React experimental_useMutableSource 变更检测：精通可变数据

React 以其声明式方法和高效渲染而闻名，通常鼓励不可变的数据管理。然而，某些场景下必须处理可变数据。React 的 experimental_useMutableSource Hook 作为实验性并发模式 API 的一部分，提供了一种将可变数据源集成到 React 组件中的机制，从而实现细粒度的变更检测和优化。本文将探讨 experimental_useMutableSource 的细节、其优缺点以及实际示例。

理解 React 中的可变数据

在深入了解 experimental_useMutableSource 之前，至关重要的是要理解为什么可变数据在 React 中会具有挑战性。React 的渲染优化在很大程度上依赖于比较前后状态来确定组件是否需要重新渲染。当数据被直接修改时，React 可能无法检测到这些变化，导致显示的 UI 与实际数据之间出现不一致。

出现可变数据的常见场景：

• 与外部库集成： 一些库，特别是处理复杂数据结构或实时更新的库（例如，某些图表库、游戏引擎），可能在内部以可变方式管理数据。
• 性能优化： 在特定的性能关键部分，直接修改可能比创建全新的不可变副本有轻微优势，尽管这会以增加复杂性和潜在错误为代价。
• 遗留代码库： 从旧代码库迁移时，可能需要处理现有的可变数据结构。

虽然通常首选不可变数据，但 experimental_useMutableSource 允许开发者在 React 的声明式模型与处理可变数据源的现实之间架起一座桥梁。

介绍 experimental_useMutableSource

experimental_useMutableSource 是一个专为订阅可变数据源而设计的 React Hook。它允许 React 组件仅在可变数据的相关部分发生变化时才重新渲染，从而避免不必要的重新渲染并提高性能。此 Hook 是 React 实验性并发模式功能的一部分，其 API 可能会发生变化。

Hook 签名：

const value = experimental_useMutableSource(mutableSource, getSnapshot, subscribe);

参数：

• mutableSource: 代表可变数据源的对象。此对象应提供一种访问数据当前值和订阅变更的方法。
• getSnapshot: 一个函数，它接收 mutableSource 作为输入，并返回相关数据的快照。此快照用于比较前后值以确定是否需要重新渲染。创建一个稳定的快照至关重要。
• subscribe: 一个函数，它接收 mutableSource 和一个回调函数作为输入。此函数应将回调订阅到可变数据源的变更。当数据变化时，将调用该回调，从而触发重新渲染。

返回值：

该 Hook 返回由 getSnapshot 函数返回的数据的当前快照。

experimental_useMutableSource 的工作原理

experimental_useMutableSource 通过使用提供的 getSnapshot 和 subscribe 函数来跟踪可变数据源的变更。以下是其工作步骤的分解：

1. 初始渲染： 当组件首次渲染时，experimental_useMutableSource 调用 getSnapshot 函数以获取数据的初始快照。
2. 订阅： 然后，该 Hook 使用 subscribe 函数注册一个回调，该回调将在可变数据发生变化时被调用。
3. 变更检测： 当数据变化时，回调被触发。在回调内部，React 再次调用 getSnapshot 以获取新的快照。
4. 比较： React 将新快照与前一个快照进行比较。如果快照不同（使用 Object.is 或自定义比较函数），React 会安排组件的重新渲染。
5. 重新渲染： 在重新渲染期间，experimental_useMutableSource 再次调用 getSnapshot 以获取最新数据并将其返回给组件。

实践示例

让我们通过几个实际示例来说明 experimental_useMutableSource 的用法。

示例 1：与可变计时器集成

假设你有一个更新时间戳的可变计时器对象。我们可以使用 experimental_useMutableSource 在 React 组件中高效地显示当前时间。

// Mutable Timer Implementation
class MutableTimer {
  constructor() {
    this._time = Date.now();
    this._listeners = [];
    this._intervalId = setInterval(() => {
      this._time = Date.now();
      this._listeners.forEach(listener => listener());
    }, 1000);
  }

  get time() {
    return this._time;
  }

  subscribe(listener) {
    this._listeners.push(listener);
    return () => {
      this._listeners = this._listeners.filter(l => l !== listener);
    };
  }
}

const timer = new MutableTimer();

// React Component
import React, { experimental_useMutableSource as useMutableSource } from 'react';

const mutableSource = {
  version: 0, //用于追踪变更的版本
  getSnapshot: () => timer.time,
  subscribe: timer.subscribe.bind(timer),
};

function CurrentTime() {
  const currentTime = useMutableSource(mutableSource, mutableSource.getSnapshot, mutableSource.subscribe);

  return (
    

      Current Time: {new Date(currentTime).toLocaleTimeString()}
    
  );
}

export default CurrentTime;

在此示例中，MutableTimer 是一个可变地更新时间的类。experimental_useMutableSource 订阅该计时器，CurrentTime 组件仅在时间变化时重新渲染。getSnapshot 函数返回当前时间，subscribe 函数将一个监听器注册到计时器的变更事件。mutableSource 中的 version 属性，虽然在这个最小示例中未使用，但在复杂场景中至关重要，用于指示数据源本身的更新（例如，更改计时器的间隔）。

示例 2：与可变的游戏状态集成

考虑一个简单的游戏，其中游戏状态（例如，玩家位置、分数）存储在一个可变对象中。experimental_useMutableSource 可用于高效地更新游戏 UI。

// Mutable Game State
class GameState {
  constructor() {
    this.playerX = 0;
    this.playerY = 0;
    this.score = 0;
    this._listeners = [];
  }

  movePlayer(x, y) {
    this.playerX = x;
    this.playerY = y;
    this.notifyListeners();
  }

  increaseScore(amount) {
    this.score += amount;
    this.notifyListeners();
  }

  subscribe(listener) {
    this._listeners.push(listener);
    return () => {
      this._listeners = this._listeners.filter(l => l !== listener);
    };
  }

  notifyListeners() {
    this._listeners.forEach(listener => listener());
  }
}

const gameState = new GameState();

// React Component
import React, { experimental_useMutableSource as useMutableSource } from 'react';

const mutableSource = {
  version: 0, //用于追踪变更的版本
  getSnapshot: () => ({
    x: gameState.playerX,
    y: gameState.playerY,
    score: gameState.score,
  }),
  subscribe: gameState.subscribe.bind(gameState),
};

function GameUI() {
  const { x, y, score } = useMutableSource(mutableSource, mutableSource.getSnapshot, mutableSource.subscribe);

  return (
    

      Player Position: ({x}, {y})

      Score: {score}
       gameState.increaseScore(10)}>Increase Score
       gameState.movePlayer(x + 1, y + 1)}>Move Player
    
  );
}

export default GameUI;

在此示例中，GameState 是一个持有可变游戏状态的类。GameUI 组件使用 experimental_useMutableSource 来订阅游戏状态的变更。getSnapshot 函数返回相关游戏状态属性的快照。组件仅在玩家位置或分数变化时重新渲染，确保了高效更新。

示例 3：使用选择器函数处理可变数据

有时，你只需要对可变数据的特定部分的变化做出反应。你可以在 getSnapshot 函数中使用选择器函数，仅为组件提取相关数据。

// Mutable Data
const mutableData = {
  name: "John Doe",
  age: 30,
  city: "New York",
  country: "USA",
  occupation: "Software Engineer",
  _listeners: [],

  subscribe(listener) {
    this._listeners.push(listener);
    return () => {
      this._listeners = this._listeners.filter(l => l !== listener);
    };
  },

  setName(newName) {
    this.name = newName;
    this._listeners.forEach(l => l());
  },

  setAge(newAge) {
    this.age = newAge;
    this._listeners.forEach(l => l());
  }

};


// React Component
import React, { experimental_useMutableSource as useMutableSource } from 'react';

const mutableSource = {
  version: 0, //用于追踪变更的版本
  getSnapshot: () => mutableData.age,
  subscribe: mutableData.subscribe.bind(mutableData),
};


function AgeDisplay() {
  const age = useMutableSource(mutableSource, mutableSource.getSnapshot, mutableSource.subscribe);

  return (
    

      Age: {age}
    
  );
}

export default AgeDisplay;

在这种情况下，AgeDisplay 组件仅在 mutableData 对象的 age 属性变化时才重新渲染。getSnapshot 函数专门提取 age 属性，从而实现细粒度的变更检测。

experimental_useMutableSource 的优点

• 细粒度的变更检测： 仅在可变数据的相关部分发生变化时才重新渲染，从而提高性能。
• 与可变数据源集成： 允许 React 组件与使用可变数据的库或代码库无缝集成。
• 优化的更新： 减少不必要的重新渲染，从而获得更高效、响应更快的 UI。

缺点与注意事项

• 复杂性： 使用可变数据和 experimental_useMutableSource 会增加代码的复杂性。它需要仔细考虑数据一致性和同步问题。
• 实验性 API： experimental_useMutableSource 是 React 实验性并发模式功能的一部分，这意味着其 API 在未来版本中可能会发生变化。
• 潜在的错误： 如果处理不当，可变数据可能会引入难以察觉的错误。确保正确跟踪变更并一致地更新 UI 至关重要。
• 性能权衡： 虽然 experimental_useMutableSource 可以在某些场景下提高性能，但由于快照和比较过程，它也会引入开销。对你的应用进行基准测试以确保它能带来净性能收益非常重要。
• 快照稳定性： getSnapshot 函数必须返回一个稳定的快照。除非数据确实发生了变化，否则避免在每次调用 getSnapshot 时创建新的对象或数组。这可以通过记忆化快照或在 getSnapshot 函数内部比较相关属性来实现。

使用 experimental_useMutableSource 的最佳实践

1. 最小化可变数据： 尽可能优先使用不可变数据结构。仅在需要与现有可变数据源集成或进行特定性能优化时才使用 experimental_useMutableSource。
2. 创建稳定的快照： 确保 getSnapshot 函数返回一个稳定的快照。除非数据确实发生了变化，否则避免在每次调用时创建新的对象或数组。使用记忆化技术或比较函数来优化快照的创建。
3. 彻底测试你的代码： 可变数据可能会引入难以察觉的错误。彻底测试你的代码，确保变更被正确跟踪并且 UI 被一致地更新。
4. 为你的代码编写文档： 清晰地记录 experimental_useMutableSource 的使用以及对可变数据源所做的假设。这将帮助其他开发者理解和维护你的代码。
5. 考虑替代方案： 在使用 experimental_useMutableSource 之前，考虑其他方法，例如使用状态管理库（如 Redux、Zustand）或重构代码以使用不可变数据结构。
6. 使用版本控制： 在 mutableSource 对象中包含一个 version 属性。每当数据源本身的结构发生变化（例如，添加或删除属性）时更新此属性。这使得 experimental_useMutableSource 能够知道何时需要完全重新评估其快照策略，而不仅仅是数据值。每当你从根本上改变数据源的工作方式时，就增加版本号。

与第三方库集成

experimental_useMutableSource 对于将 React 组件与以可变方式管理数据的第三方库集成特别有用。以下是一般方法：

1. 识别可变数据源： 确定库 API 的哪一部分暴露了你需要在 React 组件中访问的可变数据。
2. 创建可变源对象： 创建一个 JavaScript 对象，封装可变数据源并提供 getSnapshot 和 subscribe 函数。
3. 实现 getSnapshot 函数： 编写 getSnapshot 函数以从可变数据源中提取相关数据。确保快照是稳定的。
4. 实现 Subscribe 函数： 编写 subscribe 函数以向库的事件系统注册一个监听器。当可变数据变化时，应调用该监听器。
5. 在你的组件中使用 experimental_useMutableSource： 使用 experimental_useMutableSource 订阅可变数据源并在你的 React 组件中访问数据。

例如，如果你正在使用一个以可变方式更新图表数据的图表库，你可以使用 experimental_useMutableSource 订阅图表的数据变更并相应地更新图表组件。

并发模式的注意事项

experimental_useMutableSource 旨在与 React 的并发模式功能协同工作。并发模式允许 React 中断、暂停和恢复渲染，从而提高应用的响应能力和性能。在并发模式下使用 experimental_useMutableSource 时，了解以下注意事项很重要：

• 画面撕裂 (Tearing)： 当 React 由于渲染过程中的中断而仅更新部分 UI 时，就会发生画面撕裂。为避免撕裂，请确保 getSnapshot 函数返回一致的数据快照。
• Suspense： Suspense 允许你暂停组件的渲染，直到某些数据可用。将 experimental_useMutableSource 与 Suspense 一起使用时，请确保在组件尝试渲染之前可变数据源是可用的。
• Transitions： Transitions 允许你在应用的不同状态之间平滑过渡。将 experimental_useMutableSource 与 Transitions 一起使用时，请确保在过渡期间正确更新可变数据源。

experimental_useMutableSource 的替代方案

虽然 experimental_useMutableSource 提供了一种与可变数据源集成的机制，但它并非总是最佳解决方案。考虑以下替代方案：

• 不可变数据结构： 如果可能，重构你的代码以使用不可变数据结构。不可变数据结构更容易跟踪变更并防止意外修改。
• 状态管理库： 使用像 Redux、Zustand 或 Recoil 这样的状态管理库来管理你的应用状态。这些库为你的数据提供了一个中心化的存储，并强制执行不可变性。
• Context API： React Context API 允许你在组件之间共享数据，而无需逐层传递 prop。虽然 Context API 本身不强制不可变性，但你可以将它与不可变数据结构或状态管理库结合使用。
• useSyncExternalStore： 这个 Hook 允许你以与并发模式和服务器组件兼容的方式订阅外部数据源。虽然它不是专门为*可变*数据设计的，但如果你能以可预测的方式管理对外部存储的更新，它可能是一个合适的替代方案。

结论

experimental_useMutableSource 是一个将 React 组件与可变数据源集成的强大工具。它允许进行细粒度的变更检测和优化的更新，从而提高应用的性能。然而，它也增加了复杂性，需要仔细考虑数据的一致性和同步问题。

在使用 experimental_useMutableSource 之前，请考虑其他方法，例如使用不可变数据结构或状态管理库。如果你确实选择使用 experimental_useMutableSource，请遵循本文中概述的最佳实践，以确保你的代码是健壮且可维护的。

由于 experimental_useMutableSource 是 React 实验性并发模式功能的一部分，其 API 可能会发生变化。请及时关注最新的 React 文档，并准备好根据需要调整你的代码。最好的方法是尽可能地追求不可变性，仅在为集成或性能原因而严格需要时，才使用像 experimental_useMutableSource 这样的工具来管理可变数据。