初识 Jotai：一个高性能原子化状态管理库

_木木学长_2024-04-18 11:16

本篇对应《深入浅出React状态管理库》第13章

在 "React Context 性能挑战及其优化之道" 一节中我们介绍了 React Context 会带来额外 re-render 的问题，Jotai 就是用来解决额外的 re-render 问题而发明出来的。

Jotai 核心理念是原子（atom），灵感来自 Recoil，那怎么理解 "原子" 的概念呢？

一个前端应用通常由多个组件组合而成，而组件之间自然就有了共享状态的需求，状态管理库就应运而生了，而这时候就诞生了两个派别 ------ 以 Redux 为首的单一状态树与 Jotai 为首的原子化状态管理派别。原子化就是指整个应用的外部状态被拆分为了一个个分片的状态片段，每个状态片段保存在各自的 atom 中，各自的 atom 组合交错共同组成了整个应用的状态。

而 Jotai 帮助我们维护各个原子状态以及原子之间的依赖交错关系，并通过原子之间的相互依赖关系阻止应用 re-render，提高性能。

时至今日，Jotai 及它的社区仍在不断快速地发展和迭代着。目前已经被非常多的公司应用在生产环境中：

本节让我们来一起快速入门 Jotai。

Store

Jotai Store 用来存储 atom 的状态，通过 createStore 可以创建一个 Jotai Store：

js 复制代码 
import { createStore } from 'jotai'

const myStore = createStore()

创建的 Store 可以传入 Provider 中：

jsx 复制代码 
import { Provider } from 'jotai'

const Root = () => (
  <Provider store={myStore}>
    <App />
  </Provider>
)

这样被 Provider 包裹的子孙组件就可以通过 useStore hook 来拿这个 myStore，Jotai 内部会创建一个默认的 Store，不传 store 参数时默认会使用 Jotai 内部默认的 Store。

Jotai Store 会包含 3 个属性：

  • get：用来获取 atom 的状态，例如 myStore.get(countAtom)。
  • set：用来修改 atom 的状态，例如 myStore.set(countAtom, 10)。
  • sub：用来订阅 atom，例如：
jsx 复制代码 
const unsub = myStore.sub(countAtom, () => {
  console.log('countAtom value is changed to', myStore.get(countAtom))
})

在这个例子中订阅了 countAtom，当它的状态发生变化时会执行后面的回调函数，sub 会返回一个函数用来取消订阅。

atom

通过 atom 函数你可以创建一个原子：

js 复制代码 
import { atom } from 'jotai'

const priceAtom = atom(10)
const messageAtom = atom('hello')
const productAtom = atom({ id: 12, name: 'good stuff' })

原子本身不持有状态，它的状态会被保存在 Jotai Store 中。atom 接收两个参数：

  • read：用来定义该 atom 的状态，可以接收一个值，或者一个函数。当传入一个函数时我们称它为派生原子，派生原子会基于其他原子之上来定义状态。
js 复制代码 
import { atom } from 'jotai'

const priceAtom = atom(10)
const derivedAtom = atom((get) => get(priceAtom) * 2) // 派生原子
  • write：传入一个函数，定义了如何修改 atom 的状态。
js 复制代码 
const writeAtom = atom(null, (get, set, update) => {
  const price = get(priceAtom)
  set(priceAtom, price + update)
})

根据不同的情况可以将原子划分为三类：

  • 只读原子（Read-only atom） ：只传入了 read，并且其是一个函数，例如：
js 复制代码 
const readOnlyAtom = atom((get) => get(priceAtom) * 2)

这时候派生原子 readOnlyAtom 是不能被修改的，如果我们 set(readOnlyAtom, newState) 会报错。

  • 只写原子（Write-only atom） ：只传入了 write 函数，例如：
js 复制代码 
const writeOnlyAtom = atom(null, (get, set, update) => {
  const price = get(priceAtom)
  set(priceAtom, price + update)
})

这时候尝试去读取 writeAtom 拿到的是 null。

  • 读写原子（Read-Write atom）：
js 复制代码 
const readWriteAtom = atom(
  (get) => get(priceAtom) * 2,
  (get, set, update) => {
    set(priceAtom, price + update)
  },
)

hooks

Jotai 的核心 hooks 包含 3 个。

useAtomValue

通过 useAtomValue 可以在 React 组件中拿到 atom 的状态：

js 复制代码 
import { atom, useAtomValue } from 'jotai'

const priceAtom = atom(10)

function App() {
  const price = useAtomValue(priceAtom)
}

在这个例子中我们通过 useAtomValue 函数获取 priceAtom 的状态。这时候你可能会问，即然 Jotai Store 上的 get 函数也可以获取到 atom 的状态，那我们能否这么写呢？

js 复制代码 
function App() {
  const store = useStore()
  const price = store.get(priceAtom)
}

其实 useAtomValue 有另外一个作用就是 "订阅"，当使用 useAtomValue 时除了拿到 atom 状态以外会完成对它的订阅，当 atom 状态发生变化时会通知该组件重新渲染。

因此，通过 store.get 的方式虽然可以正确拿到 price 的值，却不会完成订阅的过程。

可以参考 Demo 来帮助理解：

jsx 复制代码 
const priceAtom = atom(0)

function Display() {
  const price = useAtomValue(priceAtom)
  return <div>Display: {price}</div>
}

function Control() {
  const store = useStore()
  const price = store.get(priceAtom)

  return (
    <div>
      <div>Control: {price}</div>
      <button onClick={() => store.set(priceAtom, 1)}>set price</button>
    </div>
  )
}

export default function App() {
  return (
    <Provider>
      <Display />
      <Control />
    </Provider>
  )
}

在这个例子中有两个组件 <Display /> 和 <Control />，其中 <Display /> 组件使用 useAtomValue 来读取状态， <Control /> 组件使用 store.get 读取状态，点击按钮更新 priceAtom 的状态。

可以看到，当点击时 <Control /> 组件的状态并没有发生变化，也就是并没有重新渲染。

useSetAtom

在 React 组件中调用 useSetAtom 会返回一个修改 atom 状态的函数：

jsx 复制代码 
import { atom, useSetAtom } from 'jotai'

const priceAtom = atom(10)

function App() {
  const setPrice = useSetAtom(priceAtom)
  return <button onClick={() => setPrice(10)}>dispatch</button>
}

useAtom

useAtom hook 你可以看作是 useAtomValue 和 useSetAtom 的集合，调用 useAtom 会返回 [状态, 修改状态函数] 的二元组，类似 useState：

js 复制代码 
import { useAtom } from 'jotai'

function App() {
  const [price, setPrice] = useAtom(priceAtom)
}

当然调用 useAtom 也是会完成订阅的。它的实现也非常简单，我们现在就可以把它写出来！

js 复制代码 
function useAtom(atom) {
  const value = useAtomValue(atom)
  const setAtom = useSetAtom(atom)
  return [value, setAtom]
}

借助 useAtomValue 和 useAtom 可以在组件中获取状态以及完成订阅，当组件卸载时会自动取消订阅。借助 useSetAtom 和 useAtom 可以在组件中拿到修改 atom 状态的方法。

原子化与 re-render

我们前面说 Jotai 的理念是原子化，各个分片的原子组成了整个应用系统的状态，那么对于派生原子来说，我们来看一个例子：

现在有三个 atom ------ derivedAtom2 依赖 derivedAtom，derivedAtom 依赖 countAtom；有两个组件 ------ <Control /> 依赖 countAtom，<Display /> 依赖 derivedAtom2。

jsx 复制代码 
import { atom, useAtomValue, useSetAtom } from "jotai";

const countAtom = atom(1);

const derivedAtom = atom((get) => get(countAtom) * 2);

const derivedAtom2 = atom((get) => get(derivedAtom) * 3);

function Display() {
  const count = useAtomValue(derivedAtom2);
  return <div>{count}</div>;
}

function Control() {
  const setCount = useSetAtom(countAtom);
  return <button onClick={() => setCount((c) => c + 1)}>Increment</button>;
}

export default function App() {
  return (
    <>
      <Display />
      <Control />
    </>
  );
}

一开始的时候展示的状态为 6，如果我们点击按钮会发生什么？直觉告诉我们每次当点击按钮的时候 countAtom 会自增 1，展示的 derivedAtom2 会自增 6。

结果也确实是如此，Jotai 帮助我们管理原子之间的依赖关系，并根据依赖关系正确触发组件重新渲染。 也正是这种特性能够避免不必要的 re-render。

但是也正是 Jotai 原子化的特性，我们也需要关心如何合理地拆分原子，否则就会带来额外的 re-render 的问题，例如：

jsx 复制代码 
const anAtom = atom({
  count: 10,
  text: "jotai",
});

function Display() {
  const { text } = useAtomValue(anAtom);
  console.log("re-render");
  return <div>text: {text}</div>;
}

function Increment() {
  const setCount = useSetAtom(anAtom);
  return <button onClick={() => setCount((c) => c + 1)}>increment</button>;
}

export default function App() {
  return (
    <>
      <Display />
      <Increment />
    </>
  );
}

可以看到，在 <Display /> 组件中使用了 anAtom 中的 text 字段，但是当我们修改 count 值会发现，即使 <Display /> 组件中没有用到但随着 count 值的变化也会触发 re-render。

那解决办法是什么呢？我们可以将 anAtom 状态拆分成两部分：

jsx 复制代码 
const countAtom = atom(10);
const textAtom = atom('jotai');

function Display() {
  const text = useAtomValue(textAtom);
  console.log("re-render");
  return <div>text: {text}</div>;
}

function Increment() {
  const setCount = useSetAtom(countAtom);
  return <button onClick={() => setCount((c) => c + 1)}>increment</button>;
}

export default function App() {
  return (
    <>
      <Display />
      <Increment />
    </>
  );
}

这样 count 值的变化就不会触发额外的 re-render，通过这个例子展示了合理拆分原子的重要性，而不是把整个一坨大的状态塞到一个 atom 中维护。

atom 中的 atoms

接下来我们介绍一种非常有意思的实践 ------ atoms in atom，顾名思义就是将一些 atom 放到一个 atom 中来管理和维护，来看下面这个例子。

首先，创建 atoms in atom：

js 复制代码 
const countsAtom = atom([atom(1), atom(2), atom(3)])

接下来在组件中使用：

jsx 复制代码 
const Counter = ({ countAtom }) => {
  const [count, setCount] = useAtom(countAtom);
  return (
    <div>
      {count} <button onClick={() => setCount((c) => c + 1)}>+1</button>
    </div>
  );
};

const Parent = () => {
  const [counts, setCounts] = useAtom(countsAtom);
  const addNewCount = () => {
    const newAtom = atom(0);
    setCounts((prev) => [...prev, newAtom]);
  };
  return (
    <div>
      {counts.map((countAtom) => (
        <Counter countAtom={countAtom} key={countAtom} />
      ))}
      <button onClick={addNewCount}>Add</button>
    </div>
  );
};

在这个例子中，父组件 Parent 读取了 countsAtom 的状态，并将一个个子 atom 传入 Counter 组件中，例如在应用启动时，countsAtom 包含了 3 个 atom，对应创建了 3 个 Counter 组件。这样做的好处是当增加 count 时只有对应的 Counter 组件 re-render 而不会影响到其余的 Counter 组件。

focusAtom

借助 focusAtom 可以选择一部分数据创建新的 atom，来看下面这个例子：

jsx 复制代码 
const textAtom = focusAtom(anAtom, (optic) => optic.prop("text"));

function Display() {
  const text = useAtomValue(textAtom);
  console.log("re-render");
  return <div>text: {text}</div>;
}

在这个例子中，我们将 text 状态单独抽离成了一个新的 atom，并将 <Display /> 组件改为直接从 textAtom 获取状态，这样当 count 值再发生变化时不会导致 <Display /> 组件 re-render。

async

借助 async atom 和 Suspense，可以更加轻松地处理异步逻辑，这里分为 async read atom 和 async write atom。

async read atom

我们需要向 atom 中传入 async function，例如我们模拟一个异步逻辑，2s 后返回 10，来看下面这个例子：

js 复制代码 
const anAtom = atom(async () => {
  return new Promise((resolve) => {
    setTimeout(() => {
      resolve(10);
    }, 2000);
  });
});

然后当加载异步逻辑时我们希望展示 loading：

jsx 复制代码 
const Display = () => {
  const value = useAtomValue(anAtom);
  return <div>value: {value}</div>;
};

export default function App() {
  return (
    <Suspense fallback={<div>loading...</div>}>
      <Display />
    </Suspense>
  );
}

当 useAtomValue 读取状态时 Jotai 会 "挂起" 应用，展示 Suspense 的 fallback。

async write atom

我们来看一个例子：

jsx 复制代码 
const countAtom = atom(1);

const request = async () => new Promise((r) => setTimeout(r, 2000, 10));

const Display = () => {
  const [value, increment] = useAtom(countAtom);
  return <div onClick={() => increment(request)}>value: {value}</div>;
};

export default function App() {
  return (
    <Suspense fallback={<div>loading...</div>}>
      <Display />
    </Suspense>
  );
}

当然我们也可以在更新状态时通过传入 promise 来触发挂起，Jotai 会等待 promise 被 resolve，并用值更新 atom 的状态。

总结

在本章节中，我们介绍了 Jotai 的概念和基本用法，并配有大量的可以直接调试的 Demo，以方便大家学习和练习。在下一节中我们就来上手实践，从 0 到 1 来实现一个 mini-jotai。

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