JavaScripti Record ja Tuple: Muutumatud andmestruktuurid parema jõudluse ja prognoositavuse tagamiseks

JavaScript, kuigi võimas ja mitmekülgne keel, on traditsiooniliselt puudunud sisseehitatud toest tõeliselt muutumatutele andmestruktuuridele. Record ja Tuple ettepanekute eesmärk on seda probleemi lahendada, tuues sisse kaks uut primitiivset tüüpi, mis pakuvad oma olemuselt muutumatust, mis viib oluliste parandusteni jõudluses, prognoositavuses ja andmete terviklikkuses. Need ettepanekud on praegu TC39 protsessi 2. etapis, mis tähendab, et neid kaalutakse aktiivselt standardiseerimiseks ja keelde integreerimiseks.

Mis on Recordid ja Tuple'id?

Oma olemuselt on Recordid ja Tuple'id vastavalt JavaScripti olemasolevate objektide ja massiivide muutumatud vasted. Vaatame neid lähemalt:

Recordid: Muutumatud objektid

Record on sisuliselt muutumatu objekt. Pärast loomist ei saa selle omadusi muuta, lisada ega eemaldada. See muutumatus pakub mitmeid eeliseid, mida uurime hiljem.

Näide:

Recordi loomine konstruktoriga Record():

const myRecord = Record({ x: 10, y: 20 });

console.log(myRecord.x); // Väljund: 10

// Recordi muutmine viskab vea
// myRecord.x = 30; // TypeError: Cannot set property x of # which has only a getter

Nagu näha, põhjustab myRecord.x väärtuse muutmine TypeError'i, jõustades muutumatust.

Tuple'id: Muutumatud massiivid

Sarnaselt on Tuple muutumatu massiiv. Selle elemente ei saa pärast loomist muuta, lisada ega eemaldada. See muudab Tuple'id ideaalseks olukordades, kus on vaja tagada andmekogude terviklikkus.

Näide:

Tuple'i loomine konstruktoriga Tuple():

const myTuple = Tuple(1, 2, 3);

console.log(myTuple[0]); // Väljund: 1

// Tuple'i muutmine viskab samuti vea
// myTuple[0] = 4; // TypeError: Cannot set property 0 of # which has only a getter

Nagu Recordide puhul, põhjustab Tuple'i elemendi muutmine TypeError'i.

Miks muutumatus on oluline

Muutumatus võib esmapilgul tunduda piiravana, kuid see avab tarkvaraarenduses hulgaliselt eeliseid:

• Parem jõudlus: Muutumatuid andmestruktuure saavad JavaScripti mootorid agressiivselt optimeerida. Kuna mootor teab, et andmed ei muutu, saab see teha eeldusi, mis viivad kiirema koodi täitmiseni. Näiteks saab pinnapealseid võrdlusi (===) kasutada, et kiiresti kindlaks teha, kas kaks Recordi või Tuple'it on võrdsed, selle asemel et nende sisu sügavuti võrrelda. See on eriti kasulik stsenaariumides, mis hõlmavad sagedasi andmete võrdlusi, nagu Reacti shouldComponentUpdate või memoiseerimistehnikad.
• Suurem prognoositavus: Muutumatus välistab levinud veaallika: ootamatud andmete mutatsioonid. Kui teate, et Recordi või Tuple'it ei saa pärast loomist muuta, saate oma koodi üle suurema kindlusega arutleda. See on eriti oluline keerukates rakendustes, kus on palju interakteeruvaid komponente.
• Lihtsustatud silumine: Andmete mutatsiooni allika jälitamine võib muutuvates keskkondades olla õudusunenägu. Muutumatute andmestruktuuride puhul võite olla kindel, et Recordi või Tuple'i väärtus püsib kogu selle elutsükli vältel konstantsena, mis muudab silumise oluliselt lihtsamaks.
• Lihtsam paralleelsus: Muutumatus sobib loomulikult paralleelprogrammeerimiseks. Kuna andmeid ei saa mitu lõime või protsessi korraga muuta, väldite lukustamise ja sünkroniseerimise keerukust, vähendades võidujooksu tingimuste ja ummikseisude riski.
• Funktsionaalse programmeerimise paradigma: Recordid ja Tuple'id sobivad ideaalselt funktsionaalse programmeerimise põhimõtetega, mis rõhutavad muutumatust ja puhtaid funktsioone (funktsioonid, millel pole kõrvalmõjusid). Funktsionaalne programmeerimine soodustab puhtamat, paremini hooldatavat koodi ning Recordid ja Tuple'id muudavad selle paradigma kasutuselevõtu JavaScriptis lihtsamaks.

Kasutusjuhud ja praktilised näited

Recordide ja Tuple'ite eelised laienevad erinevatele kasutusjuhtudele. Siin on mõned näited:

1. Andmeedastusobjektid (DTO-d)

Recordid on ideaalsed DTO-de esitamiseks, mida kasutatakse andmete edastamiseks rakenduse erinevate osade vahel. Muutes DTO-d muutumatuks, tagate, et komponentide vahel edastatavad andmed jäävad järjepidevaks ja prognoositavaks.

Näide:

function createUser(userData) {
  // eeldatakse, et userData on Record
  if (!(userData instanceof Record)) {
    throw new Error("userData must be a Record");
  }

  // ... töötle kasutaja andmeid
  console.log(`Creating user with name: ${userData.name}, email: ${userData.email}`);
}

const userData = Record({ name: "Alice Smith", email: "alice@example.com", age: 30 });

createUser(userData);

// userData muutmisel väljaspool funktsiooni pole mingit mõju

See näide demonstreerib, kuidas Recordid saavad andmete terviklikkust jõustada andmete edastamisel funktsioonide vahel.

2. Reduxi olekuhaldus

Redux, populaarne olekuhaldusraamatukogu, soodustab tugevalt muutumatust. Recorde ja Tuple'eid saab kasutada rakenduse oleku esitamiseks, mis muudab olekumuutuste üle arutlemise ja probleemide silumise lihtsamaks. Selleks kasutatakse sageli raamatukogusid nagu Immutable.js, kuid natiivsed Recordid ja Tuple'id pakuksid potentsiaalseid jõudluseeliseid.

Näide:

// Eeldades, et teil on Reduxi pood

const initialState = Record({ counter: 0 });

function reducer(state = initialState, action) {
  switch (action.type) {
    case "INCREMENT":
      // Siin võib olla võimalik kasutada laotusoperaatorit uue Recordi loomiseks,
      // sõltuvalt lõplikust API-st ja sellest, kas pinnapealsed uuendused on toetatud.
      // (Laotusoperaatori käitumine Recordidega on veel arutlusel)
      return Record({ ...state, counter: state.counter + 1 }); // Näide - Vajab valideerimist lõpliku Recordi spetsifikatsiooniga
    default:
      return state;
  }
}

Kuigi see näide kasutab lihtsuse huvides laotusoperaatorit (ja selle käitumine Recordidega võib lõpliku spetsifikatsiooniga muutuda), illustreerib see, kuidas Recorde saab integreerida Reduxi töövoogu.

3. Vahemällu salvestamine ja memoiseerimine

Muutumatus lihtsustab vahemällu salvestamise ja memoiseerimise strateegiaid. Kuna teate, et andmed ei muutu, saate ohutult vahemällu salvestada Recordidel ja Tuple'itel põhinevate kulukate arvutuste tulemusi. Nagu varem mainitud, saab pinnapealseid võrdsuskontrolle (===) kasutada, et kiiresti kindlaks teha, kas vahemällu salvestatud tulemus on endiselt kehtiv.

Näide:

const cache = new Map();

function expensiveCalculation(data) {
  // eeldatakse, et data on Record või Tuple
  if (cache.has(data)) {
    console.log("Vahemälust toomine");
    return cache.get(data);
  }

  console.log("Kuluka arvutuse teostamine");
  // Simuleeri aeganõudvat operatsiooni
  const result = data.x * data.y;

  cache.set(data, result);
  return result;
}

const inputData = Record({ x: 5, y: 10 });

console.log(expensiveCalculation(inputData)); // Teostab arvutuse ja salvestab tulemuse vahemällu
console.log(expensiveCalculation(inputData)); // Toob tulemuse vahemälust

4. Geograafilised koordinaadid ja muutumatud punktid

Tuple'eid saab kasutada geograafiliste koordinaatide või 2D/3D punktide esitamiseks. Kuna neid väärtusi on harva vaja otse muuta, pakub muutumatus turvalisuse garantii ja potentsiaalseid jõudluseeliseid arvutustes.

Näide (Llaiuskraad ja pikkuskraad):

function calculateDistance(coord1, coord2) {
  // eeldatakse, et coord1 ja coord2 on Tuple'id, mis esindavad (laiuskraad, pikkuskraad)

  const lat1 = coord1[0];
  const lon1 = coord1[1];
  const lat2 = coord2[0];
  const lon2 = coord2[1];

  // Haversine'i valemi (või mõne muu kauguse arvutamise) rakendamine
  const R = 6371; // Maa raadius kilomeetrites
  const dLat = degreesToRadians(lat2 - lat1);
  const dLon = degreesToRadians(lon2 - lon1);
  const a = Math.sin(dLat / 2) * Math.sin(dLat / 2) +
            Math.cos(degreesToRadians(lat1)) * Math.cos(degreesToRadians(lat2)) *
            Math.sin(dLon / 2) * Math.sin(dLon / 2);
  const c = 2 * Math.atan2(Math.sqrt(a), Math.sqrt(1 - a));
  const distance = R * c;
  return distance; // kilomeetrites
}

function degreesToRadians(degrees) {
  return degrees * (Math.PI / 180);
}

const london = Tuple(51.5074, 0.1278); // Londoni laius- ja pikkuskraad
const paris = Tuple(48.8566, 2.3522);   // Pariisi laius- ja pikkuskraad

const distance = calculateDistance(london, paris);
console.log(`The distance between London and Paris is: ${distance} km`);

Väljakutsed ja kaalutlused

Kuigi Recordid ja Tuple'id pakuvad arvukalt eeliseid, on oluline olla teadlik võimalikest väljakutsetest:

• Kasutuselevõtu kõver: Arendajad peavad oma kodeerimisstiili kohandama, et omaks võtta muutumatust. See nõuab mõtteviisi muutust ja potentsiaalselt ümberõpet uute parimate tavade osas.
• Koostalitlusvõime olemasoleva koodiga: Recordide ja Tuple'ite integreerimine olemasolevatesse koodibaasidesse, mis tuginevad tugevalt muutuvatele andmestruktuuridele, võib nõuda hoolikat planeerimist ja refaktoreerimist. Muutuvate ja muutumatute andmestruktuuride vaheline teisendamine võib tekitada lisakulusid.
• Võimalikud jõudluse kompromissid: Kuigi muutumatus *üldiselt* toob kaasa jõudluse paranemise, võib esineda spetsiifilisi stsenaariume, kus uute Recordide ja Tuple'ite loomise lisakulu kaalub üles kasu. Potentsiaalsete kitsaskohtade tuvastamiseks on ülioluline oma koodi testida ja profileerida.
• Laotusoperaator ja Object.assign: Laotusoperaatori (...) ja Object.assign'i käitumine Recordidega vajab hoolikat kaalumist. Ettepanekus peab olema selgelt määratletud, kas need operaatorid loovad uusi Recorde omaduste pinnapealsete koopiatega või viskavad vigu. Ettepaneku praegune seis viitab sellele, et neid operatsioone tõenäoliselt *ei* toetata otse, soodustades selle asemel spetsiaalsete meetodite kasutamist olemasolevate Recordide põhjal uute loomiseks.

Alternatiivid Recordidele ja Tuple'itele

Enne kui Recordid ja Tuple'id laialdaselt kättesaadavaks saavad, toetuvad arendajad sageli alternatiivsetele raamatukogudele, et saavutada JavaScriptis muutumatust:

• Immutable.js: Populaarne raamatukogu, mis pakub muutumatuid andmestruktuure nagu Listid, Mapid ja Setid. See pakub laiaulatuslikku meetodite komplekti muutumatute andmetega töötamiseks, kuid see võib tekitada olulise sõltuvuse raamatukogust.
• Seamless-Immutable: Veel üks raamatukogu, mis pakub muutumatuid objekte ja massiive. Selle eesmärk on olla kergem kui Immutable.js, kuid sellel võib olla funktsionaalsuse osas piiranguid.
• immer: Raamatukogu, mis kasutab "kopeeri-kirjutamisel" lähenemist, et lihtsustada muutumatute andmetega töötamist. See võimaldab teil andmeid muteerida "mustandi" objektis ja loob seejärel automaatselt muutumatu koopia koos muudatustega.

Siiski on natiivsetel Recordidel ja Tuple'itel potentsiaali neid raamatukogusid ületada tänu nende otsesele integratsioonile JavaScripti mootorisse.

Muutumatute andmete tulevik JavaScriptis

Record ja Tuple ettepanekud esindavad olulist sammu edasi JavaScripti jaoks. Nende kasutuselevõtt annab arendajatele võimaluse kirjutada robustsemat, prognoositavamat ja jõudlusvõimelisemat koodi. Kuna ettepanekud liiguvad edasi TC39 protsessis, on oluline, et JavaScripti kogukond püsiks kursis ja annaks tagasisidet. Muutumatust omaks võttes saame ehitada tuleviku jaoks usaldusväärsemaid ja hooldatavamaid rakendusi.

Kokkuvõte

JavaScripti Recordid ja Tuple'id pakuvad veenvat visiooni andmete muutumatuse haldamiseks otse keeles. Jõustades muutumatust tuumtasandil, pakuvad nad eeliseid, mis ulatuvad jõudluse kasvust suurema prognoositavuseni. Kuigi tegemist on veel arendamisel oleva ettepanekuga, on nende potentsiaalne mõju JavaScripti maastikule märkimisväärne. Nende standardiseerimisele lähenedes on nende arenguga kursis püsimine ja nende kasutuselevõtuks valmistumine väärt investeering igale JavaScripti arendajale, kes soovib ehitada robustsemaid ja hooldatavamaid rakendusi erinevates globaalsetes keskkondades.

Üleskutse tegutsemisele

Hoidke end kursis Record ja Tuple ettepanekutega, jälgides TC39 arutelusid ja uurides saadaolevaid ressursse. Katsetage polüfiilide või varajaste implementatsioonidega (kui need on saadaval), et saada praktilist kogemust. Jagage oma mõtteid ja tagasisidet JavaScripti kogukonnaga, et aidata kujundada muutumatute andmete tulevikku JavaScriptis. Kaaluge, kuidas Recordid ja Tuple'id võiksid teie olemasolevaid projekte parendada ning aidata kaasa usaldusväärsemale ja tõhusamale arendusprotsessile. Uurige näiteid ja jagage oma piirkonna või tööstusharuga seotud kasutusjuhte, et laiendada nende võimsate uute funktsioonide mõistmist ja kasutuselevõttu.