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解决 React 状态撕裂问题：Jotai 原理及实现

Posted by Panda on 2025-01-08

解决 React 状态撕裂问题：Jotai 原理及实现

在开发 React 应用时，状态管理是一个核心问题，尤其是当应用规模增大，多个组件之间的状态依赖关系复杂时。React 提供了多种状态管理方式，但随着组件和状态的增加，可能会遇到 状态撕裂 问题。本文将通过具体示例介绍什么是 React 状态撕裂，如何使用 Jotai 来解决这一问题，并复刻 Jotai 的简单实现来帮助大家理解其内部原理。

什么是 React 状态撕裂？

状态撕裂的定义

状态撕裂（State Splitting）是指在 React 中，多个组件共享同一状态时，状态更新可能导致状态不一致或不必要的重渲染，从而造成性能问题和界面异常。具体表现为：

  1. 多个组件依赖同一状态：当多个组件依赖同一个全局状态时，某些组件可能在更新时无法正确渲染，造成 UI 状态不一致。
  2. 不必要的重渲染：状态更新时，所有依赖该状态的组件都会重新渲染，甚至是那些实际上不需要更新的组件，导致性能下降。
  3. 状态依赖混乱：随着状态管理的复杂性增加，多个组件之间的状态依赖关系变得难以维护和理解，容易引发错误。

状态撕裂的表现

  • UI 状态不一致：不同组件的 UI 状态不同步，可能会导致用户体验不佳。
  • 性能问题：不必要的组件重新渲染，造成页面卡顿或延迟。
  • 状态难以维护：全局共享的状态可能引起跨组件的依赖问题，增加了调试和维护的难度。

如何解决状态撕裂？

解决状态撕裂问题的关键是实现 细粒度的状态管理，避免多个组件共享同一状态，确保只有必要的组件才会重新渲染。常见的解决方案包括：

  1. 局部状态管理：将状态局部化，每个组件拥有自己的独立状态，避免全局共享状态。
  2. 状态管理库：使用状态管理库，如 Jotai、Recoil，提供细粒度的状态更新和订阅机制。
  3. 性能优化：利用 React 的优化手段，如 React.memo、useMemo 等，减少不必要的重渲染。

状态撕裂的模拟过程

  1. 问题场景：
    假设有一个组件，它包含多个按钮，这些按钮会更新同一个状态（如计数器）。每个按钮需要做不同的更新操作（例如加1、减1）。如果不小心管理这些状态，可能会导致状态撕裂。

  2. 代码示例：

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import React, { useState } from 'react';

function Counter() {
  const [count, setCount] = useState(0);

  // Button 1：增加 1
  const increment = () => setCount(count + 1);

  // Button 2：减少 1
  const decrement = () => setCount(count - 1);

  return (
    <div>
      <p>Count: {count}</p>
      <button onClick={increment}>增加</button>
      <button onClick={decrement}>减少</button>
    </div>
  );
}

export default Counter;

分析问题：

  • 这个例子本身看起来是正常的，但存在潜在的状态更新问题。由于 React 状态更新是异步的，并且 setCount(count + 1) 和 setCount(count - 1) 使用的 count 是在函数执行时的快照值，若用户快速点击按钮，可能会出现“状态撕裂”现象，导致组件的显示不符合预期。

模拟状态撕裂的过程：

  1. 用户快速点击了“增加”按钮两次，setCount(count + 1) 会先执行一次，更新 count 值，但由于 React 会批处理多个状态更新，第二次点击时仍然基于第一次点击时的 count 值进行更新。

  2. 由于 React 可能没有马上反映出第二次状态的更新，导致最终渲染的 count 值并不是我们预期的结果，特别是在多个异步更新时，状态变化被“撕裂”了。

如何避免状态撕裂：

为了避免这种问题，可以使用 函数式更新，确保每次更新基于最新的状态值。通过传递一个函数给 setCount，可以确保每次更新使用最新的状态值，从而避免竞争条件。

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const increment = () => setCount(prevCount => prevCount + 1);
const decrement = () => setCount(prevCount => prevCount - 1);

使用函数式更新后，React 会根据最新的状态值来更新，而不是使用快照，从而避免了状态撕裂的问题。

使用 Jotai 解决状态撕裂问题

什么是 Jotai？

Jotai 是一个极简的 React 状态管理库，它采用 原子化（Atomic）设计，通过将状态分割成多个独立的原子（Atom）来管理每个组件的局部状态。每个原子管理一个独立的状态，组件可以通过订阅原子来获取和更新状态。Jotai 可以避免不必要的重渲染，从而有效地解决状态撕裂问题。

Jotai 的工作原理

  1. 原子（Atom）：Jotai 中的每个原子管理一个独立的状态单元。
  2. useAtom Hook：React 组件通过 useAtom 钩子订阅原子值，并在原子值变化时触发组件重新渲染。
  3. 细粒度的状态更新：只有依赖于更新的原子的组件才会重新渲染，从而避免了不必要的重渲染。

示例：使用 Jotai 管理状态

以下是使用 Jotai 来管理计数器状态的示例：

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import React from 'react';
import { atom, useAtom } from 'jotai';

// 创建原子来管理计数器状态
const countAtom = atom(0);

function Counter() {
  // 通过 useAtom 订阅原子
  const [count, setCount] = useAtom(countAtom);

  return (
    <div>
      <p>Count: {count}</p>
      <button onClick={() => setCount(count + 1)}>Increment</button>
      <button onClick={() => setCount(count - 1)}>Decrement</button>
    </div>
  );
}

function App() {
  return (
    <div>
      <h1>Using Jotai to Manage State</h1>
      <Counter />
    </div>
  );
}

export default App;

代码解析：

  1. atom：通过 atom(0) 创建了一个初始值为 0 的原子 countAtom。该原子表示一个状态单元，管理计数器的值。

  2. useAtom Hook：useAtom(countAtom) 用于读取和更新 countAtom 原子的值。每次原子值更新时，只有依赖该原子的组件会重新渲染。

  3. 细粒度更新：在上面的例子中，Counter 组件订阅了 countAtom，每次 count 更新时，只有 Counter 组件会重新渲染，避免了全局状态更新导致的不必要的重渲染。

复刻 Jotai 的简化实现

为了帮助理解 Jotai 的工作原理，下面是一个简化版的 Jotai 实现，它模拟了原子管理和订阅机制。

简化版实现 Demo

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import React, { useState, useEffect } from 'react';

// 原子的基础类
class Atom {
  constructor(initValue) {
    this.value = initValue;
    this.subscribers = new Set();
  }

  // 获取原子值
  get() {
    return this.value;
  }

  // 设置新值并通知订阅者
  set(newValue) {
    this.value = newValue;
    this.notify();
  }

  // 添加订阅者
  subscribe(callback) {
    this.subscribers.add(callback);
    // 返回取消订阅函数
    return () => this.subscribers.delete(callback);
  }

  // 通知所有订阅者
  notify() {
    this.subscribers.forEach(callback => callback(this.value));
  }
}

// 创建原子
const atom = (initValue) => new Atom(initValue);

// `useAtom` 用于订阅和更新原子
const useAtom = (atomInstance) => {
  const [state, setState] = useState(atomInstance.get());

  // 订阅原子
  useEffect(() => {
    const unsubscribe = atomInstance.subscribe(setState);
    return unsubscribe

; // 清理订阅
  }, [atomInstance]);

  // 返回原子值和更新函数
  return [state, atomInstance.set.bind(atomInstance)];
};

// 基本组件
function Counter() {
  const countAtom = atom(0); // 创建原子
  const [count, setCount] = useAtom(countAtom);

  const increment = () => setCount(count + 1);
  const decrement = () => setCount(count - 1);

  return (
    <div>
      <p>Count: {count}</p>
      <button onClick={increment}>Increment</button>
      <button onClick={decrement}>Decrement</button>
    </div>
  );
}

function App() {
  return (
    <div>
      <h1>Minimal Jotai Demo</h1>
      <Counter />
    </div>
  );
}

export default App;

代码解析：

  1. Atom 类：这是简化版的原子类，负责管理状态值，并通知订阅者（组件）状态更新。
  2. atom 函数：用于创建一个新的原子。
  3. useAtom Hook：模拟 useState 和 useEffect，使得组件能够订阅原子并在状态变化时重新渲染。
  4. Counter 组件：通过 useAtom 来管理计数器状态，每次点击按钮时，组件状态会更新，并触发 UI 渲染。

总结

通过 Jotai，我们可以有效解决 React 中的状态撕裂问题。Jotai 提供了原子化的状态管理方式，每个原子代表一个独立的状态单元，组件仅订阅它关心的原子，从而避免了全局状态共享带来的问题。此外，通过复刻简化版 Jotai 实现，我们可以更深入地理解其内部工作原理，从而在实际开发中充分发挥 Jotai 的优势。




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