30、RxJS与Redux：构建响应式应用的完美组合（上）

RxJS与Redux：构建响应式应用的完美组合（上）

在现代前端开发中，管理应用状态是一项至关重要的任务。随着应用复杂度的增加，状态管理变得愈发困难。RxJS和Redux作为两个强大的工具，为我们提供了有效的解决方案。本文将深入探讨如何结合使用RxJS和Redux，构建响应式应用。

1. 状态管理与Redux简介

在一个银行应用中，当一个React组件需要与另一个组件通信时，可能会触发某种操作，比如点击“取款”按钮。这个操作会引发系统状态的必要转换，例如计算最终余额，然后将新数据传递给余额组件进行显示。为了实现这一过程，我们可以引入一个存储控制器层来管理状态，而这个层就是Redux。

Redux是一个用于JavaScript的状态容器，它负责管理应用中信息的流动。与RxJS中短暂的状态不同，Redux提供了一个只读的存储组件，用于临时保留状态，避免创建可变的全局变量。

Redux遵循函数式编程（FP）的一些原则，其中最重要的是使用单向数据流来消除页面组件之间共享全局数据时产生的副作用。在典型的React/Redux应用中，当Redux存储中的数据发生变化时，数据会流向React组件；同样，React中触发的操作（如按钮点击）会导致Redux存储中的状态更新。Redux通过简单的订阅机制通知React状态更新，我们可以通过调用 getState() 方法获取这些更新。

Redux还采用了不可变存储的概念，即只能通过纯函数（称为reducers）来创建状态的新副本，同时保留原始状态。此外，Redux实现了单例存储容器，将应用的所有数据集中到内存中的单个对象中，这使得跟踪变化变得可预测，尤其在与React结合使用时，更新多个组件变得更加容易理解。

2. Redux的核心组件

2.1 Actions和Reducers

• Reducers ：Reducer是一个纯函数，它接受状态和操作对象作为参数，并返回一个全新的状态。例如，下面是一个简单的数学reducer，根据操作类型执行加法或减法：

const mathReducer = (state = {
  result: 0
}, action) => {
  switch(action.type) {
    case 'ADD':
      return {
        ...state, 
        result: state.result + action.value
      };
    case 'SUBTRACT':
      return {
        ...state, 
        result: state.result - action.value
      };
    default:
      return state;
  }
};

需要注意的是，reducer永远不应该直接修改状态对象，而是使用ES6扩展运算符来克隆并返回状态对象，以避免污染系统状态。
- Actions ：Action是一个简单的对象，用于向reducer函数发出调用信号。在Redux中，操作的唯一必需元素是 type 属性，其他逻辑可以根据需要添加。例如，我们可以创建一个取款操作：

function withdraw(payload) {
  return {type: 'WITHDRAW', ...payload}; 
}
const action = withdraw({amount: 50, account: 'checking'});

2.2 Redux Store

要使用Redux，我们首先需要创建一个存储（store）。可以使用 createStore() 方法来创建一个Redux存储，它接受一个reducer函数和一个可选的初始状态作为参数。例如：

const store = createStore(mathReducer, 0);

以银行账户为例，我们可以创建一个更新账户余额的reducer：

const accounts = {
  checking: 100,
  savings: 100
}; 

const updateAccounts = (state = {
  checking: 0,
  savings: 0
}, action) => {
  switch (action.type) {
    case 'WITHDRAW': 
      return {
        ...state, 
        [action.account]: state[action.account] - parseFloat(action.amount)
      };
    case 'DEPOSIT': 
      return {
        ...state, 
        [action.account]: state[action.account] + parseFloat(action.amount)
      };
    default:
      return state;
  }
};

const store = createStore(updateAccounts, accounts);

创建存储后，我们可以使用 dispatch() 方法来发送操作，Redux会根据操作类型调用相应的reducer来更新状态。例如：

const action = withdraw({amount: 50, account: 'checking'});
store.dispatch(action);
store.getState(); //-> {checking: 50, savings: 100}

3. Redux与React的交互

在React组件中，我们可以使用存储的 dispatch() 方法来发送事件，而无需担心事件的消费者或组件之间的紧密耦合。例如，在一个简单的银行表单中实现取款功能：

function handleClick (amount) {
  const { checking, savings} = store.getState();
  if(checking > amount) {
    store.dispatch(withdraw({amount, account: 'checking'}));
  }
  else {
    throw 'Overdraft error!';
  }
}

React.DOM.button({id: 'withdraw',  
  onClick: () =>
    handleClick(document.getElementById('amount').value)}, 
  'Withdraw');

4. 构建RxJS和Redux存储适配器

虽然Redux存储具有类似可观察对象的行为，但它与我们熟悉的RxJS流相比略显原始。为了将Redux存储与RxJS无缝集成，我们可以创建一个适配器函数：

function createStreamFromStore(store) {
  return Rx.Observable.from(store)
    .map(() => store.getState())
    .publishBehavior(store.getState())
    .refCount();
}

这个函数将Redux存储转换为一个RxJS可观察对象，并确保所有订阅者始终接收到最新的状态变化。具体来说， map() 方法在每次状态更新时调用 getState() 方法，将当前状态传递给下游； publishBehavior() 方法是一种多播（热）操作符，它会向所有订阅者发送最新值； refCount() 方法使流在第一个观察者订阅时立即生效。

5. 总结

通过本文的介绍，我们了解了Redux的基本概念和核心组件，包括Actions、Reducers和Store。我们还学习了如何将Redux与React结合使用，以及如何使用RxJS将Redux存储转换为可观察对象。在下一部分中，我们将深入探讨如何使用RxJS Subject构建异步中间件，以处理异步操作。

下面是一个简单的mermaid流程图，展示了Redux和React的交互过程：

graph LR
    A[React组件] -->|事件触发| B[事件处理程序]
    B -->|创建操作| C[操作对象]
    C -->|dispatch| D[Redux Store]
    D -->|调用Reducer| E[状态更新]
    E -->|通知| A[React组件]

通过这个流程图，我们可以更直观地理解Redux和React之间的交互过程。在实际应用中，这种交互模式可以帮助我们更好地管理应用状态，提高代码的可维护性和可扩展性。

RxJS与Redux：构建响应式应用的完美组合（下）

6. 异步中间件与RxJS Subject

在前面的内容中，我们已经了解了Redux的核心组件以及如何将其与React和RxJS集成。然而，Redux默认是同步的，当我们需要执行异步操作时，就会面临一些挑战。例如，在银行应用中，我们可能需要进行AJAX调用以获取数据，或者使用PouchDB将记录持久化到本地存储。在这种情况下，我们需要引入异步中间件来处理这些操作。

6.1 同步与异步的挑战

在Redux的世界里，一切都是同步进行的：调度一个操作，执行reducers，然后修改状态，所有步骤依次发生。但当我们需要执行异步操作时，就会打破这种线性流程。例如，当我们进行AJAX调用或PouchDB操作时，会有等待时间或延迟。为了处理这种情况，我们需要引入状态管理来跟踪操作的进度，从操作开始处理到最终返回结果。

通常，我们会在操作中添加状态标志，如 DONE ，来表示操作的完成状态。例如，在取款操作中，我们可能会在操作开始时发送一个 DONE: false 的信号，在操作完成后发送一个 DONE: true 的信号。但这种方式会使代码变得复杂，因为我们需要在每个操作中检查这些标志。

6.2 使用RxJS Subject构建异步中间件

RxJS为我们提供了一个强大的工具来处理异步操作，即Subject。Subject是一种特殊的可观察对象，它既可以作为观察者接收值，也可以作为可观察对象发出值。我们可以使用Subject来构建异步中间件，将异步操作转换为线性的可观察流。

下面是一个简单的示例，展示了如何使用RxJS Subject处理取款操作：

import { Subject } from 'rxjs';

// 创建一个Subject
const actionSubject = new Subject();

// 处理取款操作的epic
const withdrawEpic = actionSubject
  .filter(action => action.type === 'WITHDRAW')
  .mergeMap(action => {
    // 模拟异步操作，如PouchDB调用
    return new Promise((resolve, reject) => {
      setTimeout(() => {
        if (action.amount <= 100) {
          resolve({ type: 'WITHDRAW_SUCCESS', ...action });
        } else {
          reject({ type: 'WITHDRAW_ERROR', ...action });
        }
      }, 1000);
    });
  });

// 订阅epic的结果
withdrawEpic.subscribe(result => {
  if (result.type === 'WITHDRAW_SUCCESS') {
    console.log('Withdrawal successful:', result);
  } else {
    console.error('Withdrawal error:', result);
  }
});

// 发送取款操作
actionSubject.next({ type: 'WITHDRAW', amount: 50 });

在这个示例中，我们创建了一个 Subject 对象 actionSubject ，用于接收操作。然后，我们创建了一个 withdrawEpic ，它过滤出 WITHDRAW 类型的操作，并将其转换为一个异步操作。最后，我们订阅 withdrawEpic 的结果，根据操作的成功或失败进行相应的处理。

6.3 异步中间件的优势

使用RxJS Subject构建异步中间件有以下几个优势：
- 消除回调地狱 ：通过将异步操作转换为可观察流，我们可以避免使用回调函数，使代码更加简洁和易于维护。
- 统一处理异步逻辑 ：我们可以将所有异步操作集中在一个地方处理，使代码更加模块化和可复用。
- 利用RxJS的强大功能 ：我们可以使用RxJS的各种操作符来处理异步流，如过滤、映射、合并等，提高代码的灵活性和可扩展性。

7. 构建交易史诗（Transaction Epic）

在前面的示例中，我们已经看到了如何使用RxJS Subject处理异步操作。在实际应用中，我们通常会将这些逻辑封装在一个组件中，称为“史诗（Epic）”。史诗是一个函数，它接收一个操作流作为输入，并返回一个新的操作流作为输出。

下面是一个简单的交易史诗示例，用于处理取款操作：

import { ofType } from 'redux-observable';
import { mergeMap, catchError } from 'rxjs/operators';
import { of } from 'rxjs';

const transactionEpic = (action$) =>
  action$.pipe(
    ofType('WITHDRAW'),
    mergeMap(action =>
      // 模拟异步操作，如PouchDB调用
      new Promise((resolve, reject) => {
        setTimeout(() => {
          if (action.amount <= 100) {
            resolve({ type: 'WITHDRAW_SUCCESS', ...action });
          } else {
            reject({ type: 'WITHDRAW_ERROR', ...action });
          }
        }, 1000);
      }).pipe(
        catchError(error => of(error))
      )
    )
  );

在这个示例中，我们使用了 redux-observable 库的 ofType 操作符来过滤出 WITHDRAW 类型的操作。然后，我们使用 mergeMap 操作符将操作转换为一个异步操作，并使用 catchError 操作符处理可能的错误。

8. 总结与展望

通过本文的介绍，我们深入探讨了如何使用RxJS和Redux构建响应式应用。我们了解了Redux的基本概念和核心组件，包括Actions、Reducers和Store，以及如何将其与React结合使用。我们还学习了如何使用RxJS将Redux存储转换为可观察对象，并使用RxJS Subject构建异步中间件来处理异步操作。

在实际应用中，我们可以根据具体需求选择合适的工具和技术。例如，对于简单的应用，我们可以直接使用Redux和React；对于复杂的应用，我们可以引入RxJS和异步中间件来处理异步操作。

下面是一个简单的表格，总结了Redux和RxJS的主要特点：
| 工具 | 特点 |
| ---- | ---- |
| Redux | 单例存储容器，单向数据流，不可变存储，适合管理应用状态 |
| RxJS | 强大的异步编程库，可观察对象和操作符，适合处理异步操作和事件流 |

最后，我们可以用一个mermaid流程图来展示整个3R架构（React、Redux、RxJS）的交互过程：

graph LR
    A[React组件] -->|事件触发| B[事件处理程序]
    B -->|创建操作| C[操作对象]
    C -->|dispatch| D[Redux Store]
    D -->|调用Reducer| E[状态更新]
    E -->|通知| A[React组件]
    C -->|传递给Epic| F[RxJS Epic]
    F -->|处理异步操作| G[新操作对象]
    G -->|dispatch| D[Redux Store]

通过这个流程图，我们可以更直观地理解React、Redux和RxJS之间的交互过程。在实际应用中，这种架构可以帮助我们更好地管理应用状态，处理异步操作，提高代码的可维护性和可扩展性。