[Day 15] 維持 React 資料流可靠性的核心關鍵：Immutable state

14th鐵人賽 react reactjs react.js react-hooks

Zet

2022-09-30 17:24:31

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在 React 當中，state 是可以存放 JavaScript 中的任何資料型別，除了像是字串、數字等直接可以表示值的型別，當然也支援物件或陣列這種以參考（reference）來存取的資料型別。

然而，在 React 中當我們想更新物件或陣列型別的 state 時，你不應該直接去修改（mutate）舊的物件或陣列的內容，而是應該根據你的更新需求去產生一個新的物件或陣列。這聽起來可能有點難理解是什麼意思，讓我們以實際舉例詳細說明：

什麼是「Mutate」

在 React 中你可以儲存任何型別的資料到 state 中：

const [number, setNumber] = useState(0);
const [name, setName] = useState('Zet');
const [isActive, setIsActive] = useState(false);

然而數字、字串、布林值...等在 JavaScript 中為「原始型別（Primitive）」的資料本來就是「不可變的（Immutable）」的，意思是說這些值本身的內容其實本來就不能夠被「修改」，當你希望資料被更新時，只能「產生一個新的值」來「取代」舊的。

舉例來說，當你嘗試修改一個字串的內容時，其實不會有反應：

Untitled

你可以看到當你嘗試 mutate str 字串的 index 0 時，它的內容不會發生任何改變。

因此當我們想要更新這段資料時，其實只能產生一個新的字串來取代舊的：

Untitled

此時你做的行為是對 str 這個變數「重新賦值」，所以修改的是 str 這個變數指向的字串是誰，而不是修改舊的字串 'a string' 這個值本身的內容。

而在 React 中也一樣，原始型別的 state 資料我們必須產生新的值來取代舊的值：

// 產生一個全新的數字值 1，並傳給 setNumber 來取代舊的 0，原本的 0 這個值本身並沒有被修改
setNumber(1); 

// 產生一個全新的字串值 'React'，並傳給 setName 來取代舊的 'Zet'，
// 原本的 'Zet' 值本身並沒有被修改 
setName('React'); 

// 產生一個全新的布林值 true，並傳給 setIsActive 來取代舊的 false，
// 原本的 false 值本身並沒有被修改
setIsActive(true);

接著我們回到物件與陣列：

const position = { x: 0, y: 0 };
const names = ['React', 'Vue', 'jQuery'];

在 JavaScript 中，物件與陣列是屬於以參考（reference）形式存在的資料，因此一個物件或陣列本身的內容是可以被修改的（Mutable），而這種修改操作就被稱為「mutate」：

position.x = 10;
names[0] = 'JavaScript';

建議參考資料
- JavaScript data types and data structures - MDN docs
- Primitive - MDN docs（想瞭解 JS 中總共有哪些 Primitive 型別的話可以參考）

將 state 的值當作是 immutable 的

然而，在 React 中我們不應該去 mutate 一個物件或陣列型別的 state 資料，而是應該與對待原始型別的值一樣，產生一個新的物件或陣列去取代舊的。相較於 mutable，這種「資料一旦被決定後就不會再被事後修改」的概念我們就稱之為「immutable」。

在 JavaScript 的特性中，所有基礎型別以外的陣列或物件型別本身都是 mutable 、可以隨意修改內容的。因此如果想要做到 immutable 的效果，我們就得自行以一些安全的方法來操作資料（而不是直接以 mutate 的方式修改其屬性內容），或是依賴一些專門協助處理這個問題的第三方套件。我們也會在後續的章節介紹相關的細節。

保持 state 資料的 immutable 是 React 的核心設計概念所導致的要求，然而 JavaScript 並沒有內建 immutable 版本的物件或陣列，因此這也是 React 中少數得完全靠開發者自己手動維護並遵守的一件事情。而這也是 React 初學者最常在實際的 React 開發中因觀念理解不足而犯的錯誤。

從概念上來說，就如同我們在前面章節曾經說過的「React element 是在專門表示某個歷史時刻（某次 render）的 UI，所以一經建立就不該再被修改」。而身為原始資料的 state 也是相同道理，是在專門表示 component 某個歷史時刻（某次 render）的狀態資料，因此同樣是一經建立就不該再被修改的。

下面我們也來解釋一下，除了在概念層面，還有哪些如果我們不持續維護 immutable state 的話實際會碰到的規則與限制。

`setState` 的資料比較機制

我們先來解析一下如果 mutate 物件或陣列 state 的話，會發生什麼問題：

import { useState } from 'react';

function App() {
  const [position, setPosition] = useState({ x: 0, y: 0 });

  const handleButtonClick = () => {
    position.x = 10;
  };

  return (
    <div>
      <div>position: {position.x}, {position.y}</div>
      <button onClick={handleButtonClick}>click me</button>
    </div>
  )
}

上面這段範例中當我們點擊按鈕時，會 mutate position 這個物件 state 的內容，然後你會發現瀏覽器畫面中什麼都沒有改變。這個時候你可能會覺得：「這是當然的吧，因為我們根本沒有呼叫 setPosition 方法來觸發 component re-render 與 reconciliation 啊？」

不過當我們加上呼叫 setPosition 之後，你會發現仍然無法觸發畫面的更新：

CodeSandbox: https://codesandbox.io/s/bii0w7?file=/src/App.jsx

如果你還記得的話，我們在前面的章節中介紹 reconciliation 流程時，其中有一個步驟是：

當我們呼叫 setState 時，會先以 Object.is() 方法來檢查新傳入的 state 是否與舊的不同，如果相同的話則判定資料沒有變化所以畫面不用更新，就會直接中斷接下來的流程。

而這正是為什麼上述範例中我們呼叫 setState 後什麼事情都沒發生的原因。當我們以 position.x = 10 來 mutate 這個物件 state，並且呼叫 setPosition(position) 的時候，這個 state 裡面儲存的物件 reference 並沒有改變，仍然是原本的那個 position 物件，我們的操作只是 mutate 了原本的物件而已。因此當 React 以 Object.is() 去判定 state 是否有改變的時候，就會因為傳入 setState 的物件與原本 state 存放的物件是同一個 reference 而判定相同，進而導致根本沒有進行後續的 re-render 流程。

因此只要我們改成傳入一個新產生的物件到 setPosition 中，就能夠順利的觸發 re-render 了：

CodeSandbox: https://codesandbox.io/s/b4h3cx?file=/src/App.jsx

換句話說，當 React 在判定物件或陣列 state 是否有改變時，只會看原有資料與新資料的 reference 是否相同，完全不會去檢查物件或陣列的內容細節是否有變。因此哪怕你傳給 setState 一個與原本資料的內容一模一樣但 reference 不同的物件或陣列，React 也會判定資料有改變而進行 re-render。

這其實也呼應了前面章節中有提到過的，當資料發生改變時 React 其實不關心整包資料中具體到底改變了哪些細節，你只需要「通知」React 有資料改變（也就是呼叫 setState 方法），然後 React 會純粹用 Object.is() 去判斷「資料是不是真的有發生改變」。

建議參考資料： Object.is() - MDN docs

其它我們應該保持 state 資料是 immutable 的原因

除了避免 setState 方法無法正常判斷資料有發生改變的原因之外，還有其它的原因讓我們不應該去 mutate state 的資料

某些 React 的機制或是未來的新功能，都會依賴資料（像是 props 與 state）是 immutable 的，因此當我們隨意去 mutate 資料的話有可能會導致這些功能運作不正常
我們實作某些專案功能時，也可能會需要追朔過去的資料狀態（例如 undo/redo ），如果我們隨便 mutate 原有的資料，就會導致這份資料的完整歷史紀錄丟失，而作無法做出這種回朔資料狀態的功能。因為物件或陣列一旦被 mutate 也不會留紀錄，所以就再也沒辦法知道資料在 mutate 前原本是長什麼樣子了