#yyds干货盘点#Redux 源码与函数式编程

Redux 属于典型的“百行代码，千行文档”，其中核心代码非常少，但是思想不简单，可以总结为下面两点：

• ​全局状态唯一且不可变（Immutable） ，不可变的意思是当需要修改状态的时候，用一个新的来替换，而不是直接在原数据上做更改：

let store = { foo: 1, bar: 2 };

// 当需要更新某个状态的时候
// 创建一个新的对象，然后把原来的替换掉
store = { ...store, foo: 111 };

这点与 Vue 恰好相反，在 Vue 中必须直接在原对象上修改，才能被响应式机制监听到，从而触发 setter 通知依赖更新。

​状态更新通过一个纯函数（Reducer）完成。纯函数（Pure function）的特点是：

• 输出仅与输入有关；
• 引用透明，不依赖外部变量；
• 不产生副作用；

因此对于一个纯函数，相同的输入一定会产生相同的输出，非常稳定。使用纯函数进行全局状态的修改，使得全局状态可以被预测。

​

基本概念

​在使用 Redux 及阅读源码之前需要了解下面几个概念：

​

Action

action 是一个普通 JavaScript 对象，用来描述如何修改状态，其中需要包含 type 属性。一个典型的 action 如下所示：

const addTodoAction = {
  type: 'todos/todoAdded',
  payload: 'Buy milk'
}

Reducers

reducer 是一个纯函数，其函数签名如下：

/**
 * @param {State} state 当前状态
 * @param {Action} action 描述如何更新状态
 * @returns 更新后的状态
 */
function reducer(state: State, action: Action): State

reducer 函数的名字来源于数组的 reduce 方法，因为它们类似数组 reduce 方法传递的回调函数，也就是上一个返回的值会作为下一次调用的参数传入。

reducer函数的编写需要严格遵顼以下规则：

• 检查reducer是否关心当前的action

• 如果是，就创建一份状态的副本，使用新的值更新副本中的状态，然后返回这个副本

• 否则就返回当前状态

一个典型的 reducer 函数如下：

const initialState = { value: 0 }

function counterReducer(state = initialState, action) {
  if (action.type === 'counter/incremented') {
    return {
      ...state,
      value: state.value + 1
    }
  }
  return state
}

Store

通过调用 createStore 创建的 Redux 应用实例，可以通过 getState() 方法获取到当前状态。

​

Dispatch

store 实例暴露的方法。更新状态的唯一方法就是通过 dispatch 提交 action 。store 将会调用 reducer 执行状态更新，然后可以通过 getState() 方法获取更新后的状态：

store.dispatch({ type: 'counter/incremented' })

console.log(store.getState())
// {value: 1}

storeEnhancer

createStore 的高阶函数封装，用于增强 store 的能力。Redux 的 applyMiddleware 是官方提供的一个 enhancer 。

​

middleware

dispatch 的高阶函数封装，由 applyMiddleware 把原 dispatch替换为包含 middleware 链式调用的实现。Redux-thunk 是官方提供的 middleware，用于支持异步 action 。

​

基本使用

学习源码之前，我们先来看下 Redux 的基本使用，便于更好地理解源码。

首先我们编写一个 Reducer 函数如下：

// reducer.js
const initState = {
  userInfo: null,
  isLoading: false
};

export default function reducer(state = initState, action) {
  switch (action.type) {
    case 'FETCH_USER_SUCCEEDED':
      return {
        ...state,
        userInfo: action.payload,
        isLoading: false
      };
    case 'FETCH_USER_INFO':
      return { ...state, isLoading: true };
    default:
      return state;
  }
}

在上面代码中：

• reducer首次调用的时候会传入initState作为初始状态，然后switch…case最后的default用来获取初始状态
• 在switch…case中还定义了两个action.type用来指定如何更新状态

接下来我们创建 store ：

// index.js
import { createStore } from "redux";
import reducer from "./reducer";

const store = createStore(reducer);

store 实例会暴露两个方法 getState 和 dispatch ，其中 getState 用于获取状态，dispatch 用于提交 action 修改状态，同时还有一个 subscribe 用于订阅store的变化：

// index.js

// 每次更新状态后订阅 store 变化
store.subscribe(() => console.log(store.getState()));

// 获取初始状态
store.getState();

// 提交 action 更新状态
store.dispatch({ type: "FETCH_USER_INFO" });
store.dispatch({ type: "FETCH_USER_SUCCEEDED", payload: "测试内容" });

我们运行一下上面的代码，控制台会先后打印：

{ userInfo: null, isLoading: false } // 初始状态
{ userInfo: null, isLoading: true } // 第一次更新
{ userInfo: "测试内容", isLoading: false } // 第二次更新

Redux Core 源码分析

上面的例子虽然很简单，但是已经包含 Redux 的核心功能了。接下来我们来看下源码是如何实现的。

createStore

可以说 Redux 设计的所有核心思想都在 createStore 里面了。 createStore 的实现其实非常简单，整体就是一个闭包环境，里面缓存了 currentReducer 和 currentState ，并且定义了getState、subscribe、dispatch 等方法。

createStore 的核心源码如下，由于这边还没用到 storeEnhancer ，开头有些if…else的逻辑被省略了，顺便把源码中的类型注解也都去掉了，方便阅读：

// src/createStore.ts
function createStore(reducer, preloadState = undefined) {
  let currentReducer = reducer;
  let currentState = preloadState;
  let listeners = [];

  const getState = () => {
    return currentState;
  }

  const subscribe = (listener) => {
    listeners.push(listener);
  }

  const dispatch = (action) => {
    currentState = currentReducer(currentState, action);

    for (let i = 0; i < listeners.length; i++) {
      const listener = listeners[i];
      listener();
    }

    return action;
  }
  
  dispatch({ type: "INIT" });

  return {
    getState,
    subscribe,
    dispatch
  }
}

createStore 的调用链路如下：

• 首先调用 createStore 方法，传入 reducer 和 preloadState 。preloadState 代表初始状态，假如不传那么 reducer 必须要指定初始值；
• 将 reducer 和 preloadState 分别赋值给 currentReducer 和 currentState 用于创建闭包；
• 创建 listeners 数组，这其实就是基于发布订阅模式，listeners 就是发布订阅模式的事件中心，也是通过闭包缓存；
• 创建 getState 、subscribe 、dispatch 等函数；
• 调用 dispatch 函数，提交一个 INIT 的 action 用来生成初始state，在 Redux 源码中，这里的 type 是一个随机数；
• 最后返回一个包含 getState 、subscribe 、dispatch 函数的对象，即 store 实例；

那么很显然，外界无法访问到闭包的值，只能通过getState函数访问。

为了订阅状态更新，可以使用 subscribe 函数向事件中心 push 监听函数（注意 listener 是允许副作用存在的）。

当需要更新状态时，调用 dispatch 提交 action 。在 dispatch 函数中调用 currentReducer（也就是 reducer 函数），并传入 currentState 和 action ，然后生成一个新的状态，传给 currentState 。在状态更新完成后，将订阅的监听函数执行一遍（实际上只要调用 dispatch ，即使没有对 state 做任何修改，也会触发监听函数）。

如果有熟悉面向对象编程的小伙伴可能会说，createStore里面做的事情可以封装到一个类里面。确实可以，本人用 TypeScript 实现如下（发布订阅的功能不写了）：

type State = Object;
type Action = {
  type: string;
  payload?: Object;
}
type Reducer = (state: State, action: Action) => State;

// 定义 IRedux 接口
interface IRedux {
  getState(): State;
  dispatch(action: Action): Action;
}

// 实现 IRedux 接口
class Redux implements IRedux {
  // 成员变量设为私有
  // 相当于闭包作用
  private currentReducer: Reducer;
  private currentState?: State;

  constructor(reducer: Reducer, preloadState?: State) {
    this.currentReducer = reducer;
    this.currentState = preloadState;
    this.dispatch({ type: "INIT" });
  }
  
  public getState(): State {
    return this.currentState;
  }

  public dispatch(action: Action): Action {
    this.currentState = this.currentReducer(
      this.currentState,
      action
    );
    return action;
  }
}

// 通过工厂模式创建实例
function createStore(reducer: Reducer, preloadState?: State) {
  return new Redux(reducer, preloadState);
}

你看，多有意思，函数式编程和面向对象编程竟然殊途同归了。

​

applyMiddleware

applyMiddleware 是 Redux 中的一个难点，虽然代码不多，但是里面用到了大量函数式编程技巧，本人也是经过大量源码调试才彻底搞懂。

首先要能看懂这种写法：

const middleware =
  (store) =>
    (next) =>
      (action) => {
        // ...
      }

上面的写法相当于：

const middleware = function(store) {
  return function(next) {
    return function(action) {
      // ...
    }
  }
}

其次需要知道，这种其实就是函数柯里化，也就是可以分步接受参数。如果内层函数存在变量引用，那么每次调用都会生成闭包。

说到闭包，有些同学马上就想到内存泄漏。但实际上闭包在平时项目开发中非常常见，很多时候我们不经意间就创建了闭包，但往往都被我们忽略了。

闭包一大作用就是缓存值，这和声明一个变量在赋值的效果是类似的。而闭包的难点就在于，变量是显式声明，而闭包往往是隐式的，什么时候创建闭包，什么时候更新了闭包的值，很容易被忽略。

可以这么说，函数式编程就是围绕闭包展开的。在下面的源码分析中，会看到大量闭包的例子。

applyMiddleware 是 Redux 官方实现的 storeEnhancer ，实现了一套插件机制，增加 store 的能力，例如实现异步 Action ，实现 logger 日志打印，实现状态持久化等等。

export default function applyMiddleware<Ext, S = any>(
  ...middlewares: Middleware<any, S, any>[]
): StoreEnhancer<{ dispatch: Ext }>

applyMiddleware 接受一个或多个 middleware 实例，然后再传给createStore：

import { applyMiddleware, createStore } from "redux";
import thunk from "redux-thunk"; // 使用 thunk 中间件
import reducer from "./reducer";

const store = createStore(reducer, applyMiddleware(thunk));

createStore 入参中只接受一个 storeEnhancer ，如果需要传入多个，可以使用 Redux Utils 中的 compose 函数将它们组合起来。

compose 函数在后面会介绍

​看上面的用法，可以猜测 applyMiddleware 肯定也是个高阶函数。之前说到 createStore 前面有些if..else逻辑因为没用到 storeEnhancer 所以被省略了。这边我们一起来看下。

首先看 createStore 的函数签名，实际上是可以接受 1-3 个参数。其中 reducer 是必须要传递的。当第二个参数为函数类型，会识别为 storeEnhancer。如果第二个参数不是函数类型，则会识别为 preloadedState ，此时还可以再传递一个函数类型的 storeEnhancer ：

function createStore(reducer: Reducer, preloadedState?: PreloadedState | StoreEnhancer, enhancer?: StoreEnhancer): Store

可以看到源码中参数校验的逻辑：

// src/createStore.ts:71
if (
  (typeof preloadedState === 'function' && typeof enhancer === 'function') ||
  (typeof enhancer === 'function' && typeof arguments[3] === 'function')
) {
  // 传递两个函数类型参数的时候，抛出异常
  // 也就是只接受一个 storeEnhancer
  throw new Error();
}

当第二个参数为函数类型，将它作为 storeEhancer 处理：

// src/createStore.ts:82
if (typeof preloadedState === 'function' && typeof enhancer === 'undefined') {
  enhancer = preloadedState as StoreEnhancer<Ext, StateExt>
  preloadedState = undefined
}

接下来是一个比较难的逻辑：

// src/createStore.ts:87
if (typeof enhancer !== 'undefined') {
  // 如果使用了 enhancer
  if (typeof enhancer !== 'function') {
    // 如果 enhancer 不是函数就抛出异常
    throw new Error();
  }

  // 直接返回调用 enhancer 之后的结果，并没有往下继续创建 store
  // enhancer 肯定是一个高阶函数
  // 先传入了 createStore，又传入 reducer 和 preloadedState
  // 说明很有可能在 enhancer 内部再次调用 createStore
  return enhancer(createStore)(
    reducer,
    preloadedState
  )
}

下面我们来看一下 applyMiddleware 的源码，为便于阅读，把源码中的类型注解都去掉了：

// src/applyMiddleware.ts
import compose from './compose';

function applyMiddleware(...middlewares) {
  return (createStore) => (reducer, preloadedState) => {
    const store = createStore(reducer, preloadedState);
    let dispatch = () => {
      throw new Error();
    }

    const middlewareAPI = {
      getState: store.getState,
      dispatch: (action, ...args) => dispatch(action, ...args)
    }
    const chain = middlewares.map(middleware => middleware(middlewareAPI));
    dispatch = compose(...chain)(store.dispatch);

    return {
      ...store,
      dispatch
    }
  }
}

可以看到这里代码并不多，但是出现了一个函数嵌套函数的情形：

const applyMiddleware = (...middlewares) =>
  (createStore) =>
    (reducer, preloadedState) => {
      // ...
    }

分析一下源码中的调用链路：

• 调用 applyMiddleware 时，传入中间件实例，返回 enhancer 。从剩余参数的用法看出，支持传入多个 middleware ；
• 由createStore调用 enhancer ，分两次传入 createStore 和 reducer 、preloadedState ；
• 内部再次调用 createStore ，这次由于没有传 enhancer ，所以直接走创建 store 的流程；
• 创建一个经过修饰的 dispatch 方法，覆盖默认 dispatch ；
• 构造 middlewareAPI ，对 middleware 注入 middlewareAPI ；
• 将 middleware 实例组合为一个函数，再向 middleware 传递默认的 store.dispatch 方法；
• 最后返回一个新的 store 实例，此时 store 的 dispatch 方法经过了 middleware 修饰；

这里涉及到 compose 函数，是函数式编程范式中经常用到的一种处理，创建一个从右到左的数据流，右边函数执行的结果作为参数传入左边，最终返回一个以上述数据流执行的函数：

// src/compose.ts:46
export default function compose(...funcs) {
  if (funcs.length === 0) {
    return (arg) => arg
  }
  if (funcs.length === 1) {
    return funcs[0]
  }
  return funcs.reduce(
    (a, b) =>
      (...args) =>
        a(b(...args))
  )
}

通过这边的代码，我们不难推断出一个中间件的结构：

function middleware({ dispatch, getState }) {
  // 接收 middlewareAPI
  return function(next) {
    // 接收默认的 store.dispatch 方法
    return function(action) {
      // 接收组件调用 dispatch 传入的 action
      console.info('dispatching', action);
      let result = next(action);
      console.log('next state', store.getState());
      return result;
    }
  }
}

看到这里，我想大多数读者都会有两个问题：

1. 通过 middlewareAPI 获取的 dispatch 函数和 store 实例最终暴露的 dispatch 函数都是经过修饰的吗；
2. 为了防止在创建 middleware 的时候调用 dispatch ，applyMiddleware 给新的 dispatch 初始化为一个空函数，且调用会抛出异常，那么这个函数究竟在何时被替换掉的；

大家可以先试着思考一下。

说实话，本人在阅读源码的时候也被这两个问题困扰，大多数技术文章也都没有给出解释。没办法，只能通过调试源码来找答案。经过不断调试，终于搞清楚了，middlewareAPI 的 dispatch 函数本身其实就是以闭包形式引入的，这个闭包可能没多少人能看得出来：

// 定义新的 dispatch 方法
// 此时是一个空函数，调用会抛出异常
let dispatch = () => {
  throw new Error();
}
// 定义 middlewareAPI
// 注意这里的 dispatch 是通过闭包形式引入的
const middlewareAPI = {
  getState: store.getState,
  dispatch: (action, ...args) => dispatch(action, ...args)
}
// 对 middleware 注入 middlewareAPI
// 此时在 middleware 中调用 dispatch 会抛出异常
const chain = middlewares.map(middleware middleware(middlewareAPI));

然后下面这段代码其实做了两件事，一方面将 middleware 组合为一个函数，注入默认 dispatch 函数，另一方面将新的 dispatch 初始的空函数替换为正常可执行的函数。同时由于 middlewareAPI 的 dispatch 是以闭包形式引入的，当 dispatch 更新之后，闭包中的值也相应更新：

// 将 dispatch 替换为正常的 dispatch 方法
// 注意闭包中的值也会相应更新，middleware 可以访问到更新后的方法
dispatch = compose(...chain)(store.dispatch);

也就是说，createStore 生成的实例暴露的 dispatch 和 middleware 获取的都是修饰后的 dispatch ，并且应该是长这样：

function(action) {
  // 注意这里存在闭包
  // 可以获取到中间件初始化传入的 dispatch、getState 和 next
  // 如果你打断点，可以在 scope 中看到闭包的变量
  // 同时注意这里的 dispatch 就是这个函数本身
  console.info('dispatching', action);
  let result = next(action);
  console.log('next state', store.getState());
  return result;
}