精读《Records & Tuples 提案》

前端开发话题下的优秀答主

immutablejs、immer 等库已经让 js 具备了 immutable 编程的可能性，但还存在一些无解的问题，即 “怎么保证一个对象真的不可变”。

如果不是拍胸脯担保，现在还真没别的办法。或许你觉得 frozen 是个 good idea，但它内部仍然可以增加非 frozen 的 key。

另一个问题是，当我们 debug 调试应用数据的时候，看到状态发生 [] -> [] 变化时，无论在控制台、断点、redux devtools 还是 .toString() 都看不出来引用有没有变化，除非把变量值分别拿到进行 === 运行时判断。但引用变与没变可是一个大问题，它甚至能决定业务逻辑的正确与否。

但现阶段我们没有任何处理办法，如果不能接受完全使用 Immutablejs 定义对象，就只能摆胸脯保证自己的变更一定是 immutable 的，这就是 js 不可变编程被许多聪明人吐槽的原因，觉得在不支持 immutable 的编程语言下强行应用不可变思维是一种很别扭的事。

proposal-record-tuple 解决的就是这个问题，它让 js 原生支持了 不可变数据类型（高亮、加粗）。

概述 & 精读

JS 有 7 种原始类型：string, number, bigint, boolean, undefined, symbol, null. 而 Records & Tuples 提案一下就增加了三种原始类型！这三种原始类型完全是为 immutable 编程环境服务的，也就是说，可以让 js 开出一条原生 immutable 赛道。

这三种原始类型分别是 Record, Tuple, Box：

Record: 类对象结构的深度不可变基础类型，如 #{ x: 1, y: 2 }。
Tuple: 类数组结构的深度不可变基础类型，如 #[1, 2, 3, 4]。
Box: 可以定义在上面两个类型中，存储对象，如 #{ prop: Box(object) }。

核心思想可以总结为一句话：因为这三个类型为基础类型，所以在比较时采用值对比（而非引用对比），因此 #{ x: 1, y: 2} === #{ x: 1, y: 2 }。这真的解决了大问题！如果你还不了解 js 不支持 immutable 之痛，请不要跳过下一节。

js 不支持 immutable 之痛

虽然很多人都喜欢 mvvm 的 reactive 特征（包括我也写了不少 mvvm 轮子和框架），但不可变数据永远是开发大型应用最好的思想，它可以非常可靠的保障应用数据的可预测性，同时不需要牺牲性能与内存，它使用起来没有 mutable 模式方便，但它永远不会出现预料外的情况，这对打造稳定的复杂应用至关重要，甚至比便捷性更加重要。当然可测试也是个非常重要的点，这里不详细展开。

然而 js 并不原生支持 immutable，这非常令人头痛，也造成了许多困扰，下面我试图解释一下这个困扰。

如果你觉得非原始类型按照引用对比很棒，那你一定一眼能看出下面的结果是正确的：

assert({ a: 1 } !== { a: 1 })

但如果是下面的情况呢？

console.log(window.a) // { a: 1 }
console.log(window.b) // { a: 1 }
assert(window.a === window.b) // ???

结果是不确定，虽然这两个对象长得一样，但我们拿到的 scope 无法推断其是否来自同一个引用，如果来自于相同的引用，则断言通过，否则即便看上去值一样，也会 throw error。

更大的麻烦是，即便这两个对象长得完全不一样，我们也不敢轻易下结论：

console.log(window.a) // { a: 1 }
// do some change..
console.log(window.b) // { b: 1 }
assert(window.a === window.b) // ???

因为 b 的值可能在中途被修改，但确实与 a 来自同一个引用，我们无法断定结果到底是什么。

另一个问题则是应用状态变更的扑朔迷离。试想我们开发了一个树形菜单，结构如下：

{
  "id": "1",
  "label": "root",
  "children": [{
    "id": "2",
    "label": "apple",
  }, {
    "id": "3",
    "label": "orange",
  }]
}

如果我们调用 updateTreeNode('3', { id: '3', title: 'banana' })，在 immutable 场景下我们仅更新 id 为 "1", "3" 组件的引用，而 id 为 "2" 的引用不变，那么这棵树节点 "2" 就不会重渲染，这是血统纯正的 immutable 思维逻辑。

但当我们保存下这个新状态后，要进行 “状态回放”，会发现其实应用状态进行了一次变更，整个描述 json 变成了：

{
  "id": "1",
  "label": "root",
  "children": [{
    "id": "2",
    "label": "apple",
  }, {
    "id": "3",
    "label": "banana",
  }]
}

但如果我们拷贝上面的文本，把应用状态直接设置为这个结果，会发现与 “应用回放按钮” 的效果不同，这时 id "2" 也重渲染了，因为它的引用变化了。

问题就是我们无法根据肉眼观察出引用是否变化了，即便两个结构一模一样，也无法保证引用是否相同，进而导致无法推断应用的行为是否一致。如果没有人为的代码质量管控，出现非预期的引用更新几乎是难以避免的。

这就是 Records & Tuples 提案要解决问题的背景，我们带着这个理解去看它的定义，就更好学习了。

Records & Tuples 在用法上与对象、数组保持一致

Records & Tuples 提案说明，不可变数据结构除了定义时需要用 # 符号申明外，使用时与普通对象、数组无异。

Record 用法与普通 object 几乎一样：

const proposal = #{
  id: 1234,
  title: "Record & Tuple proposal",
  contents: `...`,
  // tuples are primitive types so you can put them in records:
  keywords: #["ecma", "tc39", "proposal", "record", "tuple"],
};

// Accessing keys like you would with objects!
console.log(proposal.title); // Record & Tuple proposal
console.log(proposal.keywords[1]); // tc39

// Spread like objects!
const proposal2 = #{
  ...proposal,
  title: "Stage 2: Record & Tuple",
};
console.log(proposal2.title); // Stage 2: Record & Tuple
console.log(proposal2.keywords[1]); // tc39

// Object functions work on Records:
console.log(Object.keys(proposal)); // ["contents", "id", "keywords", "title"]

下面的例子说明，Records 与 object 在函数内处理时并没有什么不同，这个在 FAQ 里提到是一个非常重要的特性，可以让 immutable 完全融入现在的 js 生态：

const ship1 = #{ x: 1, y: 2 };
// ship2 is an ordinary object:
const ship2 = { x: -1, y: 3 };

function move(start, deltaX, deltaY) {
  // we always return a record after moving
  return #{
    x: start.x + deltaX,
    y: start.y + deltaY,
  };
}

const ship1Moved = move(ship1, 1, 0);
// passing an ordinary object to move() still works:
const ship2Moved = move(ship2, 3, -1);

console.log(ship1Moved === ship2Moved); // true
// ship1 and ship2 have the same coordinates after moving

Tuple 用法与普通数组几乎一样：

const measures = #[42, 12, 67, "measure error: foo happened"];

// Accessing indices like you would with arrays!
console.log(measures[0]); // 42
console.log(measures[3]); // measure error: foo happened

// Slice and spread like arrays!
const correctedMeasures = #[
  ...measures.slice(0, measures.length - 1),
  -1
];
console.log(correctedMeasures[0]); // 42
console.log(correctedMeasures[3]); // -1

// or use the .with() shorthand for the same result:
const correctedMeasures2 = measures.with(3, -1);
console.log(correctedMeasures2[0]); // 42
console.log(correctedMeasures2[3]); // -1

// Tuples support methods similar to Arrays
console.log(correctedMeasures2.map(x => x + 1)); // #[43, 13, 68, 0]

在函数内处理时，拿到一个数组或 Tuple 并没有什么需要特别注意的区别：

const ship1 = #[1, 2];
// ship2 is an array:
const ship2 = [-1, 3];

function move(start, deltaX, deltaY) {
  // we always return a tuple after moving
  return #[
    start[0] + deltaX,
    start[1] + deltaY,
  ];
}

const ship1Moved = move(ship1, 1, 0);
// passing an array to move() still works:
const ship2Moved = move(ship2, 3, -1);

console.log(ship1Moved === ship2Moved); // true
// ship1 and ship2 have the same coordinates after moving

由于 Record 内不能定义普通对象（比如定义为 # 标记的不可变对象），如果非要使用普通对象，只能包裹在 Box 里，并且在获取值时需要调用 .unbox() 拆箱，并且就算修改了对象值，在 Record 或 Tuple 层面也不会认为发生了变化：

const myObject = { x: 2 };

const record = #{
  name: "rec",
  data: Box(myObject)
};

console.log(record.data.unbox().x); // 2

// The box contents are classic mutable objects:
record.data.unbox().x = 3;
console.log(myObject.x); // 3

console.log(record === #{ name: "rec", data: Box(myObject) }); // true

另外不能在 Records & Tuples 内使用任何普通对象或 new 对象实例，除非已经用转化为了普通对象：

const instance = new MyClass();
const constContainer = #{
    instance: instance
};
// TypeError: Record literals may only contain primitives, Records and Tuples

const tuple = #[1, 2, 3];

tuple.map(x => new MyClass(x));
// TypeError: Callback to Tuple.prototype.map may only return primitives, Records or Tuples

// The following should work:
Array.from(tuple).map(x => new MyClass(x))

语法

Records & Tuples 内只能使用 Record、Tuple、Box：

#{}
#{ a: 1, b: 2 }
#{ a: 1, b: #[2, 3, #{ c: 4 }] }
#[]
#[1, 2]
#[1, 2, #{ a: 3 }]

不支持空数组项：

const x = #[,]; // SyntaxError, holes are disallowed by syntax

为了防止引用追溯到上层，破坏不可变性质，不支持定义原型链：

const x = #{ __proto__: foo }; // SyntaxError, __proto__ identifier prevented by syntax

const y = #{ ["__proto__"]: foo }; // valid, creates a record with a "__proto__" property.

也不能在里面定义方法：

#{ method() { } }  // SyntaxError

同时，一些破坏不可变稳定结构的特性也是非法的，比如 key 不可以是 Symbol：

const record = #{ [Symbol()]: #{} };
// TypeError: Record may only have string as keys

不能直接使用对象作为 value，除非用 Box 包裹：

const obj = {};
const record = #{ prop: obj }; // TypeError: Record may only contain primitive values
const record2 = #{ prop: Box(obj) }; // ok

判等

判等是最核心的地方，Records & Tuples 提案要求 == 与 === 原生支持 immutable 判等，是 js 原生支持 immutable 的一个重要表现，所以其判等逻辑与普通的对象判等大相径庭：

首先看上去值相等，就真的相等，因为基础类型仅做值对比：

assert(#{ a: 1 } === #{ a: 1 });
assert(#[1, 2] === #[1, 2]);

这与对象判等完全不同，而且把 Record 转换为对象后，判等就遵循对象的规则了：

assert({ a: 1 } !== { a: 1 });
assert(Object(#{ a: 1 }) !== Object(#{ a: 1 }));
assert(Object(#[1, 2]) !== Object(#[1, 2]));

另外 Records 的判等与 key 的顺序无关，因为有个隐式 key 排序规则：

assert(#{ a: 1, b: 2 } === #{ b: 2, a: 1 });

Object.keys(#{ a: 1, b: 2 })  // ["a", "b"]
Object.keys(#{ b: 2, a: 1 })  // ["a", "b"]

Box 是否相等取决于内部对象引用是否相等：

const obj = {};
assert(Box(obj) === Box(obj));
assert(Box({}) !== Box({}));

对于 +0 -0 之间，NaN 与 NaN 对比，都可以安全判定为相等，但 Object.is 因为是对普通对象的判断逻辑，所以会认为 #{ a: -0 } 不等于 #{ a: +0 }，因为认为 -0 不等于 +0，这里需要特别注意。另外 Records & Tulpes 也可以作为 Map、Set 的 key，并且按照值相等来查找：

assert(#{ a:  1 } === #{ a: 1 });
assert(#[1] === #[1]);

assert(#{ a: -0 } === #{ a: +0 });
assert(#[-0] === #[+0]);
assert(#{ a: NaN } === #{ a: NaN });
assert(#[NaN] === #[NaN]);

assert(#{ a: -0 } == #{ a: +0 });
assert(#[-0] == #[+0]);
assert(#{ a: NaN } == #{ a: NaN });
assert(#[NaN] == #[NaN]);
assert(#[1] != #["1"]);

assert(!Object.is(#{ a: -0 }, #{ a: +0 }));
assert(!Object.is(#[-0], #[+0]));
assert(Object.is(#{ a: NaN }, #{ a: NaN }));
assert(Object.is(#[NaN], #[NaN]));

// Map keys are compared with the SameValueZero algorithm
assert(new Map().set(#{ a: 1 }, true).get(#{ a: 1 }));
assert(new Map().set(#[1], true).get(#[1]));
assert(new Map().set(#[-0], true).get(#[0]));

对象模型如何处理 Records & Tuples

对象模型是指 Object 模型，大部分情况下，所有能应用于普通对象的方法都可无缝应用于 Record，比如 Object.key 或 in 都可与处理普通对象无异：

const keysArr = Object.keys(#{ a: 1, b: 2 }); // returns the array ["a", "b"]
assert(keysArr[0] === "a");
assert(keysArr[1] === "b");
assert(keysArr !== #["a", "b"]);
assert("a" in #{ a: 1, b: 2 });

值得一提的是如果 wrapper 了 Object 在 Record 或 Tuple，提案还准备了一套完备的实现方案，即 Object(record) 或 Object(tuple) 会冻结所有属性，并将原型链最高指向 Tuple.prototype，对于数组跨界访问也只能返回 undefined 而不是沿着原型链追溯。

Records & Tuples 的标准库支持

对 Record 与 Tuple 进行原生数组或对象操作后，返回值也是 immutable 类型的：

assert(Object.keys(#{ a: 1, b: 2 }) === #["a", "b"]);
assert(#[1, 2, 3].map(x => x * 2), #[2, 4, 6]);

还可通过 Record.fromEntries 和 Tuple.from 方法把普通对象或数组转成 Record, Tuple：

const record = Record({ a: 1, b: 2, c: 3 });
const record2 = Record.fromEntries([#["a", 1], #["b", 2], #["c", 3]]); // note that an iterable will also work
const tuple = Tuple(...[1, 2, 3]);
const tuple2 = Tuple.from([1, 2, 3]); // note that an iterable will also work

assert(record === #{ a: 1, b: 2, c: 3 });
assert(tuple === #[1, 2, 3]);
Record.from({ a: {} }); // TypeError: Can't convert Object with a non-const value to Record
Tuple.from([{}, {} , {}]); // TypeError: Can't convert Iterable with a non-const value to Tuple

此方法不支持嵌套，因为标准 API 仅考虑一层，递归一般交给业务或库函数实现，就像 Object.assign 一样。

Record 与 Tuple 也都是可迭代的：

const tuple = #[1, 2];

// output is:
// 1
// 2
for (const o of tuple) { console.log(o); }

const record = #{ a: 1, b: 2 };

// TypeError: record is not iterable
for (const o of record) { console.log(o); }

// Object.entries can be used to iterate over Records, just like for Objects
// output is:
// a
// b
for (const [key, value] of Object.entries(record)) { console.log(key) }

JSON.stringify 会把 Record & Tuple 转化为普通对象：

JSON.stringify(#{ a: #[1, 2, 3] }); // '{"a":[1,2,3]}'
JSON.stringify(#[true, #{ a: #[1, 2, 3] }]); // '[true,{"a":[1,2,3]}]'

但同时建议实现 JSON.parseImmutable 将一个 JSON 直接转化为 Record & Tuple 类型，其 API 与 JSON.parse 无异。

Tuple.prototype 方法与 Array 很像，但也有些不同之处，主要区别是不会修改引用值，而是创建新的引用，具体可看 appendix。

由于新增了三种原始类型，所以 typeof 也会新增三种返回结果：

assert(typeof #{ a: 1 } === "record");
assert(typeof #[1, 2]   === "tuple");
assert(typeof Box({}) === "box");

Record, Tuple, Box 都支持作为 Map、Set 的 key，并按照其自身规则进行判等，即

const record1 = #{ a: 1, b: 2 };
const record2 = #{ a: 1, b: 2 };

const map = new Map();
map.set(record1, true);
assert(map.get(record2));

const record1 = #{ a: 1, b: 2 };
const record2 = #{ a: 1, b: 2 };

const set = new Set();
set.add(record1);
set.add(record2);
assert(set.size === 1);

但不支持 WeakMap、WeakSet：

const record = #{ a: 1, b: 2 };
const weakMap = new WeakMap();

// TypeError: Can't use a Record as the key in a WeakMap
weakMap.set(record, true);

const record = #{ a: 1, b: 2 };
const weakSet = new WeakSet();

// TypeError: Can't add a Record to a WeakSet
weakSet.add(record);

原因是不可变数据没有一个可预测的垃圾回收时机，这样如果用在 Weak 系列反而会导致无法及时释放，所以 API 不匹配。

最后提案还附赠了理论基础与 FAQ 章节，下面也简单介绍一下。

理论基础

为什么要创建新的原始类型，而不是像其他库一样在上层处理？

一句话说就是让 js 原生支持 immutable 就必须作为原始类型。假如不作为原始类型，就不可能让 ==, === 操作符原生支持这个类型的特定判等，也就会导致 immutable 语法与其他 js 代码仿佛处于两套逻辑体系下，妨碍生态的统一。

开发者会熟悉这套语法吗？

由于最大程度保证了与普通对象与数组处理、API 的一致性，所以开发者上手应该会比较容易。

为什么不像 Immutablejs 一样使用 `.get` `.set` 方法操作？

这会导致生态割裂，代码需要关注对象到底是不是 immutable 的。一个最形象的例子就是，当 Immutablejs 与普通 js 操作库配合时，需要写出类似如下代码：

state.jobResult = Immutable.fromJS(
    ExternalLib.processJob(
        state.jobDescription.toJS()
    )
);

这有非常强的割裂感。

为什么不使用全局 Record, Tuple 方法代替 `#` 申明？

下面给了两个对比：

// with the proposed syntax
const record = #{
  a: #{
    foo: "string",
  },
  b: #{
    bar: 123,
  },
  c: #{
    baz: #{
      hello: #[
        1,
        2,
        3,
      ],
    },
  },
};

// with only the Record/Tuple globals
const record = Record({
  a: Record({
    foo: "string",
  }),
  b: Record({
    bar: 123,
  }),
  c: Record({
    baz: Record({
      hello: Tuple(
        1,
        2,
        3,
      ),
    }),
  }),
});

很明显后者没有前者简洁，而且也打破了开发者对对象、数组 Like 的认知。

为什么采用 #[]/#{} 语法？

采用已有关键字可能导致歧义或者兼容性问题，另外其实还有 {| |} [| |] 的提案，但目前 # 的赢面比较大。

为什么是深度不可变？

这个提案喷了一下 Object.freeze：

const object = {
   a: {
       foo: "bar",
   },
};
Object.freeze(object);
func(object);

由于只保障了一层，所以 object.a 依然是可变的，既然要 js 原生支持 immutable，希望的肯定是深度不可变，而不是只有一层。

另外由于这个语法会在语言层面支持不可变校验，而深度不可变校验是非常重要的。

FAQ

如何基于已有不可变对象创建一个新不可变对象？

大部分语法都是可以使用的，比如解构：

// Add a Record field
let rec = #{ a: 1, x: 5 }
#{ ...rec, b: 2 }  // #{ a: 1, b: 2, x: 5 }

// Change a Record field
#{ ...rec, x: 6 }  // #{ a: 1, x: 6 }

// Append to a Tuple
let tup = #[1, 2, 3];
#[...tup, 4]  // #[1, 2, 3, 4]

// Prepend to a Tuple
#[0, ...tup]  // #[0, 1, 2, 3]

// Prepend and append to a Tuple
#[0, ...tup, 4]  // #[0, 1, 2, 3, 4]

对于类数组的 Tuple，可以使用 with 语法替换新建一个对象：

// Change a Tuple index
let tup = #[1, 2, 3];
tup.with(1, 500)  // #[1, 500, 3]

但在深度修改时也遇到了绕不过去的问题，目前有一个提案在讨论这件事，这里提到一个有意思的语法：

const state1 = #{
    counters: #[
        #{ name: "Counter 1", value: 1 },
        #{ name: "Counter 2", value: 0 },
        #{ name: "Counter 3", value: 123 },
    ],
    metadata: #{
        lastUpdate: 1584382969000,
    },
};

const state2 = #{
    ...state1,
    counters[0].value: 2,
    counters[1].value: 1,
    metadata.lastUpdate: 1584383011300,
};

assert(state2.counters[0].value === 2);
assert(state2.counters[1].value === 1);
assert(state2.metadata.lastUpdate === 1584383011300);

// As expected, the unmodified values from "spreading" state1 remain in state2.
assert(state2.counters[2].value === 123);

counters[0].value: 2 看上去还是蛮新颖的。

与 Readonly Collections 的关系？

可以基于 Class 创建 Record 实例吗？

目前不考虑。

TS 也有 Record 与 Tuple 关键字，之间的关系是？

熟悉 TS 的同学都知道只是名字一样而已。

性能预期是？

这个问题挺关键的，如果这个提案性能不好，那也无法用于实际生产。

当前阶段没有对性能提出要求，但在 Stage4 之前会给出厂商优化的最佳实践。

总结

如果这个提案与嵌套更新提案一起通过，在 js 使用 immutable 就得到了语言层面的保障，包括 Immutablejs、immerjs 在内的库是真的可以下岗啦。

讨论地址是：精读《Records & Tuples 提案》· Issue #384 · dt-fe/weekly

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精读《Records & Tuples 提案》

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概述 & 精读

js 不支持 immutable 之痛

Records & Tuples 在用法上与对象、数组保持一致

语法

判等

对象模型如何处理 Records & Tuples

Records & Tuples 的标准库支持

理论基础

为什么要创建新的原始类型，而不是像其他库一样在上层处理？

开发者会熟悉这套语法吗？

为什么不像 Immutablejs 一样使用 `.get` `.set` 方法操作？

为什么不使用全局 Record, Tuple 方法代替 `#` 申明？

为什么采用 #[]/#{} 语法？

为什么是深度不可变？

FAQ

如何基于已有不可变对象创建一个新不可变对象？

与 Readonly Collections 的关系？

可以基于 Class 创建 Record 实例吗？

TS 也有 Record 与 Tuple 关键字，之间的关系是？

性能预期是？

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Records & Tuples 在用法上与对象、数组保持一致

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对象模型如何处理 Records & Tuples

Records & Tuples 的标准库支持

理论基础

为什么要创建新的原始类型，而不是像其他库一样在上层处理？

开发者会熟悉这套语法吗？

为什么不像 Immutablejs 一样使用 .get .set 方法操作？

为什么不使用全局 Record, Tuple 方法代替 # 申明？

为什么采用 #[]/#{} 语法？

为什么是深度不可变？

FAQ

如何基于已有不可变对象创建一个新不可变对象？

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可以基于 Class 创建 Record 实例吗？

TS 也有 Record 与 Tuple 关键字，之间的关系是？

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