createStore的，也就是說他是一個enhancer，準確的說是applyMiddleware的返回值是一個enhancer，因為我們傳給createStore的是他的執行結果applyMiddleware()：
function applyMiddleware(middleware) {
// applyMiddleware的返回值應該是一個enhancer
// 按照我們前面說的enhancer的參數是createStore
function enhancer(createStore) {
// enhancer應該返回一個新的createStore
function newCreateStore(reducer) {
// 我們先寫個空的newCreateStore，直接返回createStore的結果
const store = createStore(reducer);
return store
}
return newCreateStore;
}
return enhancer;
}
實現applyMiddleware
上面我們已經有了applyMiddleware的基本結構了，但是功能還沒實現，要實現他的功能，我們必須先搞清楚一個中間件到底有什么功能，還是以前面的logger中間件為例：
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
}
}
}
這個中間件運行效果如下:
可以看到我們let result = next(action);這行執行之后state改變了，前面我們說了要改變state只能dispatch(action)，所以這里的next(action)就是dispatch(action)，只是換了一個名字而已。而且注意最后一層返回值return function(action)的結構，他的參數是action，是不是很像dispatch(action)，其實他就是一個新的dispatch(action)，這個新的dispatch(action)會調用原始的dispatch，并且在調用的前后加上自己的邏輯。所以到這里一個中間件的結構也清楚了：
- 一個中間件接收
store作為參數，會返回一個函數- 返回的這個函數接收老的
dispatch函數作為參數，會返回一個新的函數- 返回的新函數就是新的
dispatch函數，這個函數里面可以拿到外面兩層傳進來的store和老dispatch函數
所以說白了，中間件就是加強dispatch的功能，用新的dispatch替換老的dispatch，這不就是個裝飾者模式嗎？其實前面enhancer也是一個裝飾者模式，傳入一個createStore，在createStore執行前后加上些代碼，最后又返回一個增強版的createStore。可見設計模式在這些優秀的框架中還真是廣泛存在，如果你對裝飾者模式還不太熟悉，可以看我之前這篇文章。
遵循這個思路，我們的applyMiddleware就可以寫出來了：
// 直接把前面的結構拿過來
function applyMiddleware(middleware) {
function enhancer(createStore) {
function newCreateStore(reducer) {
const store = createStore(reducer);
// 將middleware拿過來執行下，傳入store
// 得到第一層函數
const func = middleware(store);
// 解構出原始的dispatch
const { dispatch } = store;
// 將原始的dispatch函數傳給func執行
// 得到增強版的dispatch
const newDispatch = func(dispatch);
// 返回的時候用增強版的newDispatch替換原始的dispatch
return {...store, dispatch: newDispatch}
}
return newCreateStore;
}
return enhancer;
}
照例用我們自己的applyMiddleware替換老的，跑起來是一樣的效果，說明我們寫的沒問題，哈哈~
支持多個middleware
我們的applyMiddleware還差一個功能，就是支持多個middleware，比如像這樣:
applyMiddleware(
rafScheduler,
timeoutScheduler,
thunk,
vanillaPromise,
readyStatePromise,
logger,
crashReporter
)
其實要支持這個也簡單，我們返回的newDispatch里面依次的將傳入的middleware拿出來執行就行，多個函數的串行執行可以使用輔助函數compose，這個函數定義如下。只是需要注意的是我們這里的compose不能把方法拿來執行就完了，應該返回一個包裹了所有方法的方法。
function compose(...func){
return funcs.reduce((a, b) => (...args) => a(b(...args)));
}
這個compose可能比較讓人困惑，我這里還是講解下，比如我們有三個函數，這三個函數都是我們前面接收dispatch返回新dispatch的方法：
const fun1 = dispatch => newDispatch1;
const fun2 = dispatch => newDispatch2;
const fun3 = dispatch => newDispatch3;
當我們使用了compose(fun1, fun2, fun3)后執行順序是什么樣的呢？
// 第一次其實執行的是
(func1, func2) => (...args) => func1(fun2(...args))
// 這次執行完的返回值是下面這個，用個變量存起來吧
const temp = (...args) => func1(fun2(...args))
// 我們下次再循環的時候其實執行的是
(temp, func3) => (...args) => temp(func3(...args));
// 這個返回值是下面這個，也就是最終的返回值，其實就是從func3開始從右往左執行完了所有函數
// 前面的返回值會作為后面參數
(...args) => temp(func3(...args));
// 再看看上面這個方法，如果把dispatch作為參數傳進去會是什么效果
(dispatch) => temp(func3(dispatch));
// 然后func3(dispatch)返回的是newDispatch3，這個又傳給了temp(newDispatch3)，也就是下面這個會執行
(newDispatch3) => func1(fun2(newDispatch3))
// 上面這個里面用newDispatch3執行fun2(newDispatch3)會得到newDispatch2
// 然后func1(newDispatch2)會得到newDispatch1
// 注意這時候的newDispatch1其實已經包含了newDispatch3和newDispatch2的邏輯了，將它拿出來執行這三個方法就都執行了
所以我們支持多個middleware的代碼就是這樣:
// 參數支持多個中間件
function applyMiddleware(...middlewares) {
function enhancer(createStore) {
function newCreateStore(reducer) {
const store = createStore(reducer);
// 多個middleware，先解構出dispatch => newDispatch的結構
const chain = middlewares.map(middleware => middleware(store));
const { dispatch } = store;
// 用compose得到一個組合了所有newDispatch的函數
const newDispatchGen = compose(...chain);
// 執行這個函數得到newDispatch
const newDispatch = newDispatchGen(dispatch);
return {...store, dispatch: newDispatch}
}
return newCreateStore;
}
return enhancer;
}
最后我們再加一個logger2中間件實現效果:
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));
可以看到logger2也已經打印出來了，大功告成。
現在我們也可以知道他的中間件為什么要包裹幾層函數了：
第一層：目的是傳入
store參數第二層：第二層的結構是
dispatch => newDispatch，多個中間件的這層函數可以compose起來，形成一個大的dispatch => newDispatch第三層：這層就是最終的返回值了，其實就是
newDispatch，是增強過的dispatch，是中間件的真正邏輯所在。
到這里我們的applyMiddleware就寫完了，對應的源碼可以看這里，相信看了本文再去看源碼就沒啥問題了！
本文所有代碼已經傳到GitHub，大家可以去拿下來玩一下：https://github.com/dennis-jiang/Front-End-Knowledges/tree/master/Examples/React/redux
總結
- 單純的Redux只是一個狀態機，
store里面存了所有的狀態state，要改變里面的狀態state，只能dispatch action。 - 對于發出來的
action需要用reducer來處理，reducer會計算新的state來替代老的state。 subscribe方法可以注冊回調方法，當dispatch action的時候會執行里面的回調。- Redux其實就是一個發布訂閱模式！
- Redux還支持
enhancer，enhancer其實就是一個裝飾者模式，傳入當前的createStore，返回一個增強的createStore。 - Redux使用
applyMiddleware支持中間件，applyMiddleware的返回值其實就是一個enhancer。 - Redux的中間件也是一個裝飾者模式，傳入當前的
dispatch，返回一個增強了的dispatch。 - 單純的Redux是沒有View層的，所以他可以跟各種UI庫結合使用，比如
react-redux，計劃下一篇文章就是手寫react-redux。
參考資料
GitHub源碼：https://github.com/reduxjs/redux
文章的最后，感謝你花費寶貴的時間閱讀本文，如果本文給了你一點點幫助或者啟發，請不要吝嗇你的贊和GitHub小星星，你的支持是作者持續創作的動力。
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