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從JS對象開始，談一談究竟什麼是“不可變數據”和函數式編程
作為前端開發者，你會感受到JS中對象(Object)這個概念的強大。我們說“JS中一切皆對象”。最核心的特性，例如從String，到數組，再到瀏覽器的APIs，對象這個概念無處不在。這裏你可以了解到JS Objects中的一切。
同時，隨著React的強勢崛起，不管你有沒有關注過這個框架，也一定聽說過一個概念—不可變數據(immutable.js)。究竟什麼是不可變數據？這篇文章會從JS源頭—對象談起，讓你逐漸了解這個函數式編程裏的重要概念。
JS中的對象是那麼美妙：我們可以隨意複製他們，改變並刪除他們的某項屬性等。但是要記住一句話：
“伴隨著特權，隨之而來的是更大的責任。”
(With great power comes great responsibility)
的確，JS Objects裏概念太多了，我們切不可隨意使用對象。下麵，我就從基本對象說起，聊一聊不可變數據和JS的一切。
這篇文章緣起於Daniel Leite在本月16日的文章：Things you should know about Objects and Immutability in JavaScript，我進行了翻譯，並改寫了用到的例子，以及進行了大量更多的擴展。
可變和共享是萬惡之源
不可變數據其實是函數式編程相關的重要概念。相對的，函數式編程中認為可變性是萬惡之源。但是，為什麼會有這樣的結論呢？
這個問題可能很多程序員都會有。其實，如果你的代碼邏輯可變，這並不是“政治錯誤”的。比如JS中的數組操作，很對都會對原數組進行直接改變，這當然並沒有什麼問題。比如：
let arr = [1, 2, 3, 4, 5];
arr.splice(1, 1); // 返回[2];
console.log(arr); // [1, 3, 4, 5];
這是我們常用的“刪除數組某一項”的操作。好吧，他一點問題也沒有。
問題其實出現在“濫用”可變性上，這樣會給你的程序帶來“副作用”。先不必關心什麼是“副作用”，他又是一個函數式編程的概念。
我們先來看一下代碼實例：
const student1 = {
school: 'Baidu',
name: 'HOU Ce',
birthdate: '1995-12-15',
}
const changeStudent = (student, newName, newBday) => {
const newStudent = student;
newStudent.name = newName;
newStudent.birthdate = newBday;
return newStudent;
}
const student2 = changeStudent(student1, 'YAN Haijing', '1990-11-10');
// both students will have the name properties
console.log(student1, student2);
// Object {school: "Baidu", name: "YAN Haijing", birthdate: "1990-11-10"}
// Object {school: "Baidu", name: "YAN Haijing", birthdate: "1990-11-10"}
我們發現，盡管創建了一個新的對象student2，但是老的對象student1也被改動了。這是因為JS對象中的賦值是“引用賦值”，即在賦值過程中，傳遞的是在內存中的引用(memory reference)。具體說就是“棧存儲”和“堆存儲”的問題。具體圖我就不畫了，理解不了可以單找我。
不可變數據的強大和實現
我們說的“不可變”，其實是指保持一個對象狀態不變。這樣做的好處是使得開發更加簡單，可回溯，測試友好，減少了任何可能的副作用。
函數式編程認為：
隻有純的沒有副作用的函數，才是合格的函數。
好吧，現在開始解釋下“副作用”(Side effect)：在計算機科學中，函數副作用指當調用函數時，除了返回函數值之外，還對主調用函數產生附加的影響。例如修改全局變量（函數外的變量）或修改參數。
函數副作用會給程序設計帶來不必要的麻煩，給程序帶來十分難以查找的錯誤，並降低程序的可讀性。嚴格的函數式語言要求函數必須無副作用。
那麼我們避免副作用，創建不可變數據的主要實現思路就是：一次更新過程中，不應該改變原有對象，隻需要新創建一個對象用來承載新的數據狀態。
我們使用純函數(pure functions)來實現不可變性。純函數指無副作用的函數。
那麼，具體怎麼構造一個純函數呢？我們可以看一下代碼實現，我對上例進行改造：
const student1 = {
school: "Baidu",
name: 'HOU Ce',
birthdate: '1995-12-15',
}
const changeStudent = (student, newName, newBday) => {
return {
...student, // 使用解構
name: newName, // 覆蓋name屬性
birthdate: newBday // 覆蓋birthdate屬性
}
}
const student2 = changeStudent(student1, 'YAN Haijing', '1990-11-10');
// both students will have the name properties
console.log(student1, student2);
// Object {school: "Baidu", name: "HOU Ce", birthdate: "1995-12-15"}
// Object {school: "Baidu", name: "YAN Haijing", birthdate: "1990-11-10"}
需要注意的是，我使用了ES6中的解構(destructuring)賦值。
這樣，我們達到了想要的效果：根據參數，產生了一個新對象，並正確賦值，最重要的就是並沒有改變原對象。
創建純函數，過濾副作用
現在，我們知道了“不可變”到底指的是什麼。接下來，我們就要分析一下純函數應該如何實現，進而生產不可變數據。
其實創建不可變數據方式有很多，在使用原生JS的基礎上，我推薦的方法是使用現有的Objects API和ES6當中的解構賦值（上例已經演示）。現在看一下Objects.assign的實現方式：
const student1 = {
school: "Baidu",
name: 'HOU Ce',
birthdate: '1995-12-15',
}
const changeStudent = (student, newName, newBday) => Object.assign({}, student, {name: newName, birthdate: newBday})
const student2 = changeStudent(student1, 'YAN Haijing', '1990-11-10');
// both students will have the name properties
console.log(student1, student2);
// Object {school: "Baidu", name: "HOU Ce", birthdate: "1995-12-15"};
// Object {school: "Baidu", name: "YAN Haijing", birthdate: "1990-11-10"};
同樣，如果是處理數組相關的內容，我們可以使用：.map, .filter或者.reduce去達成目標。這些APIs的共同特點就是不會改變原數組，而是產生並返回一個新數組。這和純函數的思想不謀而合。
但是，再說回來，使用Object.assign請務必注意以下幾點：
- 1）他的複製，是將所有可枚舉屬性，複製到目標對象。換句話說，不可枚舉屬性是無法完成複製的。
- 2）對象中如果包含undefined和null類型內容，會報錯。
- 3）最重要的一點：Object.assign方法實行的是淺拷貝，而不是深拷貝。
第三點很重要，也就是說，如果源對象某個屬性的值是對象，那麼目標對象拷貝得到的是這個對象的引用。這也就意味著，當對象存在嵌套時，還是有問題的。比如下麵代碼：
const student1 = {
school: "Baidu",
name: 'HOU Ce',
birthdate: '1995-12-15',
friends: {
friend1: 'ZHAO Wenlin',
friend2: 'CHENG Wen'
}
}
const changeStudent = (student, newName, newBday, friends) => Object.assign({}, student, {name: newName, birthdate: newBday})
const student2 = changeStudent(student1, 'YAN Haijing', '1990-11-10');
// both students will have the name properties
console.log(student1, student2);
// Object {school: "Baidu", name: "HOU Ce", birthdate: "1995-12-15", friends: Object}
// Object {school: "Baidu", name: "YAN Haijing", birthdate: "1990-11-10", friends: Object}
student2.friends.friend1 = 'MA xiao';
console.log(student1.friends.friend1); // "MA xiao"
對student2 friends列表當中的friend1的修改，同時也影響了student1 friends列表當中的friend1。
JS本身的蒼白無力和強大的不可變數據類庫
以上，我們分析了純JS如何實現不可變數據。這樣處理帶來的一個負麵影響在於：一些經典APIs都是shallow處理，比如上文提到的Object.assign。如果遇到嵌套很深的結構，我們就需要手動遞歸。這樣做呢，又會存在性能上的問題。
比如我自己動手用遞歸實現一個深拷貝，需要考慮循環引用的“死環”問題，另外，當使用大規模數據結構時，性能劣勢盡顯無疑。我們熟悉的jquery extends方法，某一版本（最新版本情況我不太了解）的實現是進行了三層拷貝，也沒有達到完備的deep copy。
總之，實現不可變數據，我們必然要關心性能問題。針對於此，我推薦一款已經“大名鼎鼎”的——immutable.js類庫來處理不可變數據。
他的實現原理很有意思，下麵這段話，我摘自camsong前輩的文章：
Immutable實現的原理是Persistent Data Structure（持久化數據結構），也就是使用舊數據創建新數據時，要保證舊數據同時可用且不變。
同時為了避免deepCopy把所有節點都複製一遍帶來的性能損耗，Immutable使用了Structural Sharing（結構共享），即如果對象樹中一個節點發生變化，隻修改這個節點和受它影響的父節點，其它節點則進行共享。
感興趣的讀者可以深入研究下，這是很有意思的。
總結
我們使用JavaScript操縱對象，這樣的方式很簡單便捷。但是，這樣操控的基礎是在JavaScript靈活的對象機製的熟練掌握上。不然很容易使你“頭大”。
在我開發的百度某部門私信項目中，因為使用了React+Redux技術棧，並且數據結構較為負責，也采用了immutable.js實現。
最後，在前端開發中，函數式編程越來越熱，並且在某種程度上已經取代了“過程式”編程和麵向對象思想。
我的感想是在某些特定的場景下，不要畏懼變化，擁抱未來。
就像我很喜歡的葡萄牙詩人安德拉德一首詩中那樣說的：
我同樣不知道什麼是海，
赤腳站在沙灘上，
急切地等待著黎明的到來。
最後更新：2017-06-23 23:35:28