状態管理のメンタルモデル：Jotai/Zustandの原子的アプローチ vs Reduxの単一ソース

はじめに

進化し続けるフロントエンド開発の状況において、アプリケーションの状態を効率的かつ予測可能に管理することは極めて重要です。ユーザーインターフェイスが複雑化するにつれて、様々なコンポーネント間でデータを同期し、一貫したユーザーエクスペリエンスを確保するという課題は、ますます重要になっています。長年にわたり、Reduxは状態管理のための強力で意見の強いパターンを確立し、単一の不変（immutable）ストアを中心に展開してきました。しかし、React Hooksの登場と、開発者エクスペリエンスとパフォーマンスへの重視の高まりにより、JotaiやZustandのような新しいライブラリが登場し、原子的な状態管理に基づいた異なるメンタルモデルを提供しています。この記事は、JotaiやZustandが champion する原子的アプローチと、Reduxの単一データフロー哲学という、これら2つの異なるパラダイムを深く比較し、その根本原理、実際的な影響、そしてそれぞれが真に輝くシナリオを検証することを目的としています。これらの異なるメンタルモデルを理解することは、フロントエンド開発者が情報に基づいた意思決定を行い、アプリケーションを最適化し、最終的に生産性を向上させるために不可欠です。

コアコンセプトの説明

比較に入る前に、議論の基礎となるコア用語について共通の理解を確立しましょう。

状態管理（State Management）： ユーザーインターフェイス内で変化するデータを整理・制御するプロセス。その目標は、UIの一貫性、予測可能性、およびデータ更新に対する反応性を確保することです。

単一ソース・オブ・トゥルース（Single Source of Truth - SSOT）： アプリケーション全体の状態が単一の中央集権的なデータ構造に格納されるパラダイム。この状態へのすべての変更は、通常、アクションとリデューサーを含む、明確に定義されたプロセスを経る必要があります。Reduxはこのモデルの代表例です。

原子状態管理（Atomic State Management）： 状態が「アトム」または「スライス」と呼ばれる、より小さく、独立した、自己完結した単位に分割されるアプローチ。これらのアトムはコンポーネントによって直接消費され、通常、明示的にリンクされていない限り、あるアトムへの更新は他のアトムに直接影響しません。JotaiとZustandはこの哲学を体現しています。

リデューサー（Reducer）： Reduxにおいて、現在の状態とアクションを入力として受け取り、新しい状態を返す純粋関数。リデューサーは状態を変更する唯一の方法です。

アクション（Action）： Reduxにおいて、アプリケーションで発生したことを記述するプレーンなJavaScriptオブジェクト。ストアにデータを送信する唯一の方法です。

ストア（Store）： Reduxにおいて、アプリケーションの全体の状態ツリーを保持するオブジェクト。状態へのアクセス、アクションのディスパッチ、リスナーの登録を可能にする責任があります。

セレクター（Selector）： グローバル状態から特定のデータ部分を抽出するために使用される関数。Reduxでは、不要な再レンダリングを防ぐためのパフォーマンス最適化に不可欠です。

アトム/スライス（Atom/Slice）： 原子状態管理において、離散的で独立した状態の一部。コンポーネントは、必要とするアトムのみを購読します。

原則と実装

これら2つのパラダイムの根本的な違いは、アプリケーション状態をどのように概念化し、管理するかという点にあります。

Reduxと単一データフロー

Elmから強く影響を受けたReduxは、厳密な単方向データフローを強制します。すべてのアプリケーション状態は、単一のJavaScriptオブジェクト（ストア）に存在します。何かが変更される必要がある場合、「アクション」がディスパッチされます。このアクションは「リデューサー」によって処理されます。リデューサーは、現在の状態とアクションを受け取り、まったく新しい状態オブジェクトを返す純粋関数です。その後、コンポーネントは、この状態の関連部分を購読します。

原則： 予測可能性とデバッグ容易性が中心です。状態を集中化し、変更に対する厳格なルールを強制することで、Reduxは状態遷移がどのように発生するかを理解しやすくし、バグを再現しやすくします。タイムトラベルデバッグは、この原則に由来する強力な機能です。

実装例：

// Redux ストアのセットアップ
import { createStore } from 'redux';

// アクションタイプ
const INCREMENT = 'INCREMENT';
const DECREMENT = 'DECREMENT';

// リデューサー
function counterReducer(state = { count: 0 }, action) {
  switch (action.type) {
    case INCREMENT:
      return { ...state, count: state.count + 1 };
    case DECREMENT:
      return { ...state, count: state.count - 1 };
    default:
      return state;
  }
}

// ストア
const store = createStore(counterReducer);

// React コンポーネント
import React from 'react';
import { useSelector, useDispatch } from 'react-redux';

function Counter() {
  const count = useSelector(state => state.count); // 状態の特定の部分を選択
  const dispatch = useDispatch();

  return (
    <div>
      <p>Count: {count}</p>
      <button onClick={() => dispatch({ type: INCREMENT })}>Increment</button>
      <button onClick={() => dispatch({ type: DECREMENT })}>Decrement</button>
    </div>
  );
}

Reduxのエコシステムには、非同期操作を処理するための redux-thunk や redux-saga も含まれており、ボイラープレートをさらに追加しますが、複雑な副作用を管理するための堅牢な方法を提供します。

Jotai / Zustand と原子状態管理

JotaiとZustandは、それぞれの構文の違いはあるものの、原子状態というメンタルモデルを共有しています。1つの大きな状態ツリーの代わりに、あなたは「アトム」（Jotai）または「スライス」（Zustand）と呼ばれる、小さく独立した状態を定義します。コンポーネントは、これらの個々のアトムまたはスライスに直接購読します。1つのアトムへの更新は、通常、他の無関係なアトムを消費するコンポーネントの再レンダリングを暗黙的にトリガーしません。

原則： 詳細さとシンプルさ。状態管理を、Reactの useState フックの使用のように感じさせますが、プロップドリリングなしでコンポーネント間で状態を共有できる能力を持つことがアイデアです。これにより、ボイラープレートが削減され、より的を絞った再レンダリングによるパフォーマンスが向上し、多くの人にとってより直感的な開発者エクスペリエンスが得られます。

Jotai 実装例：

Jotaiは、派生アトムの定義とAPIの最小化に焦点を当てています。

// Jotai アトム
import { atom } from 'jotai';

export const countAtom = atom(0);
export const doubleCountAtom = atom((get) => get(countAtom) * 2); // 派生アトム

// React コンポーネント
import React from 'react';
import { useAtom } from 'jotai';

function CounterJotai() {
  const [count, setCount] = useAtom(countAtom);
  const [doubleCount] = useAtom(doubleCountAtom);

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

Zustand 実装例：

Zustandは、ストアを作成するために、よりフックライクなAPIを提供しており、「小さく、速く、スケーラブルな、最低限必要な状態管理ソリューション」とよく説明されます。

// Zustand ストア
import { create } from 'zustand';

export const useCounterStore = create((set) => ({
  count: 0,
  increment: () => set((state) => ({ count: state.count + 1 })),
  decrement: () => set((state) => ({ count: state.count - 1 })),
}));

// React コンポーネント
import React from 'react';
import { useCounterStore } from './store';

function CounterZustand() {
  const count = useCounterStore((state) => state.count); // 特定の状態のセレクター
  const increment = useCounterStore((state) => state.increment);
  const decrement = useCounterStore((state) => state.decrement);

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

JotaiとZustandはどちらも、状態管理をReactの useState のようにローカルで直感的に感じさせ、グローバルに共有できる機能で拡張する能力において優れています。それらは、より的を絞った更新のおかげで、その詳細なサブスクリプションモデルにより、事前のパフォーマンスが向上することがよくあります。

アプリケーションシナリオ

これらのパラダイムを選択する際は、プロジェクトの規模、複雑さ、チームの好みに依存することがよくあります。

Redux（単一データフロー）が強力に適合する場合：

• 大規模で複雑なアプリケーション： アプリケーションの状態の相互作用が複雑で、深い予測可能性と追跡可能性が不可欠な場合。明示的なアクション・リデューサーのサイクルは、明確な監査証跡を提供します。
• 高度に協力的なチーム： Reduxの厳格なパターンと大規模なエコシステムは、多くの開発者が大規模なコードベースにオンボードし、一貫して貢献するのを更容易にし得ます。
• 集中型デバッグツールの必要性： Redux DevToolsは、タイムトラベルデバッグ、アクションの再生、状態の検査において比類のないものであり、複雑な状態の相互作用に非常に役立ちます。
• 厳格な不変性（Immutability）要件： Reduxは本質的に不変性を強制し、状態の変更に関連する微妙なバグを防ぐことができます。
• 複雑な非同期ワークフロー： Redux SagaやThunkのようなミドルウェアを使用すると、Reduxは複雑な非同期操作を管理するための強力で実績のあるソリューションを提供します。

Jotai/Zustand（原子状態）が好まれる場合：

• 中小規模のapplications： 状態グラフがあまり相互接続されておらず、主な目標が、あまりオーバーヘッドなくコンポーネント間で単純な状態を共有することであるプロジェクト。
• パフォーマンスが重要なアプリケーション： 詳細な再レンダリングメカニズムは、より的を絞った更新により、事前のパフォーマンスが向上することがよくあります。コンポーネントは、購読している特定のアトム/スライスが変更された場合にのみ再レンダリングされます。
• 開発者エクスペリエンスとシンプルさ： それらは、特に useState と useContext に慣れている開発者にとって、より「Reactらしい」そしてボイラープレートの少ないアプローチを提供し、学習と統合を迅速にします。
• マイクロフロントエンドまたは機能スライスアーキテクチャ： その原子的な性質は、アプリケーションの異なる部分が状態を独立して管理する可能性のあるアーキテクチャに適合します。
• 派生状態の必要性： Jotai（派生アトム経由）とZustand（セレクターまたは計算プロパティ経由）はどちらも、依存関係が変更されたときに効率的に更新される派生状態を簡単に作成できるようにします。
• 「過剰なエンジニアリング」の回避： Reduxの完全なパワーと厳密さを必要としないプロジェクトの場合、これらのライブラリは、不必要な複雑さを防ぐことができる、より軽量で機敏なソリューションを提供します。

結論

Reduxによって例示される単一データフローパラダイムと、JotaiおよびZustandの原子状態管理アプローチは、どちらもフロントエンドの状態管理のための強力なソリューションを提供します。Reduxは、複雑な状態の相互作用と大規模なチームを持つ大規模アプリケーションに理想的な、非常に予測可能で追跡可能で堅牢なシステムを提供しますが、多くの場合ボイラープレートとのトレードオフになります。逆に、JotaiとZustandは、開発者エクスペリエンス、シンプルさ、そして原子モデルによる詳細なパフォーマンスを優先し、それらを多くの最新Reactアプリケーションの優れた選択肢としており、特に軽量でより直接的なアプローチが望ましい場合です。最終的に、選択はプロジェクトの特定のニーズにかかっており、予測可能性とデバッグ容易性の要求と、シンプルさとパフォーマンスのバランスを取ることになります。