阅读 21394

逐行分析鸿蒙系统的 JavaScript 框架

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;
  },
}
复制代码

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
复制代码

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
复制代码

首先是入口文件,src/index.js,只有 2 行代码:

import { ViewModel } from './core';
export default ViewModel;
复制代码

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';
复制代码

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];
  }
};
复制代码

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';
复制代码

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 targetnull 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 });
};
复制代码

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();
}
复制代码

构造函数。接受 4 个参数。

context 当前观察者所处的上下文,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();
  }
};
复制代码

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;
  }
};
复制代码

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()();
  }
};
复制代码

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]));
}
复制代码

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;
};
复制代码

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);
    };
  }
};
复制代码

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());
};
复制代码

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);
};
复制代码

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);
    }
  });
}
复制代码

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]
);
复制代码

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();
      }
    });
  });
}
复制代码

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 pushunshiftsplice,那么需要将新的元素放入观察者队列中。

另外两个文件分别是单元测试和性能分析,这里就不再分析了。