Immutable.js 教程：拥抱不可变数据

目录

  1. 为什么需要 Immutable.js？ - 解决的核心问题
  2. 核心概念 - 深入理解不可变性
  3. 快速入门 - 安装与第一个示例
  4. 核心 API 详解 - 常用数据类型的操作
  5. 性能优势 - 为什么不可变数据更快？
  6. 与 React 的结合 - 在 React 应用中的最佳实践
  7. 进阶主题 - Record, Seq, fromJS 等
  8. 优缺点与替代方案 - Immutable.js vs. 其他方案

为什么需要 Immutable.js？

在 JavaScript 中，对象和数组是可变的，这意味着你可以直接修改它们的内容，而不会创建新的实例。

immutable.js 教程
（图片来源网络，侵删）
const user = { name: 'Alice', age: 30 };
// 直接修改原对象
user.age = 31; 
console.log(user); // { name: 'Alice', age: 31 } - 原对象被改变了

这种可变性在大型、复杂的应用（尤其是前端框架如 React）中会带来很多问题：

  • 难以追踪状态变化：当你不知道一个对象在何时、何地、被谁修改时，调试会变得异常困难，状态变化变得不可预测。
  • 性能问题：React 的 shouldComponentUpdate 或 React.memo 依赖于 props 或 state 的浅比较，如果父组件的状态更新，即使子组件用到的数据没有变，因为引用地址变了，子组件也会不必要的重新渲染。
  • 副作用：意外的修改会导致难以发现的 bug，一个函数意外地修改了传入的对象，而这个对象又被其他地方使用。

Immutable.js 的解决方案： Immutable.js 通过提供一套持久化的数据结构，确保任何修改操作都会返回一个全新的对象，而原始对象保持不变，这使得数据变化变得可预测、可追踪，并能与 React 的渲染机制完美配合。

核心概念

在深入学习 API 之前，必须理解 Immutable.js 的几个核心概念：

a. 持久化数据结构

当你修改一个 Immutable 对象时，它会创建一个新的对象，但它并不是将整个旧数据都复制一遍，而是通过结构共享来高效地复用未改变的部分，这使得操作的性能非常高，尤其是在处理大型数据集时。

immutable.js 教程
（图片来源网络，侵删）

b. 不可变

一旦创建,一个 Immutable 对象就不能被改变，任何试图修改它的操作都会返回一个包含新值的新对象。

c. 结构共享

这是 Immutable.js 性能的关键，当你修改一个对象时，只有被修改的路径会创建新的数据节点，其他未受影响的节点会直接被复用，形成新的“分支”指向旧的“树”。

一个简单的比喻： 想象一棵树（你的数据）。

  • 可变：你直接爬上树，把一片叶子摘下来换成了新的，整棵树还是原来的那棵。
  • 不可变：你不想改变原来的树，你找到了那片叶子，复制了它，换上新叶子后，把这片新叶子连同它所在的树枝、树干都复制了一遍，形成一棵新树，原来的树完好无损，结构共享就像是，只有那片被换掉的叶子是新做的，树枝和树干都是直接从旧树上“借”过来的。

快速入门

安装

npm install immutable
# 或者
yarn add immutable

第一个示例：创建和修改

import { Map, List } from 'immutable';
// 1. 创建一个不可变的 Map (类似 JS 的 Object)
const originalMap = Map({ a: 1, b: 2, c: { d: 3 } });
console.log(originalMap.get('a')); // 1
// 2. 修改 Map - 这会返回一个全新的 Map
const newMap = originalMap.set('a', 99);
console.log('Original:', originalMap.toJS()); // { a: 1, b: 2, c: { d: 3 } }
console.log('New:     ', newMap.toJS());     // { a: 99, b: 2, c: { d: 3 } }
// 原始 Map 没有被改变！
// 3. 深度嵌套的修改
const newNestedMap = originalMap.setIn(['c', 'd'], 999); // 使用 setIn 修改深层属性
console.log('New Nested:', newNestedMap.toJS()); // { a: 1, b: 2, c: { d: 999 } }
// 4. 创建一个不可变的 List (类似 JS 的 Array)
const originalList = List([1, 2, 3]);
const newList = originalList.push(4);
console.log('Original List:', originalList.toJS()); // [1, 2, 3]
console.log('New List:    ', newList.toJS());     // [1, 2, 3, 4]

关键点：

immutable.js 教程
（图片来源网络，侵删）
  • 使用 Map, List 等构造函数来创建不可变对象。
  • 使用 .set(), .push(), .delete() 等方法进行修改。
  • 这些方法不会修改原对象，而是返回新对象。
  • 使用 .toJS() 将 Immutable 对象转换回普通的 JavaScript 对象，方便调试或传递给需要普通 JS 对象的库。

核心 API 详解

Immutable.js 提供了多种数据结构，覆盖了 JavaScript 的原生类型。

Immutable.js JavaScript 描述
Map Object 键值对集合，键可以是任意类型。
List Array 有序的索引值集合。
OrderedMap Object 保留了键插入顺序的 Map。
Set Set 唯一值的集合。
OrderedSet Set 保留了值插入顺序的 Set。
Stack Array 后进先出 的栈。
Record Class 一个具有固定集合属性的 Map 的子类。

常用操作（以 Map 和 List 为例）

Map 操作

import { Map } from 'immutable';
const map1 = Map({ a: 1, b: 2 });
const map2 = Map({ b: 20, c: 30 });
// 合并
const mergedMap = map1.merge(map2);
console.log(mergedMap.toJS()); // { a: 1, b: 20, c: 30 } (b 被覆盖)
// 删除
const mapWithoutA = map1.delete('a');
console.log(mapWithoutA.toJS()); // { b: 2 }
// 获取
console.log(map1.get('a')); // 1
console.log(map1.has('c')); // false
// 转换
console.log(map1.toJS()); // { a: 1, b: 2 }
console.log(map1.toObject()); // { a: 1, b: 2 }
console.log(map1.toArray()); // [ [ 'a', 1 ], [ 'b', 2 ] ]

List 操作

import { List } from 'immutable';
const list1 = List([1, 2, 3]);
const list2 = List([4, 5, 6]);
// 添加元素
const newList = list1.push(4);
console.log(newList.toJS()); // [1, 2, 3, 4]
// 合并 Lists
const concatenatedList = list1.concat(list2);
console.log(concatenatedList.toJS()); // [1, 2, 3, 4, 5, 6]
// 获取和设置
console.log(list1.get(0)); // 1
const updatedList = list1.set(0, 99);
console.log(updatedList.toJS()); // [99, 2, 3]
// 转换
console.log(list1.toJS()); // [1, 2, 3]
console.log(list1.toArray()); // [1, 2, 3]

深度操作

当处理嵌套结构时,使用 In 后缀的方法非常方便。

const nestedMap = Map({
  user: Map({
    name: 'Alice',
    address: Map({
      city: 'New York',
      zip: '10001'
    })
  })
});
// 修改深层嵌套属性
const updatedNestedMap = nestedMap.setIn(['user', 'address', 'zip'], '10003');
console.log(updatedNestedMap.toJS());
// {
//   user: {
//     name: 'Alice',
//     address: {
//       city: 'New York',
//       zip: '10003' // 已更新
//     }
//   }
// }
// 获取深层嵌套属性
const zipCode = nestedMap.getIn(['user', 'address', 'zip']);
console.log(zipCode); // '10001'
// 删除深层嵌套属性
const mapWithoutZip = nestedMap.deleteIn(['user', 'address', 'zip']);
console.log(mapWithoutZip.toJS());
// {
//   user: {
//     name: 'Alice',
//     address: {
//       city: 'New York' // zip 已删除
//     }
//   }
// }

性能优势

Immutable.js 的性能优势主要体现在两个方面：

  1. 减少渲染：在 React 中，组件的重新渲染通常是由于 state 或 props 的引用地址改变，使用 Immutable.js，当状态的一部分发生变化时，只有那一小部分会创建新对象，如果传递给子组件的 props 恰好是那部分未改变的数据，它的引用地址就不会变，React.memo 或 shouldComponentUpdate 就能正确地阻止不必要的重新渲染。

  2. 高效的比较：比较两个普通 JS 对象是否相等（深度比较）是一个昂贵的操作，时间复杂度为 O(n)，而比较两个 Immutable 对象是否相等，只需要比较它们的根引用即可，时间复杂度为 O(1)，Immutable.js 提供了 is() 函数来做这件事。

import { is, Map } from 'immutable';
const map1 = Map({ a: 1, b: 2 });
const map2 = Map({ a: 1, b: 2 });
const map3 = map1.set('a', 99);
console.log(is(map1, map2)); // true，内容相同，但它们是不同的实例
console.log(is(map1, map3)); // false，内容不同
// 在 React 中，可以这样用
shouldComponentUpdate(nextProps, nextState) {
  return !is(this.props, nextProps) || !is(this.state, nextState);
}

与 React 的结合

这是 Immutable.js 最经典的应用场景。

最佳实践：将 state 设为 Immutable 对象

import React, { Component } from 'react';
import { Map, fromJS } from 'immutable';
class MyComponent extends Component {
  constructor(props) {
    super(props);
    // 使用 fromJS 可以方便地将普通 JS 对象转换为 Immutable 对象
    this.state = fromJS({
      user: {
        name: 'Alice',
        todos: [
          { id: 1, text: 'Learn Immutable.js', completed: true },
          { id: 2, text: 'Build an app', completed: false }
        ]
      }
    });
  }
  toggleTodo = (todoId) => {
    // 使用 updateIn 和一个函数来更新状态
    // 函数接收旧值，返回新值
    this.setState(state =>
      state.updateIn(['user', 'todos'], todos =>
        todos.map(todo =>
          todo.get('id') === todoId
            ? todo.set('completed', !todo.get('completed'))
            : todo
        )
      )
    );
  };
  render() {
    // 使用 .toJS() 将 Immutable 对象转回普通 JS 对象，供组件使用
    const { name, todos } = this.state.getIn(['user']).toJS();
    return (
      <div>
        <h1>{name}'s Todos</h1>
        <ul>
          {todos.map(todo => (
            <li key={todo.id} onClick={() => this.toggleTodo(todo.id)}>
              {todo.text} - {todo.completed ? 'Done' : 'Pending'}
            </li>
          ))}
        </ul>
      </div>
    );
  }
}

使用 React.memo 优化子组件

// 子组件
const TodoItem = React.memo(({ todo, onToggle }) => {
  console.log('TodoItem rendered for:', todo.id); // 只有当 todo 对象引用改变时才会打印
  return (
    <li onClick={() => onToggle(todo.id)}>
      {todo.text} - {todo.completed ? 'Done' : 'Pending'}
    </li>
  );
});
// 父组件
// ... 在父组件的 render 方法中
return (
  <ul>
    {todos.map(todo => (
      // 传递一个普通的 JS 对象 (通过 .toJS() 获取)
      <TodoItem key={todo.id} todo={todo} onToggle={this.toggleTodo} />
    ))}
  </ul>
);

由于 TodoItem 被 React.memo 包裹，只有当 todo prop 的引用地址改变时它才会重新渲染，因为我们使用了 Immutable.js，只有当 todo 的某个属性真正改变时，才会创建一个新的 todo 对象，从而保证了性能。

进阶主题

Record

Record 是 Map 的一个子类，它定义了一组固定的属性，当你尝试访问一个未定义的属性时，它会返回 undefined 而不是抛出错误。

import { Record } from 'immutable';
// 定义 Record 的结构
const TodoRecord = Record({
  id: null,
  text: '',
  completed: false,
});
const myTodo = new TodoRecord({ id: 1, text: 'Learn Records' });
console.log(myTodo.get('id')); // 1
console.log(myTodo.get('completed')); // false (默认值)
console.log(myTodo.get('priority')); // undefined (未定义的属性)
// 创建一个新的 Record 实例
const updatedTodo = myTodo.set('completed', true);
console.log(updatedTodo === myTodo); // false, 总是返回新实例

Seq

Seq (Sequence) 是 Immutable.js 中最强大的概念之一，它是一个惰性求值的序列，意味着它只在需要时才计算值，这对于处理大数据集非常有用，可以极大地提高性能和节省内存。

import { Seq } from 'immutable';
const mySeq = Seq({ a: 1, b: 2, c: 3 });
// Seq 是惰性的，下面的操作不会立即执行
const mappedSeq = mySeq.map(x => x * 2);
// 只有在需要结果时（转换为 JS 对象或数组），计算才会发生
console.log(mappedSeq.toJS()); // { a: 2, b: 4, c: 6 }
// 也可以转换为数组
console.log(mappedSeq.toArray()); // [2, 4, 6]

fromJS 和 toJS

  • fromJS: 一个强大的工具函数，可以递归地将普通的 JavaScript 对象和数组转换为 Immutable 的 Map 和 List，非常适合初始化状态。
  • toJS: 将 Immutable 对象递归地转换回普通的 JavaScript 对象，通常在需要将数据传递给非 Immutable 库（如 API 请求、DOM 操作）或用于调试时使用。

优缺点与替代方案

优点

  • 可预测性：状态变化清晰明了，易于调试。
  • 高性能：结构共享和 O(1) 的比较，优化了 React 渲染。
  • 函数式编程：鼓励使用纯函数，减少副作用。
  • 强大的 API：提供了丰富的、链式调用的 API。

缺点

  • 学习曲线：需要理解新的数据结构和 API。
  • 包体积：引入整个 immutable 库会增加应用的打包体积。
  • 与原生 API 不兼容：不能直接使用 map.forEach() 或 Object.keys() 等，必须使用 Immutable.js 提供的方法。

替代方案

  1. Immer

    • 理念：使用“可写”的语法来生成不可变的数据，它通过一个 produce 函数，让你在一个代理对象上像写普通代码一样修改数据，然后在函数结束时，Immer 会为你计算出最小化的、不可变的新数据。

    • 优点：

      • 学习成本低：语法非常直观，几乎和写普通 JS 一样。
      • 代码简洁：避免了深层嵌套的 setIn 调用。
      • 包体积小：比 Immutable.js 小得多。

    • 示例：

      import { produce } from 'immer';
const nextState = produce(baseState, draft => {
  // draft 是一个代理，你可以直接修改它
  draft.user.todos[0].completed = true;
});

    • 目前社区更推荐使用 Immer，因为它在易用性和性能之间取得了更好的平衡。

  2. 原生 JavaScript (Spread/Rest 和 Object.freeze)

    • 对于简单的状态管理,可以使用 ES6 的展开运算符来创建新的对象和数组。
    • Object.freeze 可以防止对象被扩展或修改，但它是浅冻结。
    • 缺点：对于深层嵌套的结构，代码会变得非常冗长和繁琐。
特性 Immutable.js Immer
核心思想 提供一套全新的不可变数据结构 使用代理让你用“可写”语法生成不可变数据
易用性 较低，需要学习新 API 极高，语法直观
代码风格 链式调用，如 map.setIn(...).delete(...) 类似普通 JS，如 draft.a.b = c
性能 极高，结构共享 极高，通过 Proxy 优化
包体积 较大 较小
推荐度 经典方案，功能强大，但社区热度下降 当前社区首选，更现代、易用

如何选择？

  • 新项目：强烈推荐从 Immer 开始，它几乎在所有方面都优于 Immutable.js，并且更容易被团队接受。
  • 维护旧项目：如果你的项目已经在使用 Immutable.js 并且运行良好，没有遇到明显的性能或维护问题，那么继续使用它是完全可以的，迁移到 Immer 需要一定的成本。
  • 需要特定功能：如果你需要 Record 或 Seq 这类非常特定的、高级的功能，Immer 的实现方式不能满足你，Immutable.js 仍然是一个不错的选择。

无论选择哪个,拥抱不可变数据的思想都是现代前端开发中一项非常重要的技能。