Mentale Modelle des State Managements – Jotai/Zustands atomarer Ansatz im Vergleich zum einzelnen Ursprung von Redux

Einleitung

In der sich ständig weiterentwickelnden Landschaft der Frontend-Entwicklung ist ein effizientes und vorhersehbares State Management von größter Bedeutung. Mit zunehmender Komplexität von Benutzeroberflächen wird die Herausforderung, Daten über verschiedene Komponenten hinweg zu synchronisieren und eine konsistente Benutzererfahrung zu gewährleisten, immer wichtiger. Seit Jahren ist Redux eine dominante Kraft und hat ein robustes, meinungsstarkes Muster für das State Management etabliert, das sich um einen einzigen, unveränderlichen Store dreht. Mit dem Aufkommen von React Hooks und einem wachsenden Fokus auf Entwicklererfahrung und Leistung sind jedoch neuere Bibliotheken wie Jotai und Zustand entstanden, die ein anderes mentales Modell basierend auf atomarem State Management bieten. Dieser Artikel zielt darauf ab, diese beiden unterschiedlichen Paradigmen – den atomaren Ansatz, der von Jotai und Zustand vertreten wird, gegen die Single-Data-Flow-Philosophie von Redux – tiefgehend zu vergleichen und ihre zugrunde liegenden Prinzipien, praktischen Auswirkungen und die Szenarien zu untersuchen, in denen jeder wirklich glänzt. Das Verständnis dieser unterschiedlichen mentalen Modelle ist für Frontend-Entwickler entscheidend, um fundierte Entscheidungen zu treffen, ihre Anwendungen zu optimieren und letztendlich die Produktivität zu steigern.

Kernkonzepte erklärt

Bevor wir uns dem Vergleich widmen, wollen wir ein gemeinsames Verständnis der Kernterminologie herstellen, die unserer Diskussion zugrunde liegt.

State Management: Der Prozess der Organisation und Kontrolle der Daten, die sich innerhalb einer Benutzeroberfläche ändern. Ziel ist es, Konsistenz, Vorhersehbarkeit und Reaktivität der Benutzeroberfläche auf Datenaktualisierungen zu gewährleisten.

Single Source of Truth (SSOT): Ein Paradigma, bei dem der gesamte Anwendungszustand in einer einzigen, zentralisierten Datenstruktur gespeichert wird. Alle Änderungen an diesem Zustand müssen über einen klar definierten Prozess erfolgen, der typischerweise Aktionen und Reducer umfasst. Redux ist ein Paradebeispiel für dieses Modell.

Atomares State Management: Ein Ansatz, bei dem der Zustand in kleinere, unabhängige und in sich geschlossene Einheiten aufgeteilt wird, die oft als "Atome" oder "Slices" bezeichnet werden. Diese Atome können direkt von Komponenten verbraucht werden, und Aktualisierungen eines Atoms wirken sich in der Regel nicht direkt auf andere aus, es sei denn, sie sind explizit verknüpft. Jotai und Zustand verkörpern diese Philosophie.

Reducer: In Redux eine reine Funktion, die den aktuellen Zustand und eine Aktion als Eingabe nimmt und einen neuen Zustand zurückgibt. Reducer sind der einzige Weg, den Zustand zu ändern.

Aktion: Ein einfacher JavaScript-Objekt in Redux, das beschreibt, was in der Anwendung passiert ist. Es ist der einzige Weg, Daten an den Store zu senden.

Store: In Redux das Objekt, das den gesamten Zustandsbaum der Anwendung enthält. Es ist dafür zuständig, den Zugriff auf den Zustand zu ermöglichen, Aktionen zu versenden und Listener zu registrieren.

Selektor: Eine Funktion, die verwendet wird, um spezifische Datenteile aus dem globalen Zustand zu extrahieren. In Redux sind sie unerlässlich für die Leistungsoptimierung, indem sie unnötige Neu-Renderings verhindern.

Atom/Slice: Im atomaren State Management ein diskretes, unabhängiges Stück Zustand. Komponenten abonnieren nur die Atome, die sie benötigen.

Prinzip und Implementierung

Der grundlegende Unterschied zwischen diesen beiden Paradigmen liegt in der Art und Weise, wie sie den Anwendungszustand konzeptualisieren und verwalten.

Redux und der einzelne Datenfluss

Redux, stark inspiriert von Elm, erzwingt einen strengen unidirektionalen Datenfluss. Der gesamte Anwendungszustand befindet sich in einem einzigen JavaScript-Objekt (dem Store). Wenn etwas geändert werden muss, wird eine "Aktion" versendet. Diese Aktion wird dann von einem "Reducer", einer reinen Funktion, verarbeitet, die den aktuellen Zustand und die Aktion entgegennimmt und ein brandneues Zustandsobjekt zurückgibt. Komponenten abonnieren dann relevante Teile dieses Zustands.

Prinzip: Vorhersehbarkeit und Debugging-Fähigkeit stehen im Mittelpunkt. Durch die Zentralisierung des Zustands und die Erzwingung strenger Regeln für Änderungen ist es einfacher zu verstehen, wie Zustandsübergänge erfolgen und Fehler zu reproduzieren sind. Time-Travel-Debugging ist ein mächtiges Feature, das aus diesem Prinzip resultiert.

Implementierungsbeispiel:

// Redux Store Setup
import { createStore } from 'redux';

// Aktionstypen
const INCREMENT = 'INCREMENT';
const DECREMENT = 'DECREMENT';

// Reducer
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;
  }
}

// Store
const store = createStore(counterReducer);

// React-Komponente
import React from 'react';
import { useSelector, useDispatch } from 'react-redux';

function Counter() {
  const count = useSelector(state => state.count); // Spezifischen Teil des Zustands auswählen
  const dispatch = useDispatch();

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

Das Redux-Ökosystem umfasst auch redux-thunk oder redux-saga zur Behandlung asynchroner Operationen, was zu noch mehr Boilerplate führt, aber robuste Möglichkeiten zur Verwaltung komplexer Seiteneffekte bietet.

Jotai / Zustand und atomares State Management

Jotai und Zustand teilen sich, obwohl sie ihre eigenen syntaktischen Unterschiede haben, das mentale Modell des atomaren Zustands. Anstatt eines großen Zustandsbaums definieren Sie kleine, unabhängige Zustandsteile oder "Atome" (Jotai) / "Slices" (Zustand). Komponenten abonnieren dann direkt diese einzelnen Atome oder Slices. Aktualisierungen eines Atoms lösen nicht implizit Neu-Renderings in Komponenten aus, die andere, nicht verwandte Atome konsumieren.

Prinzip: Granularität und Einfachheit. Die Idee ist, das State Management sich mehr wie die Verwendung des useState-Hooks von React anfühlen zu lassen, aber mit der Möglichkeit, Zustand über Komponenten hinweg zu teilen, ohne Prop-Drilling. Dies führt zu weniger Boilerplate, besserer Leistung durch gezieltere Neu-Renderings und einer intuitiveren Entwicklererfahrung für viele.

Jotai Implementierungsbeispiel:

Jotai konzentriert sich auf die Definition abgeleiteter Atome und die Minimierung der API.

// Jotai Atome
import { atom } from 'jotai';

export const countAtom = atom(0);
export const doubleCountAtom = atom((get) => get(countAtom) * 2); // Abgeleitetes Atom

// React-Komponente
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 Implementierungsbeispiel:

Zustand bietet eine Hook-ähnlichere API zum Erstellen von Stores, die oft als "eine kleine, schnelle und skalierbare Lösung für die State-Verwaltung mit den nötigsten Dingen" beschrieben wird.

// Zustand Store
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-Komponente
import React from 'react';
import { useCounterStore } from './store';

function CounterZustand() {
  const count = useCounterStore((state) => state.count); // Selektor für spezifischen Zustand
  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>
  );
}

Sowohl Jotai als auch Zustand glänzen durch ihre Fähigkeit, das State Management lokal und intuitiv zu gestalten, ähnlich wie die eigenen useState-Hooks von React, aber erweitert, um global teilbar zu sein. Sie erzielen oft standardmäßig eine bessere Leistung aufgrund ihres granularen Abonnementmodells.

Anwendungsfälle

Die Wahl zwischen diesen Paradigmen hängt oft von der Größe der Anwendung, der Komplexität und der Präferenz des Teams ab.

Wenn Redux (Single Data Flow) eine starke Wahl ist:

• Große, komplexe Anwendungen: Wenn die Zustandsinteraktionen der Anwendung kompliziert sind und tiefe Vorhersehbarkeit und Rückverfolgbarkeit entscheidend sind. Der explizite Aktions-Reducer-Zyklus bietet eine klare Audit-Trail.
• Hochgradig kollaborative Teams: Die strengen Muster und das große Ökosystem rund um Redux können es für viele Entwickler einfacher machen, sich einzuarbeiten und konsistent zu einer großen Codebasis beizutragen.
• Bedarf an zentralisierten Debugging-Tools: Redux DevTools sind unübertroffen für Time-Travel-Debugging, Aktionswiederholung und Zustandsinspektion, was für komplexe Zustandsinteraktionen von unschätzbarem Wert ist.
• Strikte Unveränderlichkeitsanforderungen: Redux erzwingt von Natur aus Unveränderlichkeit, was subtile Fehler im Zusammenhang mit Zustandsänderungen verhindern kann.
• Komplexe asynchrone Workflows: Mit Middleware wie Redux Saga oder Thunk bietet Redux leistungsstarke und bewährte Lösungen für die Verwaltung komplexer asynchroner Operationen.

Wenn Jotai/Zustand (atomarer Zustand) bevorzugt wird:

• Kleine bis mittelgroße Anwendungen: Für Projekte, bei denen der Zustandsgraph weniger miteinander verbunden ist und das Hauptziel darin besteht, einfachen Zustand zwischen Komponenten ohne viel Aufwand zu teilen.
• Leistungskritische Anwendungen: Ihre feingranularen Neu-Rendering-Mechanismen führen oft zu einer besseren Standardleistung aufgrund gezielterer Aktualisierungen. Komponenten werden nur dann neu gerendert, wenn sich das spezifische Atom/Slice, das sie abonnieren, ändert.
• Entwicklererfahrung und Einfachheit: Sie bieten einen "reaktionsfähigeren" und weniger Boilerplate-lastigen Ansatz, wodurch sie schneller zu erlernen und zu integrieren sind, insbesondere für Entwickler, die mit useState und useContext vertraut sind.
• Micro-Frontends oder Feature-Sliced Architekturen: Ihre atomare Natur eignet sich gut für Architekturen, bei denen verschiedene Teile der Anwendung ihren Zustand unabhängig verwalten können.
• Bedarf an abgeleitetem Zustand: Sowohl Jotai (durch abgeleitete Atome) als auch Zustand (durch Selektoren oder berechnete Eigenschaften) machen es einfach, abgeleiteten Zustand zu erstellen, der sich beim Ändern von Abhängigkeiten effizient aktualisiert.
• Vermeidung von "Over-Engineering": Für Projekte, die nicht die volle Leistung und Strenge von Redux benötigen, bieten diese Bibliotheken eine leichtere, agilere Lösung, die unnötige Komplexität verhindern kann.

Fazit

Sowohl das von Redux verkörperte Single-Data-Flow-Paradigma als auch der atomare State Management-Ansatz von Jotai und Zustand bieten leistungsstarke Lösungen für das Frontend-State-Management. Redux bietet ein hochgradig vorhersagbares, rückverfolgbares und robustes System, das ideal für große Anwendungen mit komplexen Zustandsinteraktionen und großen Teams ist, oft auf Kosten von Boilerplate. Umgekehrt legen Jotai und Zustand Wert auf Entwicklererfahrung, Einfachheit und granulare Leistung durch ihr atomares Modell und sind damit eine ausgezeichnete Wahl für viele moderne React-Anwendungen, insbesondere wenn ein leichterer, direkterer Ansatz gewünscht wird. Letztendlich hängt die Wahl von den spezifischen Anforderungen Ihres Projekts ab, wobei die Ansprüche an Vorhersehbarkeit und Debugging-Fähigkeit gegen Einfachheit und Leistung abgewogen werden.