State Management in modernen Frontend-Anwendungen

In der sich ständig weiterentwickelnden Landschaft der Frontend-Entwicklung ist die effektive Verwaltung des Anwendungszustands von größter Bedeutung für den Aufbau robuster, skalierbarer und wartbarer Benutzeroberflächen. Mit zunehmender Komplexität der Anwendungen steigt auch die Herausforderung, Datenkonsistenz, vorhersehbare Updates und eine intuitive Entwicklererfahrung sicherzustellen. Im Laufe der Jahre sind zahlreiche State-Management-Lösungen entstanden, die jeweils einen einzigartigen Ansatz zur Bewältigung dieser Komplexität bieten. Dieser Artikel befasst sich mit drei prominenten Vertretern im React-Ökosystem: Redux Toolkit, Zustand und Jotai. Wir werden ihre unterschiedlichen Paradigmen untersuchen, ihre zugrunde liegenden Mechanismen verstehen und ihre Stärken und Schwächen identifizieren, um Sie letztendlich mit dem Wissen auszustatten, die am besten geeignete Lösung für Ihr nächstes Projekt auszuwählen.

Kernkonzepte im Frontend State Management

Bevor wir uns mit den Besonderheiten jeder Bibliothek befassen, möchten wir ein gemeinsames Verständnis einiger grundlegender Konzepte festlegen, die unserer Diskussion zugrunde liegen werden.

• State (Zustand): Die Daten, die die UI und Logik Ihrer Anwendung steuern. Sie können Benutzereingaben, abgerufene Daten, UI-Präferenzen und mehr umfassen.
• State Management (Zustandsverwaltung): Der Prozess der Organisation, Speicherung und Aktualisierung des Zustands einer Anwendung auf vorhersagbare und effiziente Weise.
• **Zentralisierte vs. Dezentralisierte Zustandsverwaltung:
  • Zentralisiert: Der gesamte Anwendungszustand befindet sich in einem einzigen, globalen Store, der von überall zugänglich ist. Dies führt oft zu einer einzigen Quelle der Wahrheit.
  • Dezentralisiert: Der Zustand ist auf verschiedene Komponenten oder kleinere, unabhängige Stores verteilt.
• Unveränderlichkeit (Immutability): Das Prinzip, den Zustand niemals direkt zu verändern. Stattdessen werden neue Zustandsobjekte mit den gewünschten Änderungen erstellt. Dies hilft, unerwartete Nebeneffekte zu vermeiden und macht Zustandsänderungen einfacher zu verfolgen und zu debuggen.
• Actions (Aktionen)/Events (Ereignisse): Objekte oder Funktionen, die die Absicht zur Zustandsänderung beschreiben.
• Reducers (Reduzierer): Reine Funktionen, die den aktuellen Zustand und eine Aktion als Eingabe nehmen und einen neuen Zustand zurückgeben. Sie sind der einzige Mechanismus zur Zustandsänderung in vielen zentralisierten Lösungen.
• Selectors (Selektoren): Funktionen, die spezifische Datenstücke aus dem globalen Zustand extrahieren und oft zur Optimierung verwendet werden, um unnötige Neu-Renderings zu verhindern.
• Hooks: Eingeführt in React 16.8, ermöglichen Hooks funktionalen Komponenten die Verwaltung von Zustand und Seiteneffekten, wodurch die Zustandsverwaltung innerhalb von Komponenten zugänglicher und zusammensetzbarer wird.

Redux Toolkit Eine umfassende zentrale Lösung

Redux Toolkit (RTK) ist die offizielle, meinungsbildende Lösung für eine effiziente Redux-Entwicklung. Es wurde entwickelt, um gängige Redux-Muster zu vereinfachen, Boilerplate-Code zu reduzieren und eine bessere Entwicklererfahrung zu bieten. RTK verfolgt einen zentralisierten, unveränderlichen Ansatz zur Zustandsverwaltung und bietet leistungsstarke Entwicklertools und einen vorhersagbaren Zustandsfluss.

Prinzipien von Redux Toolkit:

RTK baut auf den Kernprinzipien von Redux auf: eine einzige Quelle der Wahrheit (der Redux Store), Zustandsänderungen nur durch reine Reducer-Funktionen und Aktionen, die beschreiben, was passiert ist. Zu den Hauptmerkmalen von RTK gehören:

• configureStore: Vereinfacht die Store-Einrichtung mit sinnvollen Standardwerten.
• createSlice: Automatisiert die Erstellung von Aktionen und Reducern für einen bestimmten Zustands-Slice, was den Boilerplate-Code erheblich reduziert.
• createAsyncThunk: Vereinfacht die Handhabung asynchroner Logik, wie z. B. API-Aufrufe.
• createSelector: Memoisiert Selektor-Funktionen zur Leistungsoptimierung.

Beispiel aus der Praxis: Verwaltung eines Zählers und einer Liste von Todos.

// store.js
import { configureStore, createSlice } from '@reduxjs/toolkit';

const counterSlice = createSlice({
  name: 'counter',
  initialState: { value: 0 },
  reducers: {
    increment: (state) => {
      state.value += 1;
    },
    decrement: (state) => {
      state.value -= 1;
    },
    incrementByAmount: (state, action) => {
      state.value += action.payload;
    },
  },
});

const todosSlice = createSlice({
  name: 'todos',
  initialState: [],
  reducers: {
    addTodo: (state, action) => {
      state.push({ id: Date.now(), text: action.payload, completed: false });
    },
    toggleTodo: (state, action) => {
      const todo = state.find((t) => t.id === action.payload);
      if (todo) {
        todo.completed = !todo.completed;
      }
    },
  },
});

export const { increment, decrement, incrementByAmount } = counterSlice.actions;
export const { addTodo, toggleTodo } = todosSlice.actions;

export const store = configureStore({
  reducer: {
    counter: counterSlice.reducer,
    todos: todosSlice.reducer,
  },
});

// Counter.js (React-Komponente)
import React from 'react';
import { useSelector, useDispatch } from 'react-redux';
import { increment, decrement, incrementByAmount } from './store';

function Counter() {
  const count = useSelector((state) => state.counter.value);
  const dispatch = useDispatch();

  return (
    <div>
      <h2>Counter: {count}</h2>
      <button onClick={() => dispatch(increment())}>Increment</button>
      <button onClick={() => dispatch(decrement())}>Decrement</button>
      <button onClick={() => dispatch(incrementByAmount(5))}>Increment by 5</button>
    </div>
  );
}

export default Counter;

Anwendungsszenarien: RTK eignet sich hervorragend für große, komplexe Anwendungen mit vielen interagierenden Komponenten und der Notwendigkeit vorhersehbarer Zustandsaktualisierungen, Debugging-Fähigkeiten (z. B. Redux DevTools) und einer einzigen Quelle der Wahrheit. Es eignet sich besonders gut für Anwendungen auf Unternehmensebene, bei denen Wartbarkeit und langfristige Skalierbarkeit entscheidend sind.

Zustand Ein minimalistischer und performanter Ansatz

Zustand bietet mit seinem minimalistischen, Hook-basierten und hochperformanten Ansatz zur Zustandsverwaltung eine willkommene Abwechslung. Im Gegensatz zu Redux stützt sich Zustand nicht auf Reducer oder die Erzwingung von Unveränderlichkeit durch Bibliotheken wie Immer (obwohl es damit verwendet werden kann). Stattdessen verwendet es eine einfache, funktionale API, um Stores zu erstellen und den Zustand direkt zu ändern, während gleichzeitig optimierte Re-Renderings sichergestellt werden.

Prinzipien von Zustand:

Die Philosophie von Zustand dreht sich um Einfachheit und Direktheit. Es nutzt React Hooks, um Komponenten mit dem Store zu verbinden, und seine Kern-API ist unglaublich klein.

• create Funktion: Die primäre Methode zur Definition eines Stores. Sie nimmt eine Funktion, die ein Objekt mit Zustand und Updater-Funktionen zurückgibt.
• Direkte Mutation: Zustand ermöglicht die direkte Mutation des Zustandsobjekts innerhalb der Updater-Funktionen, wodurch Zustandsaktualisierungen für viele Entwickler natürlicher wirken. Es erzielt optimierte Re-Renderings, indem es Zustandsänderungen flach vergleicht.
• Selektoren ohne Memoization: Standardmäßig erfordern Selektoren von Zustand keine explizite Memoization. Komponenten werden nur dann neu gerendert, wenn sich der ausgewählte Zustand-Slice tatsächlich ändert.

Beispiel aus der Praxis: Erstellung des gleichen Zählers und der gleichen Todo-Liste mit Zustand.

// useStore.js
import { create } from 'zustand';

// Counter Store
const createCounterSlice = (set) => ({
  count: 0,
  increment: () => set((state) => ({ count: state.count + 1 })),
  decrement: () => set((state) => ({ count: state.count - 1 })),
  incrementByAmount: (amount) => set((state) => ({ count: state.count + amount })),
});

// Todos Store
const createTodosSlice = (set) => ({
  todos: [],
  addTodo: (text) =>
    set((state) => ({
      todos: [...state.todos, { id: Date.now(), text, completed: false }],
    })),
  toggleTodo: (id) =>
    set((state) => ({
      todos: state.todos.map((todo) =>
        todo.id === id ? { ...todo, completed: !todo.completed } : todo
      ),
    })),
});

// Slices kombinieren (optional, können auch separate Stores sein)
export const useBoundStore = create((...a) => ({
  ...createCounterSlice(...a),
  ...createTodosSlice(...a),
}));

// Oder separate Stores für bessere Modularität
export const useCounterStore = create(createCounterSlice);
export const useTodosStore = create(createTodosSlice);

// Counter.js (React-Komponente)
import React from 'react';
import { useCounterStore } from './useStore'; // Oder useBoundStore

function Counter() {
  const count = useCounterStore((state) => state.count);
  const increment = useCounterStore((state) => state.increment);
  const decrement = useCounterStore((state) => state.decrement);
  const incrementByAmount = useCounterStore((state) => state.incrementByAmount);

  return (
    <div>
      <h2>Counter: {count}</h2>
      <button onClick={increment}>Increment</button>
      <button onClick={decrement}>Decrement</button>
      <button onClick={() => incrementByAmount(5)}>Increment by 5</button>
    </div>
  );
}

export default Counter;

Anwendungsszenarien: Zustand eignet sich ideal für kleine bis mittelgroße Anwendungen oder Szenarien, in denen eine performante, leichtgewichtige State-Lösung ohne den Overhead und den strukturierten Boilerplate-Code von Redux benötigt wird. Es eignet sich besonders gut für lokale Komponentenzustände, die über wenige Komponenten geteilt werden müssen, für Nebenprojekte oder bei der Migration von useState zu einer globalen Lösung. Seine Einfachheit macht es auch hervorragend für schnelles Prototyping.

Jotai Ein primitiv mächtiger Ansatz

Jotai verfolgt einen einzigartigen, atom-basierten Ansatz zur Zustandsverwaltung, inspiriert von Recoil. Anstatt eines einzigen globalen Stores ermöglicht Jotai die Definition kleiner, unabhängiger Zustandsstücke, sogenannter "Atome". Diese Atome können dann kombiniert und voneinander abgeleitet werden, wodurch ein hochgradig modularer und flexibler Zustandsgraph entsteht. Jotai orientiert sich auf globaler Ebene stärker am Konzept von Reacts useState.

Prinzipien von Jotai:

Jotai konzentriert sich auf das Konzept von Atomen, die im Wesentlichen Einheiten reaktiver Zustände sind.

• Atome: Eine Basiseinheit des Zustands, die gelesen und geschrieben werden kann. Ein Atom kann jeden Wert enthalten.
• Abgeleitete Atome: Atome können ihre Werte aus anderen Atomen ableiten und einen berechneten Zustand erstellen, der sich automatisch aktualisiert, wenn seine Abhängigkeiten sich ändern. Dies ist leistungsstark für die Erstellung komplexer Selektoren.
• useAtom Hook: Der primäre Hook zur Interaktion mit Atomen aus React-Komponenten heraus. Er gibt den Wert des Atoms und eine Setter-Funktion zurück, ähnlich wie useState.
• Dezentral durch Design: Der Zustand ist auf viele kleine Atome verteilt, anstatt in einem einzigen Store gesammelt zu werden.

Beispiel aus der Praxis: Implementierung des Zählers und der Todo-Liste mit Jotai.

// atoms.js
import { atom } from 'jotai';

// Counter Atome
export const countAtom = atom(0);
export const incrementAtom = atom(
  null, // setter
  (get, set) => set(countAtom, get(countAtom) + 1)
);
export const decrementAtom = atom(
  null,
  (get, set) => set(countAtom, get(countAtom) - 1)
);
export const incrementByAmountAtom = atom(
  null,
  (get, set, amount) => set(countAtom, get(countAtom) + amount)
);

// Todos Atome
export const todosAtom = atom([]);
export const addTodoAtom = atom(
  null,
  (get, set, text) =>
    set(todosAtom, [...get(todosAtom), { id: Date.now(), text, completed: false }])
);
export const toggleTodoAtom = atom(
  null,
  (get, set, id) =>
    set(
      todosAtom,
      get(todosAtom).map((todo) =>
        todo.id === id ? { ...todo, completed: !todo.completed } : todo
      )
    )
);

// Counter.js (React-Komponente)
import React from 'react';
import { useAtom } from 'jotai';
import { countAtom, incrementAtom, decrementAtom, incrementByAmountAtom } from './atoms';

function Counter() {
  const [count] = useAtom(countAtom);
  const [, increment] = useAtom(incrementAtom);
  const [, decrement] = useAtom(decrementAtom);
  const [, incrementByAmount] = useAtom(incrementByAmountAtom);

  return (
    <div>
      <h2>Counter: {count}</h2>
      <button onClick={increment}>Increment</button>
      <button onClick={decrement}>Decrement</button>
      <button onClick={() => incrementByAmount(5)}>Increment by 5</button>
    </div>
  );
}

export default Counter;

Anwendungsszenarien: Jotai glänzt in Anwendungen, die von einer hochgradig modularen und granularen Zustandsverwaltung profitieren. Es eignet sich hervorragend für UI-Zustände, die auf bestimmte Teile der Anwendung lokalisiert sind, aber bei Bedarf global zugänglich sein müssen. Seine "primitive" Natur macht es sehr flexibel für einzigartige Zustandsgraphenanforderungen und für die Optimierung von Renderings auf sehr feinkörniger Ebene. Es ist auch eine gute Wahl, wenn Sie die Einfachheit von useState schätzen, aber eine globale Lösung benötigen, oder für Projekte, bei denen Sie von meinungsbildenden Mustern wie Reducern absehen möchten.

Fazit

Redux Toolkit, Zustand und Jotai bieten jeweils überzeugende Lösungen für die Zustandsverwaltung in React, richten sich jedoch an unterschiedliche Bedürfnisse und Vorlieben. Redux Toolkit bietet ein umfassendes, meinungsbildendes und hochgradig strukturiertes Framework, das sich ideal für große Anwendungen eignet, die Debugging und einen klaren, zentralisierten Zustandsfluss erfordern. Zustand bietet mit seiner minimalistischen API und direkten Zustandsmanipulation eine performante und leichtgewichtige Alternative, perfekt für kleinere Projekte oder für diejenigen, die einen weniger meinungsbildenden Ansatz bevorzugen. Jotai nutzt ein atom-basiertes, dezentrales Modell und bietet feingranularige Kontrolle und außergewöhnliche Flexibilität, ideal für hochgradig modulare Anwendungen und fortgeschrittene Zustandsableitungen. Die beste Wahl hängt letztendlich vom Umfang Ihres Projekts, der Vertrautheit des Teams und den spezifischen Anforderungen an die Strukturierung und Interaktion mit dem Zustand Ihrer Anwendung ab.