React 新 Context API 在前端状态管理的实践

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作者：今日头条技术博客

techblog.toutiao.com/2018/10/22/untitled-54/

众所周知，React的单向数据流模式导致状态只能一级一级的由父组件传递到子组件，在大中型应用中较为繁琐不好管理，通常我们需要使用Redux来帮助我们进行管理，然而随着React 16.3的发布，新context api成为了新的选择。

 一、Redux的简介以及缺陷

Redux来源于Flux并借鉴了Elm的思想，主要原理如下图所示：

可以看到，Redux的数据流其实非常简单，外部事件通过actionCreator函数调用dipsatch发布action到reducers中，然后各自的reducer根据action的类型（action.type） 来按需更新整个应用的state。 

redux设计有以下几个要点：

1. state是单例模式且不可变的，单例模式避免了不同store之间的数据交换的复杂性，而不可变数据提供了十分快捷的撤销重做、“时光旅行”等功能。

2. state只能通过reducer来更新，不可以直接修改。

3. reducer必须是纯函数，形如(state,action) => newState

redux本身是个非常纯粹的状态管理库，需要通过react-redux这个库的帮助来管理react的状态。react-redux主要包含两个部分。

1. Provider组件：可以将store注入到子组件的cotext中，所以一般放在应用的最顶层。

2. connect函数： 返回一个高阶函数，把context中由Provider注入的store取出来然后通过props传递到子组件中，这样子组件就能顺利获取到store了。

虽然redux在React项目中得到了普遍的认可与使用率，然而在现实项目中redux还是存在着很多缺点：

1.样板代码过多：增加一个action往往需要同时定义相应的actionType然后再写N个相关的reducer。例如当添加一个异步加载事件时，需要同时定义加载中、加载失败以及加载完成三个actionType，需要一个相对应的reducer通过switch分支来处理对应的actionType，冗余代码过多。

2.更新效率问题：由于使用不可变数据模式，每次更新state都需要拷贝一份完整的state造成了内存的浪费以及性能的损耗。

3.数据传递效率问题：由于react-redux采用的旧版context API，context的传递存在着效率问题。

其中，第一个问题目前已经存在着非常多的解决方案，诸如dva、rematch以及mirror等等，笔者也造过一个类似的轮子restated这里不做过多阐述。 

第二个问题首先redux以及react-redux中已经做了非常详尽的优化了，其次擅用shouldComponentUpdate方法也可以避免很多不必要的更新，最后，也可以使用一些不可变数据结构如immutable、Immr等来从根本上解决拷贝开销问题。 

第三个问题属于React自身API的局限，从第三方库的角度上来说，能做的很有限。

二、Context API

context API主要用来解决跨组件传参泛滥的问题（prop drilling)，旧的context API的语法形式如下：

// 传递者，生成数据并放入context中class DeliverComponent extends Component {   getChildContext() {    return { color: "purple" }; } render() {    return <MidComponent /> }}DeliverComponent.childContextTypes = {   color: PropTypes.string};// 中间与context无关的组件const MidComponent = (props) => <ReceiverComponent />;// 接收者，需要用到context中的数据const ReceiverComponent = (props, context) =>   <div style={{ color: context.color }}> Hello, this is receiver. </div>;ReceiverComponent.contextTypes = {   color: PropTypes.string};ReactDOM.render(   <DeliverComponent>   <MidComponent>     <ReceiverComponent />   </MidComponent> </DeliverComponent>, document.getElementById('root'));

可以看到，使用context api可以把DeliverComponent中的参数color直接跨越MidComponent传递到ReceiverComponent中，不需要冗余的使用props参数传递，特别是ReceiverComponent层级特别深的时候，使用context api能够很大程度上节省重复代码避免bug。

旧Context API的缺陷

旧的context api主要存在如下的缺陷：

1.代码冗余：提供context的组件要定义`childContextTypes`与`getChildContext`才能把context传下去。同时接收context的也要先定义contextTypes才能正确拿到数据。

2.传递效率：虽然功能上context可以跨层级传递，但是本质上context也是同props一样一层一层的往下传递的，当层级过深的时候还是会出现效率问题。

3.shouldComponentUpdate：由于context的传递也是一层一层传递，因此它也会受到shouldComponent的阻断。换句话说，当传递组件的context变化时，如果其下面某一个中间组件的shouldComponentUpdate方法返回false，那么之后的接收组件将不会受到任何context变化。

为了解决旧版本的shouldComponentUpdate问题，保证所有的组件都能收到store的变化，react-redux只能传递一个getState方法给各个组件用于获取最新的state（直接传递state可能会被阻断，后面的组件将接收不到state的变化），然后每个connect组件都需要直接或间接监听state的变化，当state发生改变时，通过内部notifyNestedSubs方法从上往下依次触发各个子组件通过getState方法获取最新的state更新视图。这种方式效率较低而且比较hack。

 三、新Context API

React自16.3开始提供了一个新的context api，彻底解决了旧Context API存在的种种问题。

下面是新context api（右）与使用旧context api的react-redux（左）数据流的比较：

可以看到，新的context api可以直接将context数据传递到传递到子组件中而不需要像旧context api那样级联传递。因此也可以突破shouldComponentUpdate的限制。新版的context api的定义如下：

type Context<T> = {   Provider: Provider<T>, Consumer: Consumer<T>,};interface React {   createContext<T>(defaultValue: T): Context<T>;}type Provider<T> = React.Component<{   value: T,  children?: React.Node,}>;type Consumer<T> = React.Component<{   children: (value: T) => React.Node,}>;

下面是一个比较简单的应用示例：

import React, { Component, createContext } from 'react';const DEFAULT_STATE = {color: 'red'};  const { Provider, Consumer } = createContext(DEFAULT_STATE);// 传递者，生成数据并放入context中class DeliverComponent extends Component {   state = { color: "purple" }; render() {    return (      <Provider value={this.state}>       <MidComponent />     </Provider>   ) }}// 中间与context无关的组件const MidComponent = (props) => <ReceiverComponent />;// 接收者，需要用到context中的数据const ReceiverComponent = (props) => (   <Consumer>   {context => (     <div style={{ color: context.color }}> Hello, this is receiver. </div>   )} </Consumer>);ReactDOM.render(   <DeliverComponent>   <MidComponent>     <ReceiverComponent />   </MidComponent> </DeliverComponent>, document.getElementById('root'));

可以看到新的context api主要包含一个Provider和Consumer对，在Provider输入的数据可以在Consumer中获得。 新context api的要点如下：

1. Provider和 Consumer必须来自同一次 React.createContext调用。也就是说 NameContext.Provider和 AgeContext.Consumer是无法搭配使用的。

2. React.createContext方法接收一个默认值作为参数。当 Consumer外层没有对应的 Provider时就会使用该默认值。

3. Provider 组件的 valueprop 值发生变更时，其内部组件树中对应的 Consumer组件会接收到新值并重新执行 children函数。此过程不受 shouldComponentUpdete 方法的影响。

4. Provider组件利用 Object.is 检测 value prop 的值是否有更新。注意 Object.is和 === 的行为不完全相同。

5. Consumer组件接收一个函数作为 children prop 并利用该函数的返回值生成组件树的模式被称为 Render Props 模式。

四、新Context API的应用

新的Context API大大简化了react状态传递的问题，也出现了一些基于它的状态管理库，诸如：unstated、react-waterfall等等。下面我们主要尝试使用新context api来造一个react-redux的轮子。

1. Provider

由于新的context api传递过程中不会被shouldComponentUpdate阻断，所以我们只需要在Provider里面监听store变化即可：

import React, { PureComponent, Children } from 'react';  import { IContext, IStore } from '../helpers/types';  import { Provider } from '../context';interface IProviderProps {   store: IStore;}export default class EnhancedProvider extends PureComponent<IProviderProps, IContext> {   constructor(props: IProviderProps) {    super(props);    const { store } = props;    if (store == null) {      throw new Error(`Store should not omit in <Provider />`);   }    this.state = {      // 得到当前的state     state: store.getState(),     dispatch: store.dispatch,   }   store.subscribe(() => {      // 单纯的store.getState函数是不变的，需要得到其结果state才能触发组件更新。     this.setState({ state: store.getState() });   }) } render() {    return <Provider value={this.state}>{Children.only(this.props.children)}</Provider>; }};

2. connect

相比较于react-redux，connect中的高阶组件逻辑就简单的多，不需要监听store变化，直接获得Provider传入的state然后再传递给子组件即可：

import React, { Component, PureComponent } from 'react';  import { IState, Dispatch, IContext } from './helpers/types';  import { isFunction } from './helpers/common';  import { Consumer } from './context';export default (mapStateToProps: (state: IState) => any, mapDispatchToProps: (dispatch: Dispatch) => any) =>   (WrappedComponent: React.ComponentClass) =>    class ConnectedComponent extends Component<any>{     render() {        return <Consumer>         {(context: IContext) => {           const { dispatch, state } = context;           const filterProps = {};           if (isFunction(mapStateToProps)) {             Object.assign(filterProps, mapStateToProps(state));           }           if (isFunction(mapDispatchToProps)) {             Object.assign(filterProps, mapDispatchToProps(dispatch));           }           return <WrappedComponent              {...this.props}              {...filterProps}              />         }}        </Consumer>     }   };

好了，至此整个React-redux的接口和功能都已经基本cover了，下面继续介绍一些比较重要的性能优化。

3. 性能优化 - 减少重复渲染

性能优化最大的一部分就是要减少无意义的重复渲染，当WrappedComponent的参数值没有变化时我们应该阻止其重新渲染。可以通过手写shouldComponentUpdate方法实现，也可以直接通过PureComponent组件来达到我们的目标：

// ...render() {   return <Consumer>   {(context: IContext) => {      const { dispatch, state } = context;      const filterProps = {};      if (isFunction(mapStateToProps)) {       Object.assign(filterProps, mapStateToProps(state));     }      if (isFunction(mapDispatchToProps)) {        // mapDispatchToProps 返回值始终不变,可以memory       this.dpMemory = this.dpMemory || mapDispatchToProps(dispatch);       Object.assign(filterProps, this.dpMemory);     }      return <Prevent       combinedProps={{ ...this.props, ...filterProps }}       WrappedComponent={WrappedComponent} />   }} </Consumer>}//...// PureComponent内部自动实现了前后参数的浅比较class Prevent extends PureComponent<any> {   render() {    const { combinedProps, WrappedComponent } = this.props;    return <WrappedComponent {...combinedProps} />; }}

这里需要注意的是，本示例的mapDispatchToProps未支持ownProps参数，因此可以把它的返回值看成是不变的，否则每次调用它返回的action函数都是新创建的，从而导致Prevent接收到的参数始终是不同的，达不到预期效果。更为复杂的情况请参考react-redux源码中selector相关的部分。

4. 性能优化 - 减少层级嵌套

性能优化另一个要点就是减少组件的层级嵌套，新context api在获取context值的时候需要嵌套一层Consumer组件，这也是其比旧context api劣势的地方。除此之外，我们应该尽量减少层级的嵌套。因此在前一个性能优化中我们不应该再次嵌套一个PureComponent，取而代之的是，我们可以直接在Cunsumer中实现一个memory机制，实现代码如下：

// ...private shallowEqual(prev: any, next: any) {     const nextKeys = Object.keys(next);    const prevKeys = Object.keys(prev);    if (nextKeys.length !== prevKeys.length) return false;    for (const key of nextKeys) {        if (next[key] !== prev[key]) {            return false;       }   }    return true;}render() {   return <Consumer>   {(context: IContext) => {      const { dispatch, state } = context;      const filterProps = {};      if (isFunction(mapStateToProps)) {       Object.assign(filterProps, mapStateToProps(state));     }      if (isFunction(mapDispatchToProps)) {        // mapDispatchToProps 返回值始终不变       this.dpMemory = this.dpMemory || mapDispatchToProps(dispatch);       Object.assign(filterProps, this.dpMemory);     }      const combinedProps = { ...this.props, ...filterProps };      if (this.prevProps && this.shallowEqual(this.prevProps, combinedProps)) {        // 如果props一致，那么直接返回缓存之前的结果       return this.prevComponent;     } else {        this.prevProps = combinedProps;        // 对当前的子节点进行缓存       this.prevComponent = <WrappedComponent {...combinedProps} />;        return this.prevComponent;     }   }} </Consumer>}

下面是前后chrome开发人员工具中组件层级的对比，可以看到嵌套层级成功减少了一层，两层嵌套是新context api的局限，如果要保持react-redux的接口模式则无法再精简了。

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