逐行分析鸿蒙系统的 JavaScript 框架
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2020-09-18 02:02
我在前文中曾经介绍过鸿蒙的 Javascript 框架，这几天终于把 JS 仓库编译通过了，期间踩了不少坑，也给鸿蒙贡献了几个 PR。今天我们就来逐行分析鸿蒙系统中的 JS 框架。
文中的所有代码都基于鸿蒙的当前最新版（版本为 677ed06，提交日期为 2020-09-10）。
鸿蒙系统使用 JavaScript 开发 GUI 是一种类似于微信小程序、轻应用的模式。而这个 MVVM 模式中，V 其实是由 C++ 来承担的。JavaScript 代码只是其中的 ViewModel 层。
鸿蒙 JS 框架是零依赖的，只在开发打包过程中使用到了一些 npm 包。打包完之的代码是没有依赖任何 npm 包的。我们先看一下使用鸿蒙 JS 框架写出来的 JS 代码到底长什么样。
export default {
data: {
return { count: 1 };
},
increase() {
++this.count;
},
decrease() {
--this.count;
},
}
如果我不告诉你这是鸿蒙，你甚至会以为它是 vue 或小程序。如果单独把 JS 拿出来使用（脱离鸿蒙系统），代码是这样：
const vm = new ViewModel({
data() {
return { count: 1 };
},
increase() {
++this.count;
},
decrease() {
--this.count;
},
});
console.log(vm.count); // 1
vm.increase();
console.log(vm.count); // 2
vm.decrease();
console.log(vm.count); // 1
仓库中的所有 JS 代码实现了一个响应式系统，充当了 MVVM 中的 ViewModel。
下面我们逐行分析。
src 目录中一共有 4 个目录，总计 8 个文件。其中 1 个是单元测试。还有 1 个性能分析。再除去 2 个 index.js 文件，有用的文件一共是 4 个。也是本文分析的重点。
src
├── __test__
│ └── index.test.js
├── core
│ └── index.js
├── index.js
├── observer
│ ├── index.js
│ ├── observer.js
│ ├── subject.js
│ └── utils.js
└── profiler
└── index.js
首先是入口文件，src/index.js，只有 2 行代码：
import { ViewModel } from './core';
export default ViewModel;
其实就是重新导出。
另一个类似的文件是 src/observer/index.js，也是 2 行代码：
export { Observer } from './observer';
export { Subject } from './subject';
observer 和 subject 实现了一个观察者模式。subject 是主题，也就是被观察者。observer 是观察者。当 subject 有任何变化时需要主动通知被观察者。这就是响应式。
这 2 个文件都使用到了 src/observer/utils.js，所以我们先分析一下 utils 文件。分 3 部分。
第一部分
export const ObserverStack = {
stack: [],
push(observer) {
this.stack.push(observer);
},
pop() {
return this.stack.pop();
},
top() {
return this.stack[this.stack.length - 1];
}
};
首先是定义了一个用来存放观察者的栈，遵循后进先出的原则，内部使用 stack 数组来存储。
入栈操作
push，和数组的push函数一样，在栈顶放入一个观察者 observer。出栈操作
pop，和数组的pop函数一样，在将栈顶的观察者删除，并返回这个被删除的观察者。取栈顶元素
top，和pop操作不同，top是把栈顶元素取出来，但是并不删除。
第二部分
export const SYMBOL_OBSERVABLE = '__ob__';
export const canObserve = target => typeof target === 'object';
定义了一个字符串常量 SYMBOL_OBSERVABLE。为了后面用着方便。
定义了一个函数 canObserve，目标是否可以被观察。只有对象才能被观察，所以使用 typeof 来判断目标的类型。等等，好像有什么不对。如果 target 为 null 的话，函数也会返回 true。如果 null 不可观察，那么这就是一个 bug。（写这篇文章的时候我已经提了一个 PR，并询问了这种行为是否是期望的行为）。
第三部分
export const defineProp = (target, key, value) => {
Object.defineProperty(target, key, { enumerable: false, value });
};
这个没有什么好解释的，就是 Object.defineProperty 代码太长了，定义一个函数来避免代码重复。
下面再来分析观察者 src/observer/observer.js，分 4 部分。
第一部分
export function Observer(context, getter, callback, meta) {
this._ctx = context;
this._getter = getter;
this._fn = callback;
this._meta = meta;
this._lastValue = this._get();
}
构造函数。接受 4 个参数。
context 当前观察者所处的上下午，类型是 ViewModel。当第三个参数 callback 调用时，函数的 this 就是这个 context。
getter 类型是一个函数，用来获取某个属性的值。
callback 类型是一个函数，当某个值变化后执行的回调函数。
meta 元数据。观察者(Observer)并不关注 meta 元数据。
在构造函数的最后一行，this._lastValue = this._get()。下面来分析 _get 函数。
第二部分
Observer.prototype._get = function() {
try {
ObserverStack.push(this);
return this._getter.call(this._ctx);
} finally {
ObserverStack.pop();
}
};
ObserverStack 就是上面分析过的用来存储所有观察者的栈。将当前观察者入栈，并通过 _getter 取得当前值。结合第一部分的构造函数，这个值存储在了 _lastValue 属性中。
执行完这个过程后，这个观察者就已经初始化完成了。
第三部分
Observer.prototype.update = function() {
const lastValue = this._lastValue;
const nextValue = this._get();
const context = this._ctx;
const meta = this._meta;
if (nextValue !== lastValue || canObserve(nextValue)) {
this._fn.call(context, nextValue, lastValue, meta);
this._lastValue = nextValue;
}
};
这部分实现了数据更新时的脏检查(Dirty checking)机制。比较更新后的值和当前值，如果不同，那么就执行回调函数。如果这个回调函数是渲染 UI，那么则可以实现按需渲染。如果值相同，那么再检查设置的新值是否可以被观察，再决定到底要不要执行回调函数。
第四部分
Observer.prototype.subscribe = function(subject, key) {
const detach = subject.attach(key, this);
if (typeof detach !== 'function') {
return;
}
if (!this._detaches) {
this._detaches = [];
}
this._detaches.push(detach);
};
Observer.prototype.unsubscribe = function() {
const detaches = this._detaches;
if (!detaches) {
return;
}
while (detaches.length) {
detaches.pop()();
}
};
订阅与取消订阅。
我们前面经常说观察者和被观察者。对于观察者模式其实还有另一种说法，叫订阅/发布模式。而这部分代码则实现了对主题(subject)的订阅。
先调用主题的 attach 方法进行订阅。如果订阅成功，subject.attach 方法会返回一个函数，当调用这个函数就会取消订阅。为了将来能够取消订阅，这个返回值必需保存起来。
subject 的实现很多人应该已经猜到了。观察者订阅了 subject，那么 subject 需要做的就是，当数据变化时即使通知观察者。subject 如何知道数据发生了变化呢，机制和 vue2 一样，使用 Object.defineProperty 做属性劫持。
下面再来分析观察者 src/observer/subject.js，分 7 部分。
第一部分
export function Subject(target) {
const subject = this;
subject._hijacking = true;
defineProp(target, SYMBOL_OBSERVABLE, subject);
if (Array.isArray(target)) {
hijackArray(target);
}
Object.keys(target).forEach(key => hijack(target, key, target[key]));
}
构造函数。基本没什么难点。设置 _hijacking 属性为 true，用来标示这个对象已经被劫持了。Object.keys 通过遍历来劫持每个属性。如果是数组，则调用 hijackArray。
第二部分
两个静态方法。
Subject.of = function(target) {
if (!target || !canObserve(target)) {
return target;
}
if (target[SYMBOL_OBSERVABLE]) {
return target[SYMBOL_OBSERVABLE];
}
return new Subject(target);
};
Subject.is = function(target) {
return target && target._hijacking;
};
Subject 的构造函数并不直接被外部调用，而是封装到了 Subject.of 静态方法中。
如果目标不能被观察，那么直接返回目标。
如果 target[SYMBOL_OBSERVABLE] 不是 undefined，说明目标已经被初始化过了。
否则，调用构造函数初始化 Subject。
Subject.is 则用来判断目标是否被劫持过了。
第三部分
Subject.prototype.attach = function(key, observer) {
if (typeof key === 'undefined' || !observer) {
return;
}
if (!this._obsMap) {
this._obsMap = {};
}
if (!this._obsMap[key]) {
this._obsMap[key] = [];
}
const observers = this._obsMap[key];
if (observers.indexOf(observer) < 0) {
observers.push(observer);
return function() {
observers.splice(observers.indexOf(observer), 1);
};
}
};
这个方法很眼熟，对，就是上文的 Observer.prototype.subscribe 中调用的。作用是某个观察者用来订阅主题。而这个方法则是“主题是怎么订阅的”。
观察者维护这一个主题的哈希表 _obsMap。哈希表的 key 是需要订阅的 key。比如某个观察者订阅了 name 属性的变化，而另一个观察者订阅了 age 属性的变化。而且属性的变化还可以被多个观察者同时订阅，因此哈希表存储的值是一个数组，数据的每个元素都是一个观察者。
第四部分
Subject.prototype.notify = function(key) {
if (
typeof key === 'undefined' ||
!this._obsMap ||
!this._obsMap[key]
) {
return;
}
this._obsMap[key].forEach(observer => observer.update());
};
当属性发生变化是，通知订阅了此属性的观察者们。遍历每个观察者，并调用观察者的 update 方法。我们上文中也提到了，脏检查就是在这个方法内完成的。
第五部分
Subject.prototype.setParent = function(parent, key) {
this._parent = parent;
this._key = key;
};
Subject.prototype.notifyParent = function() {
this._parent && this._parent.notify(this._key);
};
这部分是用来处理属性嵌套(nested object)的问题的。就是类似这种对象：{ user: { name: 'JJC' } }。
第六部分
function hijack(target, key, cache) {
const subject = target[SYMBOL_OBSERVABLE];
Object.defineProperty(target, key, {
enumerable: true,
get() {
const observer = ObserverStack.top();
if (observer) {
observer.subscribe(subject, key);
}
const subSubject = Subject.of(cache);
if (Subject.is(subSubject)) {
subSubject.setParent(subject, key);
}
return cache;
},
set(value) {
cache = value;
subject.notify(key);
}
});
}
这一部分展示了如何使用 Object.defineProperty 进行属性劫持。当设置属性时，会调用 set(value)，设置新的值，然后调用 subject 的 notify 方法。这里并不进行任何检查，只要设置了属性就会调用，即使属性的新值和旧值一样。notify 会通知所有的观察者。
第七部分
劫持数组方法。
const ObservedMethods = {
PUSH: 'push',
POP: 'pop',
UNSHIFT: 'unshift',
SHIFT: 'shift',
SPLICE: 'splice',
REVERSE: 'reverse'
};
const OBSERVED_METHODS = Object.keys(ObservedMethods).map(
key => ObservedMethods[key]
);
ObservedMethods 定义了需要劫持的数组函数。前面大写的用来做 key，后面小写的是需要劫持的方法。
function hijackArray(target) {
OBSERVED_METHODS.forEach(key => {
const originalMethod = target[key];
defineProp(target, key, function() {
const args = Array.prototype.slice.call(arguments);
originalMethod.apply(this, args);
let inserted;
if (ObservedMethods.PUSH === key || ObservedMethods.UNSHIFT === key) {
inserted = args;
} else if (ObservedMethods.SPLICE) {
inserted = args.slice(2);
}
if (inserted && inserted.length) {
inserted.forEach(Subject.of);
}
const subject = target[SYMBOL_OBSERVABLE];
if (subject) {
subject.notifyParent();
}
});
});
}
数组的劫持和对象不同，不能使用 Object.defineProperty。
我们需要劫持 6 个数组方法。分别是头部添加、头部删除、尾部添加、尾部删除、替换/删除某几项、数组反转。
通过重写数组方法实现了数组的劫持。但是这里有一个需要注意的地方，数据的每一个元素都是被观察过的，但是当在数组中添加了新元素时，这些元素还没有被观察。因此代码中还需要判断当前的方法如果是 push、unshift、splice，那么需要将新的元素放入观察者队列中。
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