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⚛️ 第二部分:框架篇10. 状态管理深入

10. 状态管理深入

📋 目录

状态管理概念和模式

状态管理是现代前端应用的核心问题,选择合适的状态管理方案能够显著提升开发效率和应用性能。

状态管理的核心概念

状态分类

状态类型作用域示例管理方式
本地状态组件内部表单数据、模态框状态useState, useReducer
全局状态应用级别用户信息、主题设置Redux, Zustand, Context
服务端状态远程数据API数据、缓存React Query, SWR
URL状态路由相关页面参数、查询条件React Router, Next.js

状态管理挑战

挑战问题描述解决方案
状态同步多组件共享状态全局状态管理
状态持久化页面刷新后保持状态localStorage, sessionStorage
状态预测性状态变化可追踪不可变更新、时间旅行调试
性能优化避免不必要重渲染选择器、记忆化
开发体验调试和开发工具DevTools、类型安全

单向数据流模式

Action → Dispatcher → Store → View → Action

这是现代状态管理的核心模式,确保数据流向可预测。

状态管理模式

常见状态管理模式

模式特点适用场景代表方案
Flux模式单向数据流,可预测复杂应用状态管理Redux, Zustand
Observer模式观察者订阅状态变化响应式更新MobX, Vue
发布订阅模式事件驱动的状态更新松耦合组件通信EventBus
原子化模式状态拆分为最小单位细粒度状态管理Jotai, Recoil

简化的状态管理实现

// 简单的状态管理器 class SimpleStateManager { constructor(initialState = {}) { this.state = initialState; this.listeners = []; } getState() { return this.state; } setState(updates) { this.state = { ...this.state, ...updates }; this.listeners.forEach(listener => listener(this.state)); } subscribe(listener) { this.listeners.push(listener); return () => { this.listeners = this.listeners.filter(l => l !== listener); }; } } // 使用示例 const store = new SimpleStateManager({ count: 0 }); store.subscribe((state) => { console.log('State updated:', state); }); store.setState({ count: 1 }); // 触发更新

Redux生态系统

Redux Toolkit现代化实践

⚠️

Redux Toolkit是Redux官方推荐的现代化工具集,大大简化了Redux的使用复杂度。

Redux Toolkit核心特性

特性说明优势
createSlice自动生成actions和reducers减少样板代码
createAsyncThunk处理异步逻辑统一异步状态管理
Immer集成支持”可变”更新语法简化状态更新
RTK Query数据获取和缓存替代手写API逻辑

简化的Redux Toolkit示例

// 1. 创建状态切片 import { createSlice, createAsyncThunk } from '@reduxjs/toolkit'; // 异步thunk export const fetchUsers = createAsyncThunk( 'users/fetchUsers', async (params) => { const response = await fetch(`/api/users?${new URLSearchParams(params)}`); return response.json(); } ); // 状态切片 const usersSlice = createSlice({ name: 'users', initialState: { items: [], loading: false, error: null }, reducers: { clearError: (state) => { state.error = null; } }, extraReducers: (builder) => { builder .addCase(fetchUsers.pending, (state) => { state.loading = true; }) .addCase(fetchUsers.fulfilled, (state, action) => { state.loading = false; state.items = action.payload; }) .addCase(fetchUsers.rejected, (state, action) => { state.loading = false; state.error = action.error.message; }); } }); export const { clearError } = usersSlice.actions; export default usersSlice.reducer;

Redux Toolkit最佳实践

实践说明示例
状态规范化使用扁平化结构存储数据{ byId: {}, allIds: [] }
选择器复用使用createSelector创建记忆化选择器selectFilteredUsers
异步处理使用createAsyncThunk处理异步逻辑API调用、数据获取
中间件配置合理配置开发和生产环境中间件logger、devTools

Store配置示例

// 完整的store配置 import { configureStore } from '@reduxjs/toolkit'; import { persistStore, persistReducer } from 'redux-persist'; const store = configureStore({ reducer: { users: usersReducer, auth: authReducer, settings: settingsReducer }, middleware: (getDefaultMiddleware) => getDefaultMiddleware({ serializableCheck: { ignoredActions: ['persist/PERSIST', 'persist/REHYDRATE'] } }), devTools: process.env.NODE_ENV !== 'production' }); const errorMiddleware = (store) => (next) => (action) => { try { return next(action); } catch (error) { console.error('Redux error:', error); // 可以发送错误到监控服务 throw error; } }; // 5. React组件中使用 import React, { useEffect } from 'react'; import { useSelector, useDispatch } from 'react-redux'; function UserList() { const dispatch = useDispatch(); const users = useSelector(selectFilteredUsers); const loading = useSelector(selectUsersLoading); const error = useSelector(selectUsersError); const filters = useSelector(selectUsersFilters); const pagination = useSelector(selectUsersPagination); const stats = useSelector(selectUsersStats); useEffect(() => { dispatch(fetchUsers({ page: pagination.page, limit: pagination.limit, ...filters })); }, [dispatch, pagination.page, pagination.limit, filters]); const handleFilterChange = (newFilters) => { dispatch(setFilters(newFilters)); }; const handlePageChange = (page) => { dispatch(setPagination({ page })); }; const handleCreateUser = (userData) => { dispatch(createUser(userData)); }; if (loading) return <div>Loading...</div>; if (error) return <div>Error: {error}</div>; return ( <div> <UserStats stats={stats} /> <UserFilters filters={filters} onChange={handleFilterChange} /> <UserTable users={users} /> <Pagination current={pagination.page} total={pagination.total} pageSize={pagination.limit} onChange={handlePageChange} /> </div> ); }

现代状态管理方案

Zustand - 轻量级状态管理

Zustand核心特性

特性说明优势
轻量级包体积小,API简洁学习成本低,性能好
TypeScript友好原生TypeScript支持类型安全,开发体验好
中间件丰富persist、devtools、immer等功能扩展灵活
无样板代码不需要providers和reducers代码简洁

基础用法示例

// 1. 创建简单store import { create } from 'zustand'; const useUserStore = create((set, get) => ({ // 状态 users: [], loading: false, // 动作 addUser: (user) => set((state) => ({ users: [...state.users, user] })), removeUser: (id) => set((state) => ({ users: state.users.filter(u => u.id !== id) })), // 异步动作 fetchUsers: async () => { set({ loading: true }); try { const response = await fetch('/api/users'); const users = await response.json(); set({ users, loading: false }); } catch (error) { set({ loading: false }); } } }));

中间件使用

// 2. 使用中间件增强store import { create } from 'zustand'; import { devtools, persist } from 'zustand/middleware'; import { immer } from 'zustand/middleware/immer'; const useUserStore = create()( devtools( persist( immer((set) => ({ users: [], addUser: (user) => set((state) => { state.users.push(user); // 使用immer可以直接"修改" }), setFilters: (filters) => set((state) => { Object.assign(state.filters, filters); }) })), { name: 'user-store' } // 持久化配置 ), { name: 'user-store' } // devtools配置 ) );

分片store模式

// 3. 大型应用的分片模式 const createUserSlice = (set, get) => ({ users: [], addUser: (user) => set((state) => ({ users: [...state.users, user] })) }); const createAuthSlice = (set, get) => ({ user: null, login: async (credentials) => { const response = await fetch('/api/login', { method: 'POST', body: JSON.stringify(credentials) }); const { user, token } = await response.json(); set({ user, token }); } }); const useAppStore = create()( devtools((...args) => ({ ...createUserSlice(...args), ...createAuthSlice(...args) })) );

组件中使用

// 4. 在React组件中使用 import { useShallow } from 'zustand/react/shallow'; function UserComponent() { // 选择特定状态,避免不必要的重渲染 const { users, addUser } = useUserStore( useShallow((state) => ({ users: state.users, addUser: state.addUser })) ); return ( <div> {users.map(user => ( <div key={user.id}>{user.name}</div> ))} <button onClick={() => addUser({ id: Date.now(), name: 'New User' })}> Add User </button> </div> ); } })) ); // 订阅特定状态变化 useEffect(() => { const unsubscribe = useUserStore.subscribe( (state) => state.users.length, (userCount) => { console.log('用户数量变化:', userCount); } ); return unsubscribe; }, []); return ( <div> {users.map(user => ( <UserCard key={user.id} user={user} onRemove={() => removeUser(user.id)} /> ))} </div> ); }

Jotai - 原子化状态管理

Jotai核心概念

概念说明特点
Atom状态的最小单位可读可写,自动依赖追踪
Derived Atom派生状态基于其他atom计算得出
Write-only Atom只写原子用于处理副作用和异步操作
Provider状态作用域可选,用于隔离状态

基础用法示例

// 1. 定义原子 import { atom } from 'jotai'; // 基础原子 export const usersAtom = atom([]); export const loadingAtom = atom(false); export const searchAtom = atom(''); // 派生原子 export const filteredUsersAtom = atom((get) => { const users = get(usersAtom); const search = get(searchAtom); return users.filter(user => user.name.toLowerCase().includes(search.toLowerCase()) ); }); // 异步原子 export const fetchUsersAtom = atom( null, // 读取值(不使用) async (get, set) => { // 写入函数 set(loadingAtom, true); try { const response = await fetch('/api/users'); const users = await response.json(); set(usersAtom, users); } finally { set(loadingAtom, false); } } );

组件中使用

// 2. 在组件中使用原子 import { useAtom, useAtomValue, useSetAtom } from 'jotai'; function UserList() { // 只读取值 const filteredUsers = useAtomValue(filteredUsersAtom); const loading = useAtomValue(loadingAtom); // 只设置值 const fetchUsers = useSetAtom(fetchUsersAtom); // 读取和设置 const [search, setSearch] = useAtom(searchAtom); useEffect(() => { fetchUsers(); }, [fetchUsers]); return ( <div> <input value={search} onChange={(e) => setSearch(e.target.value)} placeholder="搜索用户..." /> {loading ? ( <div>Loading...</div> ) : ( filteredUsers.map(user => ( <div key={user.id}>{user.name}</div> )) )} </div> ); }

高级特性

// 3. 持久化和工具函数 import { atomWithStorage, RESET } from 'jotai/utils'; // 持久化原子 export const themeAtom = atomWithStorage('theme', 'light'); // 重置原子 export const resetUsersAtom = atom(null, (get, set) => { set(usersAtom, RESET); set(searchAtom, RESET); });

Jotai vs 其他方案

特性JotaiZustandRedux
心智模型原子化单一store单一store
样板代码最少
性能优秀优秀良好
适用场景复杂状态依赖简单全局状态大型应用

状态管理方案对比

方案选择矩阵

特性Redux ToolkitZustandJotaiContext APIValtio
学习曲线中等简单中等简单简单
包大小
TypeScript支持优秀优秀优秀良好优秀
开发工具优秀良好良好良好
性能良好优秀优秀优秀
生态系统丰富中等中等丰富
适用场景大型应用中小型应用复杂状态简单状态响应式应用

选择指南

基于应用规模的选择

应用规模推荐方案理由适用场景
小型useState + useContext简单够用,避免过度工程化个人项目、原型开发
中型Zustand轻量级,易于使用,性能良好初创公司、中小团队
大型Redux Toolkit成熟生态,强大开发工具企业级应用、大团队

基于团队经验的选择

团队经验推荐方案学习成本上手时间
初级Zustand1-2天
中级Jotai 或 Zustand中等3-5天
高级Redux Toolkit1-2周

基于性能要求的选择

性能要求推荐方案特点适用场景
一般任何方案满足基本需求常规业务应用
高性能Jotai 或 Valtio细粒度更新,精确控制重渲染数据密集型应用

快速决策指南

选择流程

  1. 项目规模小 → useState + useContext
  2. 团队新手多 → Zustand
  3. 需要高性能 → Jotai
  4. 大型企业项目 → Redux Toolkit
  5. 不确定时 → Zustand(平衡选择)

最佳实践和选择指南

选择状态管理方案需要考虑应用规模、团队经验、性能要求等多个维度。

选择决策树

基于团队和项目特征的选择

项目特征团队规模推荐方案备选方案
简单应用≤3人useState + useContextZustand
中型应用4-10人ZustandJotai, Valtio
复杂应用>10人Redux ToolkitMobX
高性能要求任意Jotai, ValtioMobX

最佳实践原则

状态结构设计原则

原则说明示例
扁平化结构避免深度嵌套,便于更新和查询{ byId: {}, allIds: [] }
状态分离区分UI状态和业务状态{ data: {}, ui: {} }
规范化数据使用ID作为键值,避免重复数据users.byId['123']
单一职责每个状态片段只负责一个功能域用户状态、认证状态分离

性能优化技巧

// ✅ 好的做法:使用选择器 const selectActiveUsers = createSelector( [selectUsers, selectFilters], (users, filters) => users.filter(u => u.status === filters.status) ); // ❌ 避免:在组件中直接计算 function UserList() { const users = useSelector(state => state.users); const filters = useSelector(state => state.filters); // 每次渲染都会重新计算 const activeUsers = users.filter(u => u.status === filters.status); }

状态更新模式

模式适用场景示例
不可变更新Redux, 纯函数组件{ ...state, users: [...state.users, newUser] }
可变更新Immer, MobXstate.users.push(newUser)
原子更新Jotai, Recoilset(usersAtom, [...users, newUser])

服务端状态管理

服务端状态管理专注于处理异步数据获取、缓存、同步等问题,与客户端状态管理有不同的关注点。

React Query / TanStack Query

核心特性

特性说明优势
自动缓存智能缓存管理,减少重复请求提升性能,减少网络开销
后台更新数据过期时自动重新获取保持数据新鲜度
乐观更新先更新UI,再同步服务器提升用户体验
错误重试自动重试失败的请求提高可靠性

基础用法

// 数据查询 import { useQuery } from '@tanstack/react-query'; function UserProfile({ userId }) { const { data: user, isLoading, error } = useQuery({ queryKey: ['user', userId], queryFn: () => fetchUser(userId), staleTime: 5 * 60 * 1000, // 5分钟缓存 retry: 3 }); if (isLoading) return <div>Loading...</div>; if (error) return <div>Error: {error.message}</div>; return <div>{user.name}</div>; } // 数据变更 import { useMutation, useQueryClient } from '@tanstack/react-query'; function UpdateUserForm({ userId }) { const queryClient = useQueryClient(); const updateUser = useMutation({ mutationFn: (userData) => updateUserAPI(userData), onSuccess: (data) => { // 更新缓存 queryClient.setQueryData(['user', userId], data); // 重新获取相关数据 queryClient.invalidateQueries(['users']); } }); return ( <button onClick={() => updateUser.mutate({ name: 'New Name' })} disabled={updateUser.isLoading} > {updateUser.isLoading ? 'Updating...' : 'Update'} </button> ); }

配置选项

选项默认值说明
staleTime0数据被认为过期的时间
cacheTime5分钟缓存保留时间
retry3失败重试次数
refetchOnWindowFocustrue窗口聚焦时重新获取

SWR

SWR特性对比

特性SWRReact Query说明
包大小更小较大SWR更轻量
API设计简洁功能丰富SWR更易上手
缓存策略基础高级React Query更灵活
开发工具基础完善React Query工具更强

基础用法

import useSWR, { mutate } from 'swr'; const fetcher = (url) => fetch(url).then(res => res.json()); function UserList() { const { data: users, error, isLoading } = useSWR('/api/users', fetcher, { refreshInterval: 30000, // 30秒自动刷新 revalidateOnFocus: true, // 窗口聚焦时重新验证 dedupingInterval: 2000, // 去重间隔 }); const deleteUser = async (userId) => { // 乐观更新 const updatedUsers = users.filter(user => user.id !== userId); mutate('/api/users', updatedUsers, false); try { await fetch(`/api/users/${userId}`, { method: 'DELETE' }); mutate('/api/users'); // 重新验证 } catch (error) { mutate('/api/users'); // 回滚 } }; if (error) return <div>Failed to load</div>; if (isLoading) return <div>Loading...</div>; return ( <ul> {users.map(user => ( <li key={user.id}> {user.name} <button onClick={() => deleteUser(user.id)}>Delete</button> </li> ))} </ul> ); }

Apollo Client (GraphQL)

Apollo Client优势

特性说明适用场景
GraphQL原生支持完整的GraphQL客户端解决方案GraphQL API项目
智能缓存基于字段级别的缓存系统复杂数据关系
实时订阅支持GraphQL订阅实时数据更新
开发工具强大的Apollo DevTools调试和性能分析

基础用法

import { useQuery, useMutation, gql } from '@apollo/client'; // 定义查询 const GET_USERS = gql` query GetUsers($filter: UserFilter) { users(filter: $filter) { id name email status } } `; // 定义变更 const UPDATE_USER = gql` mutation UpdateUser($id: ID!, $input: UserInput!) { updateUser(id: $id, input: $input) { id name email status } } `; function UserManagement() { // 查询数据 const { loading, error, data } = useQuery(GET_USERS, { variables: { filter: { status: 'ACTIVE' } }, pollInterval: 30000, // 轮询 fetchPolicy: 'cache-and-network' }); // 变更数据 const [updateUser] = useMutation(UPDATE_USER, { update(cache, { data: { updateUser } }) { // 更新缓存 cache.modify({ fields: { users(existingUsers = []) { return existingUsers.map(user => user.__ref === cache.identify(updateUser) ? updateUser : user ); } } }); } }); if (loading) return <div>Loading...</div>; if (error) return <div>Error: {error.message}</div>; return ( <div> {data.users.map(user => ( <UserCard key={user.id} user={user} onUpdate={updateUser} /> ))} </div> ); }

服务端状态管理方案对比

方案适用场景学习成本生态系统
React QueryREST API,复杂缓存需求中等丰富
SWR简单数据获取,轻量级项目中等
Apollo ClientGraphQL项目完善
Relay大型GraphQL应用很高Facebook生态

选择合适的状态管理方案需要综合考虑应用规模、团队经验、性能要求等多个因素。没有银弹,只有最适合的解决方案。


📚 参考学习资料

📖 官方文档

🎓 优质教程

🛠️ 实践项目

🔧 开发工具

📝 深入阅读

💡 学习建议:建议从React内置状态管理开始,然后学习Redux理解状态管理原理,接着探索MobX等其他方案,最后根据项目需求选择合适的方案。

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