逐行分析鸿蒙系统的 JavaScript 框架

Posted 2022-12-01 迷渡

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。

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。

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