手写一个Redux，深入理解其原理
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。
本文全部代码已经上传到GitHub，大家可以拿下来玩下：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
}
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
}
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
}
}
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dispatch
store.dispatch({ type: 'PUT_MILK' }); // milk: 1
store.dispatch({ type: 'PUT_MILK' }); // milk: 2
store.dispatch({ type: 'TAKE_MILK' }); // milk: 1
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:
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dispatchaction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？我之前有一篇文章详细讲过发布订阅模式了，这里直接仿写一个。
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;
}
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();
}
}
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';
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，createStore的源码传送门。
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
上面代码我们将大的state分成了两个小的milkState和riceState，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state和action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;
}
官方源码的实现原理跟我们的一样，只是他有更多的错误处理，大家可以对照着看下。
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)
)
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
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
}
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;
}
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;
}
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
}
}
}
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：
- 一个中间件接收
store作为参数，会返回一个函数- 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- 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。可见设计模式在这些优秀的框架中还真是广泛存在，如果你对装饰者模式还不太熟悉，可以看我之前这篇文章。
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;
}
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
)
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)));
}
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;
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
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;
}
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));
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，对应的源码可以看这里，相信看了本文再去看源码就没啥问题了！
本文所有代码已经传到GitHub，大家可以去拿下来玩一下：https://github.com/dennis-jiang/Front-End-Knowledges/tree/master/Examples/React/redux
总结
- 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。 - 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。 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。- Redux其实就是一个发布订阅模式！
- Redux还支持
enhancer，enhancer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。 - Redux使用
applyMiddleware支持中间件，applyMiddleware的返回值其实就是一个enhancer。 - 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。 - 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。
参考资料
GitHub源码：https://github.com/reduxjs/redux
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