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前言

现代前端项目多为单页Web应用(SPA)，在单页Web应用中路由是其中的重要环节。

每个现代前端框架都有与之对应的路由实现，例如 vue-router、react-router 等。

本文并不涉及 vue-router、react-router 的实现方式，而是介绍前端路由的基本实现原理及实现方式。

vue-router、react-router 的源码解析，会在以后的文章中逐步推出。

什么是 SPA

SPA 是 single page web application 的简称，译为单页Web应用。

简单的说 SPA 就是一个WEB项目只有一个 HTML 页面，一旦页面加载完成，SPA 不会因为用户的操作而进行页面的重新加载或跳转。取而代之的是利用 JS 动态的变换 HTML 的内容，从而来模拟多个视图间跳转。

从传统页面到视图

对于初学者来说，理解传统页面与 SPA 视图间的差异是困难的。

在这里，用两张图，来分别表明传统页面与 SPA 视图间的区别：

上图表明了，在传统的网站设计中，每个HTML文件都是一个完成的HTML页面，涵盖了完整的HTML结构。

上图表明了，在 SPA 的应用设计中，一个应用只有一个HTML文件，在HTML文件中包含一个占位符（即图中的 container），占位符对应的内容由每个视图来决定，对于 SPA 来说，页面的切换就是视图之间的切换。

前端路由的由来

最开始的网页是多页面的，直到 Ajax 的出现，才慢慢有了 SPA。

SPA 的出现大大提高了 WEB 应用的交互体验。在与用户的交互过程中，不再需要重新刷新页面，获取数据也是通过 Ajax 异步获取，页面显示变的更加流畅。

但由于 SPA 中用户的交互是通过 JS 改变 HTML 内容来实现的，页面本身的 url 并没有变化，这导致了两个问题：

SPA 无法记住用户的操作记录，无论是刷新、前进还是后退，都无法展示用户真实的期望内容。
SPA 中虽然由于业务的不同会有多种页面展示形式，但只有一个 url，对 SEO 不友好，不方便搜索引擎进行收录。

前端路由就是为了解决上述问题而出现的。

什么是前端路由

简单的说，就是在保证只有一个 HTML 页面，且与用户交互时不刷新和跳转页面的同时，为 SPA 中的每个视图展示形式匹配一个特殊的 url。在刷新、前进、后退和SEO时均通过这个特殊的 url 来实现。

为实现这一目标，我们需要做到以下二点：

改变 url 且不让浏览器像服务器发送请求。
可以监听到 url 的变化

接下来要介绍的 hash 模式和 history 模式，就是实现了上面的功能

hash 模式

这里的 hash 就是指 url 后的 # 号以及后面的字符。比如说 "http://www.baidu.com/#hashhash" ，其中 "#hashhash" 就是我们期望的 hash 值。

由于 hash 值的变化不会导致浏览器像服务器发送请求，而且 hash 的改变会触发 hashchange 事件，浏览器的前进后退也能对其进行控制，所以在 H5 的 history 模式出现之前，基本都是使用 hash 模式来实现前端路由。

使用到的API:

window.location.hash = 'hash字符串'; // 用于设置 hash 值

let hash = window.location.hash; // 获取当前 hash 值

// 监听hash变化，点击浏览器的前进后退会触发
window.addEventListener('hashchange', function(event){ 
    let newURL = event.newURL; // hash 改变后的新 url
    let oldURL = event.oldURL; // hash 改变前的旧 url
},false)

接下来我们来实现一个路由对象

创建一个路由对象, 实现 register 方法用于注册每个 hash 值对应的回调函数

class HashRouter{
    constructor(){
        //用于存储不同hash值对应的回调函数
        this.routers = {};
    }
    //用于注册每个视图
    register(hash,callback = function(){}){
        this.routers[hash] = callback;
    }
}

不存在hash值时，认为是首页，所以实现 registerIndex 方法用于注册首页时的回调函数

class HashRouter{
    constructor(){
        //用于存储不同hash值对应的回调函数
        this.routers = {};
    }
    //用于注册每个视图
    register(hash,callback = function(){}){
        this.routers[hash] = callback;
    }
    //用于注册首页
    registerIndex(callback = function(){}){
        this.routers['index'] = callback;
    }
}

通过 hashchange 监听 hash 变化，并定义 hash 变化时的回调函数

class HashRouter{
    constructor(){
        //用于存储不同hash值对应的回调函数
        this.routers = {};
        window.addEventListener('hashchange',this.load.bind(this),false)
    }
    //用于注册每个视图
    register(hash,callback = function(){}){
        this.routers[hash] = callback;
    }
    //用于注册首页
    registerIndex(callback = function(){}){
        this.routers['index'] = callback;
    }
    //用于调用不同视图的回调函数
    load(){
        let hash = location.hash.slice(1),
            handler;
        //没有hash 默认为首页
        if(!hash){
            handler = this.routers.index;
        }else{
            handler = this.routers[hash];
        }
        //执行注册的回调函数
        handler.call(this);
    }
}

我们做一个例子来演示一下我们刚刚完成的 HashRouter

<body>
    <div id="nav">
        <a href="#/page1">page1</a>
        <a href="#/page2">page2</a>
        <a href="#/page3">page3</a>
    </div>
    <div id="container"></div>
</body>

let router = new HashRouter();
let container = document.getElementById('container');

//注册首页回调函数
router.registerIndex(()=> container.innerHTML = '我是首页');

//注册其他视图回到函数
router.register('/page1',()=> container.innerHTML = '我是page1');
router.register('/page2',()=> container.innerHTML = '我是page2');
router.register('/page3',()=> container.innerHTML = '我是page3');

//加载视图
router.load();

来看一下效果：

基本的路由功能我们已经实现了，但依然有点小问题

缺少对未在路由中注册的 hash 值的处理
hash 值对应的回调函数在执行过程中抛出异常

对应的解决办法如下：

我们追加 registerNotFound 方法，用于注册 hash 值未找到时的默认回调函数；
修改 load 方法，追加 try/catch 用于捕获异常，追加 registerError 方法，用于处理异常

代码修改后：

class HashRouter{
    constructor(){
        //用于存储不同hash值对应的回调函数
        this.routers = {};
        window.addEventListener('hashchange',this.load.bind(this),false)
    }
    //用于注册每个视图
    register(hash,callback = function(){}){
        this.routers[hash] = callback;
    }
    //用于注册首页
    registerIndex(callback = function(){}){
        this.routers['index'] = callback;
    }
    //用于处理视图未找到的情况
    registerNotFound(callback = function(){}){
        this.routers['404'] = callback;
    }
    //用于处理异常情况
    registerError(callback = function(){}){
        this.routers['error'] = callback;
    }
    //用于调用不同视图的回调函数
    load(){
        let hash = location.hash.slice(1),
            handler;
        //没有hash 默认为首页
        if(!hash){
            handler = this.routers.index;
        }
        //未找到对应hash值
        else if(!this.routers.hasOwnProperty(hash)){
            handler = this.routers['404'] || function(){};
        }
        else{
            handler = this.routers[hash]
        }
        //执行注册的回调函数
        try{
            handler.apply(this);
        }catch(e){
            console.error(e);
            (this.routers['error'] || function(){}).call(this,e);
        }
    }
}

再来一个例子，演示一下：

<body>
    <div id="nav">
        <a href="#/page1">page1</a>
        <a href="#/page2">page2</a>
        <a href="#/page3">page3</a>
        <a href="#/page4">page4</a>
        <a href="#/page5">page5</a>
    </div>
    <div id="container"></div>
</body>

let router = new HashRouter();
let container = document.getElementById('container');

//注册首页回调函数
router.registerIndex(()=> container.innerHTML = '我是首页');

//注册其他视图回到函数
router.register('/page1',()=> container.innerHTML = '我是page1');
router.register('/page2',()=> container.innerHTML = '我是page2');
router.register('/page3',()=> container.innerHTML = '我是page3');
router.register('/page4',()=> {throw new Error('抛出一个异常')});

//加载视图
router.load();
//注册未找到对应hash值时的回调
router.registerNotFound(()=>container.innerHTML = '页面未找到');
//注册出现异常时的回调
router.registerError((e)=>container.innerHTML = '页面异常，错误消息：<br>' + e.message);

来看一下效果：

至此，基于 hash 方式实现的前端路由，我们已经将基本雏形实现完成了。

接下来我们来介绍前端路由的另一种模式：history 模式。

history 模式

在 HTML5 之前，浏览器就已经有了 history 对象。但在早期的 history 中只能用于多页面的跳转：

history.go(-1);       // 后退一页
history.go(2);        // 前进两页
history.forward();     // 前进一页
history.back();      // 后退一页

在 HTML5 的规范中，history 新增了以下几个 API：

history.pushState();         // 添加新的状态到历史状态栈
history.replaceState();      // 用新的状态代替当前状态
history.state                // 返回当前状态对象

来自MDN的解释：

HTML5引入了 history.pushState() 和 history.replaceState() 方法，它们分别可以添加和修改历史记录条目。这些方法通常与window.onpopstate 配合使用。

history.pushState() 和 history.replaceState() 均接收三个参数（state, title, url）

参数说明如下：

state：合法的 Javascript 对象，可以用在 popstate 事件中
title：现在大多浏览器忽略这个参数，可以直接用 null 代替
url：任意有效的 URL，用于更新浏览器的地址栏

history.pushState() 和 history.replaceState() 的区别在于：

history.pushState() 在保留现有历史记录的同时，将 url 加入到历史记录中。
history.replaceState() 会将历史记录中的当前页面历史替换为 url。

由于 history.pushState() 和 history.replaceState() 可以改变 url 同时，不会刷新页面，所以在 HTML5 中的 histroy 具备了实现前端路由的能力。

回想我们之前完成的 hash 模式，当 hash 变化时，可以通过 hashchange 进行监听。而 history 的改变并不会触发任何事件，所以我们无法直接监听 history 的改变而做出相应的改变。

所以，我们需要换个思路，我们可以罗列出所有可能触发 history 改变的情况，并且将这些方式一一进行拦截，变相地监听 history 的改变。

对于单页应用的 history 模式而言，url 的改变只能由下面四种方式引起：

点击浏览器的前进或后退按钮
点击 a 标签
在 JS 代码中触发 history.pushState 函数
在 JS 代码中触发 history.replaceState 函数

思路已经有了，接下来我们来实现一个路由对象

创建一个路由对象, 实现 register 方法用于注册每个 location.pathname 值对应的回调函数
当 location.pathname === '/' 时，认为是首页，所以实现 registerIndex 方法用于注册首页时的回调函数
解决 location.path 没有对应的匹配，增加方法 registerNotFound 用于注册默认回调函数
解决注册的回到函数执行时出现异常，增加方法 registerError 用于处理异常情况

class HistoryRouter{
    constructor(){
        //用于存储不同path值对应的回调函数
        this.routers = {};
    }
    //用于注册每个视图
    register(path,callback = function(){}){
        this.routers[path] = callback;
    }
    //用于注册首页
    registerIndex(callback = function(){}){
        this.routers['/'] = callback;
    }
    //用于处视图未找到的情况
    registerNotFound(callback = function(){}){
        this.routers['404'] = callback;
    }
    //用于处理异常情况
    registerError(callback = function(){}){
        this.routers['error'] = callback;
    }
}

定义 assign 方法，用于通过 JS 触发 history.pushState 函数
定义 replace 方法，用于通过 JS 触发 history.replaceState 函数

class HistoryRouter{
    constructor(){
        //用于存储不同path值对应的回调函数
        this.routers = {};
    }
    //用于注册每个视图
    register(path,callback = function(){}){
        this.routers[path] = callback;
    }
    //用于注册首页
    registerIndex(callback = function(){}){
        this.routers['/'] = callback;
    }
    //用于处理视图未找到的情况
    registerNotFound(callback = function(){}){
        this.routers['404'] = callback;
    }
    //用于处理异常情况
    registerError(callback = function(){}){
        this.routers['error'] = callback;
    }
    //跳转到path
    assign(path){
        history.pushState({path},null,path);
        this.dealPathHandler(path)
    }
    //替换为path
    replace(path){
        history.replaceState({path},null,path);
        this.dealPathHandler(path)
    }
    //通用处理 path 调用回调函数
    dealPathHandler(path){
        let handler;
        //没有对应path
        if(!this.routers.hasOwnProperty(path)){
            handler = this.routers['404'] || function(){};
        }
        //有对应path
        else{
            handler = this.routers[path];
        }
        try{
            handler.call(this)
        }catch(e){
            console.error(e);
            (this.routers['error'] || function(){}).call(this,e);
        }
    }
}

监听 popstate 用于处理前进后退时调用对应的回调函数
全局阻止A链接的默认事件，获取A链接的href属性，并调用 history.pushState 方法
定义 load 方法，用于首次进入页面时根据 location.pathname 调用对应的回调函数

最终代码如下：

class HistoryRouter{
    constructor(){
        //用于存储不同path值对应的回调函数
        this.routers = {};
        this.listenPopState();
        this.listenLink();
    }
    //监听popstate
    listenPopState(){
        window.addEventListener('popstate',(e)=>{
            let state = e.state || {},
                path = state.path || '';
            this.dealPathHandler(path)
        },false)
    }
    //全局监听A链接
    listenLink(){
        window.addEventListener('click',(e)=>{
            let dom = e.target;
            if(dom.tagName.toUpperCase() === 'A' && dom.getAttribute('href')){
                e.preventDefault()
                this.assign(dom.getAttribute('href'));
            }
        },false)
    }
    //用于首次进入页面时调用
    load(){
        let path = location.pathname;
        this.dealPathHandler(path)
    }
    //用于注册每个视图
    register(path,callback = function(){}){
        this.routers[path] = callback;
    }
    //用于注册首页
    registerIndex(callback = function(){}){
        this.routers['/'] = callback;
    }
    //用于处理视图未找到的情况
    registerNotFound(callback = function(){}){
        this.routers['404'] = callback;
    }
    //用于处理异常情况
    registerError(callback = function(){}){
        this.routers['error'] = callback;
    }
    //跳转到path
    assign(path){
        history.pushState({path},null,path);
        this.dealPathHandler(path)
    }
    //替换为path
    replace(path){
        history.replaceState({path},null,path);
        this.dealPathHandler(path)
    }
    //通用处理 path 调用回调函数
    dealPathHandler(path){
        let handler;
        //没有对应path
        if(!this.routers.hasOwnProperty(path)){
            handler = this.routers['404'] || function(){};
        }
        //有对应path
        else{
            handler = this.routers[path];
        }
        try{
            handler.call(this)
        }catch(e){
            console.error(e);
            (this.routers['error'] || function(){}).call(this,e);
        }
    }
}

再做一个例子来演示一下我们刚刚完成的 HistoryRouter

<body>
    <div id="nav">
        <a href="/page1">page1</a>
        <a href="/page2">page2</a>
        <a href="/page3">page3</a>
        <a href="/page4">page4</a>
        <a href="/page5">page5</a>
        <button id="btn">page2</button>
    </div>
    <div id="container">

    </div>
</body>

let router = new HistoryRouter();
let container = document.getElementById('container');

//注册首页回调函数
router.registerIndex(() => container.innerHTML = '我是首页');

//注册其他视图回到函数
router.register('/page1', () => container.innerHTML = '我是page1');
router.register('/page2', () => container.innerHTML = '我是page2');
router.register('/page3', () => container.innerHTML = '我是page3');
router.register('/page4', () => {
    throw new Error('抛出一个异常')
});

document.getElementById('btn').onclick = () => router.assign('/page2')


//注册未找到对应path值时的回调
router.registerNotFound(() => container.innerHTML = '页面未找到');
//注册出现异常时的回调
router.registerError((e) => container.innerHTML = '页面异常，错误消息：<br>' + e.message);
//加载页面
router.load();

来看一下效果：

至此，基于 history 方式实现的前端路由，我们已经将基本雏形实现完成了。

但需要注意的是，history 在修改 url 后，虽然页面并不会刷新，但我们在手动刷新，或通过 url 直接进入应用的时候，服务端是无法识别这个 url 的。因为我们是单页应用，只有一个 html 文件，服务端在处理其他路径的 url 的时候，就会出现404的情况。所以，如果要应用 history 模式，需要在服务端增加一个覆盖所有情况的候选资源：如果 URL 匹配不到任何静态资源，则应该返回单页应用的 html 文件。

接下来，我们来探究一下，何时使用 hash 模式，何时使用 history 模式。

hash、history 如何抉择

hash 模式相比于 history 模式的优点：

兼容性更好，可以兼容到IE8
无需服务端配合处理非单页的url地址

hash 模式相比于 history 模式的缺点：

看起来更丑。
会导致锚点功能失效。
相同 hash 值不会触发动作将记录加入到历史栈中，而 pushState 则可以。

综上所述，当我们不需要兼容老版本IE浏览器，并且可以控制服务端覆盖所有情况的候选资源时，我们可以愉快的使用 history 模式了。

反之，很遗憾，只能使用丑陋的 hash 模式~

尾声

本文简单分析并实现了单页路由中的 hash 模式和 history 模式，当然，它与 vue-router、react-router 相比还太过简陋，关于 vue-router、react-router 的源码解析，会在以后的文章中逐步推出。

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参考

SPA设计与架构：理解单页面Web应用

写在最后

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