JS 纯函数在 React/Vue 组件中的应用与性能优势

各位靓仔靓女们，早上好/下午好/晚上好！我是今天的主讲人，很高兴能和大家一起聊聊JS纯函数在React/Vue组件中的应用以及它带来的性能优势。希望这次的分享能让大家对纯函数有更深入的了解，并在实际开发中灵活运用。

咱们今天的主题，说白了就是聊聊怎么让你的代码更“纯”，更“快”，听起来是不是有点像在炼丹？别怕，没那么玄乎，咱们一步一步来。

第一部分：啥是纯函数？为啥要用它？

首先，咱们得搞清楚啥是纯函数。记住，纯函数就像一个“老实人”，它有以下几个特点：

1. 同样的输入，永远得到同样的输出。 就像 1 + 1 永远等于 2 一样，不管你调用多少次 add(1, 1)，结果都应该是 2。
2. 没有任何副作用。 也就是说，它不会修改任何外部变量，也不会影响程序的状态。它就像一个独立的黑盒子，只负责计算结果，不搞其他幺蛾子。

如果一个函数违反了这两个原则，那它就不是纯函数了，它可能是一个“坏家伙”，会给你的程序带来意想不到的麻烦。

举个例子，咱们来看一段代码：

let counter = 0;

// 非纯函数
function incrementCounter() {
  counter++;
  return counter;
}

console.log(incrementCounter()); // 输出 1
console.log(incrementCounter()); // 输出 2
console.log(incrementCounter()); // 输出 3

// 纯函数
function add(a, b) {
  return a + b;
}

console.log(add(1, 1)); // 输出 2
console.log(add(1, 1)); // 输出 2
console.log(add(1, 1)); // 输出 2

可以看到，incrementCounter 函数修改了全局变量 counter，每次调用结果都不一样，所以它不是纯函数。而 add 函数只依赖于输入参数，每次调用 add(1, 1) 结果都是 2，所以它是纯函数。

那么，为啥我们要用纯函数呢？主要有以下几个原因：

• 可预测性： 纯函数的行为是可预测的，更容易理解和调试。
• 可测试性： 纯函数更容易进行单元测试，因为你可以直接验证它的输出是否符合预期，而不需要考虑外部状态的影响。
• 可缓存性： 由于纯函数的输出只依赖于输入，所以我们可以对纯函数的结果进行缓存，避免重复计算，提高性能（后面会详细讲）。
• 并行性： 纯函数之间可以并行执行，因为它们不会互相影响。

总而言之，纯函数就像“好孩子”，听话，可靠，能帮你减少bug，提高效率。

第二部分：React/Vue组件中的纯函数应用

在React和Vue中，纯函数的应用非常广泛。常见的应用场景包括：

1. 组件渲染函数 (Render Functions)：

   • React: React 函数式组件本质上就是一个纯函数，它接收 props 作为输入，返回 JSX 作为输出。
   • Vue: Vue 的 render 函数也应该是一个纯函数，它接收 createElement 函数和 context 作为输入，返回 VNode (Virtual DOM Node) 作为输出。

   // React 函数式组件 (纯函数)
   function MyComponent(props) {
     return (
       <div>
         <h1>{props.title}</h1>
         <p>{props.content}</p>
       </div>
     );
   }
   
   // Vue render 函数 (纯函数)
   export default {
     render(createElement) {
       return createElement('div', [
         createElement('h1', this.title),
         createElement('p', this.content)
       ]);
     },
     props: ['title', 'content']
   };

   如果你的渲染函数不是纯函数，每次渲染都可能导致不必要的更新，影响性能。

2. 计算属性 (Computed Properties)：

   • Vue: Vue 的计算属性是基于依赖进行缓存的，只有当依赖发生变化时才会重新计算。如果计算属性不是纯函数，会导致缓存失效，重复计算，影响性能。

   export default {
     data() {
       return {
         firstName: 'John',
         lastName: 'Doe'
       };
     },
     computed: {
       fullName() {
         // 纯函数
         return this.firstName + ' ' + this.lastName;
       }
     }
   };

3. Redux Reducers/Vuex Mutations:

   • Redux Reducers 和 Vuex Mutations 必须是纯函数，它们接收 state 和 action 作为输入，返回新的 state 作为输出。不允许直接修改 state，只能返回一个新的 state 对象。

   // Redux Reducer (纯函数)
   function counterReducer(state = 0, action) {
     switch (action.type) {
       case 'INCREMENT':
         return state + 1;
       case 'DECREMENT':
         return state - 1;
       default:
         return state;
     }
   }
   
   // Vuex Mutation (纯函数)
   const mutations = {
     increment(state) {
       // 不要直接修改 state，要创建一个新的 state 对象
       state.count++; // 错误的做法
       state.count = state.count + 1; //错误的做法
       //正确做法：
       state.count = { ...state.count , value: state.count.value+1}
     }
   };

   Redux 和 Vuex 依赖于纯函数来保证状态的可预测性和可追踪性。

4. 组件的 shouldComponentUpdate (React) / shouldUpdate (Vue 3):

   • 这两个生命周期函数可以用来优化组件的更新。如果组件的 props 和 state 没有发生变化，就可以阻止组件的重新渲染。这个判断过程通常会用到浅比较，而浅比较的效率很高，但前提是你的 props 和 state 都是不可变的。如果你的 props 和 state 是可变的，浅比较就可能失效，导致不必要的更新。

   // React
   class MyComponent extends React.Component {
     shouldComponentUpdate(nextProps, nextState) {
       // 浅比较，如果 props 和 state 没有变化，则阻止更新
       return !shallowCompare(this, nextProps, nextState);
     }
     render() {
       return (
         <div>
           <h1>{this.props.title}</h1>
         </div>
       );
     }
   }
   
   // Vue 3
   export default {
     props: ['title'],
     setup(props, { emit, attrs, slots, expose }) {
       // 使用 shallowRef 创建响应式数据
       const title = shallowRef(props.title);
       return {
         title
       };
     },
     shouldUpdate(nextProps, nextContext) {
       // 浅比较，如果 props 和 context 没有变化，则阻止更新
       return nextProps.title !== this.title;
     }
   };

   使用纯函数和不可变数据可以更容易地进行浅比较，提高组件的更新性能。

第三部分：纯函数的性能优势

纯函数除了能提高代码的可读性和可维护性之外，还能带来显著的性能优势。

1. 缓存 (Memoization)：

   由于纯函数的输出只依赖于输入，所以我们可以对纯函数的结果进行缓存。当下次使用相同的输入调用该函数时，可以直接返回缓存的结果，而不需要重新计算。这种技术叫做 Memoization。

   // 一个简单的 memoization 函数
   function memoize(fn) {
     const cache = {};
     return function(...args) {
       const key = JSON.stringify(args);
       if (cache[key]) {
         console.log('从缓存中读取');
         return cache[key];
       } else {
         console.log('重新计算');
         const result = fn.apply(this, args);
         cache[key] = result;
         return result;
       }
     };
   }
   
   // 一个耗时的纯函数
   function fibonacci(n) {
     if (n <= 1) {
       return n;
     }
     return fibonacci(n - 1) + fibonacci(n - 2);
   }
   
   // 对 fibonacci 函数进行 memoization
   const memoizedFibonacci = memoize(fibonacci);
   
   console.log(memoizedFibonacci(10)); // 重新计算
   console.log(memoizedFibonacci(10)); // 从缓存中读取
   console.log(memoizedFibonacci(20)); // 重新计算
   console.log(memoizedFibonacci(20)); // 从缓存中读取

   在 React 中，可以使用 React.memo 高阶组件来对函数式组件进行 memoization。

   import React from 'react';
   
   function MyComponent(props) {
     console.log('MyComponent 渲染');
     return (
       <div>
         <h1>{props.title}</h1>
       </div>
     );
   }
   
   // 使用 React.memo 对 MyComponent 进行 memoization
   export default React.memo(MyComponent);

   React.memo 会对组件的 props 进行浅比较，如果 props 没有变化，则会跳过组件的重新渲染。

   在 Vue 中，可以使用 computed 属性来实现 memoization。

   <template>
     <div>
       <h1>{{ title }}</h1>
     </div>
   </template>
   
   <script>
   export default {
     props: ['title'],
     computed: {
       // title 属性的 memoized 版本
       memoizedTitle() {
         console.log('计算 title');
         return this.title;
       }
     }
   };
   </script>

2. 避免不必要的渲染：

   如前所述，使用纯函数和不可变数据可以更容易地进行浅比较，从而避免不必要的组件渲染。这对于大型应用程序来说至关重要，可以显著提高性能。

3. 并行计算：

   纯函数之间可以并行执行，因为它们不会互相影响。这在某些场景下可以提高计算效率。例如，你可以使用 Web Workers 来并行执行多个纯函数。

第四部分：如何编写纯函数？

编写纯函数需要遵循一些原则：

1. 避免修改外部状态： 不要修改任何全局变量、DOM、或者其他外部数据。
2. 避免副作用： 不要发送 HTTP 请求、打印日志、或者执行任何其他副作用。
3. 只依赖于输入参数： 函数的输出应该只依赖于输入参数，不要依赖于任何外部状态。
4. 使用不可变数据： 尽可能使用不可变数据结构，例如 const 声明的变量、Object.freeze 冻结的对象、以及 immutable.js 等库。

下面是一些常见的编写纯函数的技巧：

• 使用 map, filter, reduce 等数组方法： 这些方法都是纯函数，可以用来对数组进行转换和处理，而不会修改原始数组。

  const numbers = [1, 2, 3, 4, 5];
  
  // 使用 map 创建一个新的数组，每个元素都乘以 2
  const doubledNumbers = numbers.map(number => number * 2); // [2, 4, 6, 8, 10]
  
  // 使用 filter 创建一个新的数组，只包含偶数
  const evenNumbers = numbers.filter(number => number % 2 === 0); // [2, 4]
  
  // 使用 reduce 计算数组的总和
  const sum = numbers.reduce((accumulator, currentValue) => accumulator + currentValue, 0); // 15

• 使用对象扩展运算符 (...) 和数组扩展运算符 (...) 来创建新的对象和数组： 这样可以避免修改原始对象和数组。

  const person = { name: 'John', age: 30 };
  
  // 使用对象扩展运算符创建一个新的对象，修改 age 属性
  const updatedPerson = { ...person, age: 31 }; // { name: 'John', age: 31 }
  
  const numbers = [1, 2, 3];
  
  // 使用数组扩展运算符创建一个新的数组，添加一个元素
  const newNumbers = [...numbers, 4]; // [1, 2, 3, 4]

• 使用 immutable.js 等库来管理不可变数据： 这些库提供了高效的不可变数据结构，可以方便地进行数据的更新和操作。

  import { Map, List } from 'immutable';
  
  const person = Map({ name: 'John', age: 30 });
  
  // 使用 set 方法创建一个新的 Map 对象，修改 age 属性
  const updatedPerson = person.set('age', 31); // Map { "name": "John", "age": 31 }
  
  const numbers = List([1, 2, 3]);
  
  // 使用 push 方法创建一个新的 List 对象，添加一个元素
  const newNumbers = numbers.push(4); // List [ 1, 2, 3, 4 ]

第五部分：实战演练：一个简单的计数器组件

为了更好地理解纯函数在React/Vue组件中的应用，咱们来写一个简单的计数器组件。

React 版本：

import React, { useState, useCallback } from 'react';

function Counter() {
  const [count, setCount] = useState(0);

  // 使用 useCallback 避免每次渲染都创建新的函数
  const increment = useCallback(() => {
    // 使用函数式更新，确保 state 的正确更新
    setCount(prevCount => prevCount + 1);
  }, []);

  const decrement = useCallback(() => {
    setCount(prevCount => prevCount - 1);
  }, []);

  return (
    <div>
      <h1>计数器：{count}</h1>
      <button onClick={increment}>+</button>
      <button onClick={decrement}>-</button>
    </div>
  );
}

export default Counter;

在这个例子中，increment 和 decrement 函数都使用了函数式更新，确保 state 的正确更新。useCallback hook 可以避免每次渲染都创建新的函数，提高性能。

Vue 版本：

<template>
  <div>
    <h1>计数器：{{ count }}</h1>
    <button @click="increment">+</button>
    <button @click="decrement">-</button>
  </div>
</template>

<script>
import { ref } from 'vue';

export default {
  setup() {
    const count = ref(0);

    const increment = () => {
      count.value++;
    };

    const decrement = () => {
      count.value--;
    };

    return {
      count,
      increment,
      decrement
    };
  }
};
</script>

在这个例子中，increment 和 decrement 函数直接修改了 count.value，虽然看起来简单，但实际上Vue的响应式系统会处理这些变化，确保组件的正确更新。

表格总结：纯函数 vs 非纯函数

特性	纯函数	非纯函数
输入	相同的输入	相同的输入
输出	永远得到相同的输出	可能得到不同的输出
副作用	没有副作用	可能有副作用，例如修改外部变量、发送 HTTP 请求等
可预测性	高	低
可测试性	容易测试	难以测试
可缓存性	可以缓存	难以缓存
并行性	可以并行执行	难以并行执行
适用场景	组件渲染函数、计算属性、Redux Reducers/Vuex Mutations、shouldComponentUpdate	处理副作用、需要修改外部状态的场景

总结：

今天咱们聊了纯函数的概念、在React/Vue组件中的应用、以及它带来的性能优势。希望大家能够理解纯函数的重要性，并在实际开发中尽可能地使用纯函数，编写更健壮、更高效的代码。记住，做一个代码界的“老实人”，你会发现世界更美好！

最后，希望大家多多实践，多多思考，才能真正掌握纯函数的奥义。 谢谢大家！