MVVM大比拼之AngularJS源码精析
MVVM大比拼之AngularJS源码精析
简介
AngularJS的学习资源已经非常非常多了，AngularJS基础请直接看官网文档。这里推荐几个深度学习的资料：
- AngularJS学习笔记 作者:邹业盛 。这个笔记非常细致，记录了作者对于AngularJS各个方面的思考，其中也不乏源码级的分析。
- 构建自己的AngularJS 。虽然放出第一章后作者就写书去了。但这第一部分已经足以带领读者深入窥探angularJS在核心概念上的实现，特别是dirty check。有愿意继续深入的读者可以去买书。
- Design Decisions in AngularJS。 google io 上AngularJS作者的演讲视频，非常值得一看。
其实随便google一下就会看到非常的多的AngularJS的深度文章，AngularJS的开发团队本身对外也非常活跃。特别是现在AngularJS 2.0也在火热设计和开发中，大家完全可以把握这个机会跟进一下。设计文档在这里。在这些资料面前，我的源码分析只能算是班门弄斧了。不过人总要自己思考，否则和咸鱼没有区别。 以下源码以1.3.0为准。
入口
除了使用 ng-app,angular还有手工的入口：
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angular.bootstrap(document,['module1','module2']) |
angularJS build的相关信息和文件结构翻阅一下gruntFile就清楚了。我们直击/src/Angular.js 的1381行 bootstrap 定义:
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function bootstrap(element, modules, config) { if (!isObject(config)) config = {}; var defaultConfig = { strictDi: false }; config = extend(defaultConfig, config); var doBootstrap = function() { element = jqLite(element); if (element.injector()) { var tag = (element[0] === document) ? 'document' : startingTag(element); throw ngMinErr('btstrpd', "App Already Bootstrapped with this Element '{0}'", tag); } modules = modules || []; modules.unshift(['$provide', function($provide) { $provide.value('$rootElement', element); }]); modules.unshift('ng'); var injector = createInjector(modules, config.strictDi); injector.invoke(['$rootScope', '$rootElement', '$compile', '$injector', '$animate', function(scope, element, compile, injector, animate) { scope.$apply(function() { element.data('$injector', injector); compile(element)(scope); }); }] ); return injector; }; var NG_DEFER_BOOTSTRAP = /^NG_DEFER_BOOTSTRAP!/; if (window && !NG_DEFER_BOOTSTRAP.test(window.name)) { return doBootstrap(); } window.name = window.name.replace(NG_DEFER_BOOTSTRAP, ''); angular.resumeBootstrap = function(extraModules) { forEach(extraModules, function(module) { modules.push(module); }); doBootstrap(); };} |
已经熟练使用AngularJS的读者应该马上就注意到，代码中部的createInjector和后面的几行代码就已经暴露了两个核心概念的入口：“依赖注入”和“视图编译”。
依赖注入
先不要急着去看 createInjector 的定义, 先看看后面这一句 injector.invoke()。在angular中有显式注入和隐式注入，这里是显式。往 invoke 中传如的参数是个数组，数组前n-1个参数对应着对最后一个函数的每一个参数，也就是最后一个函数中要传入的依赖。不难猜想，injector应该是个对象，其中保存了所有已经实例化过的service等可以作为依赖的函数或对象，调用invoke时就会按名字去取依赖。现在让我们去验证吧。翻到 /src/auto/injector.js 609：
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function createInjector(modulesToLoad, strictDi) { strictDi = (strictDi === true); var INSTANTIATING = {}, providerSuffix = 'Provider', path = [], loadedModules = new HashMap(), providerCache = { $provide: { provider: supportObject(provider), factory: supportObject(factory), service: supportObject(service), value: supportObject(value), constant: supportObject(constant), decorator: decorator } }, providerInjector = (providerCache.$injector = createInternalInjector(providerCache, function() { throw $injectorMinErr('unpr', "Unknown provider: {0}", path.join(' <- ')); }, strictDi)), instanceCache = {}, instanceInjector = (instanceCache.$injector = createInternalInjector(instanceCache, function(servicename) { var provider = providerInjector.get(servicename + providerSuffix); return instanceInjector.invoke(provider.$get, provider, undefined, servicename); }, strictDi)); forEach(loadModules(modulesToLoad), function(fn) { instanceInjector.invoke(fn || noop); }); return instanceInjector; /*下面省略若干函数定义*/} |
我们从最后的返回值看到，真实的injector对象又是由 createInternalInjector 创造的。只不过最后对于所有需要加载的模块(也就是参数modulesToLoad)，主动使用instanceInjector.invoke执行了一次。明显这个invoke和前面讲到的invoke是同一个函数，但是前面传的参是数组，用来显示传入依赖，这里传的参看起来是函数，那很有可能是隐式注入的调用。 另外值得注意的是这里有个 providerInjector 也是用 createInternalInjector 创造的。它在instancInjector 的 createInternalInjector 中被用到了。
下面让我们看看 createInternalInjector ：
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function createInternalInjector(cache, factory) { function getService(serviceName) { /*省略*/ } function invoke(fn, self, locals, serviceName){ if (typeof locals === 'string') { serviceName = locals; locals = null; } var args = [], $inject = annotate(fn, strictDi, serviceName), length, i, key; for(i = 0, length = $inject.length; i < length; i++) { key = $inject[i]; if (typeof key !== 'string') { throw $injectorMinErr('itkn', 'Incorrect injection token! Expected service name as string, got {0}', key); } args.push( locals && locals.hasOwnProperty(key) ? locals[key] : getService(key) ); } if (!fn.$inject) { // this means that we must be an array. fn = fn[length]; } // #5388 return fn.apply(self, args); } function instantiate(Type, locals, serviceName) { /*省略*/ } return { invoke: invoke, instantiate: instantiate, get: getService, annotate: annotate, has: function(name) { return providerCache.hasOwnProperty(name + providerSuffix) || cache.hasOwnProperty(name); } }; } |
我们快先看看之前对 invoke 函数的猜测是否正确，我们前面看到了调用它时第一个参数为数组或者函数，如果你记性不错的话，应该也注意到前面还有一句：
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instanceInjector.invoke(provider.$get, provider, undefined, servicename) |
好，我们来看 invoke。注意 $inject = annotate(fn, strictDi, serviceName) 。这里的第一个参数 fn 就是之前提到的可以是数组也可以是函数。大家自己去看 annotate 的定义吧，就是这一句，提取出了所有依赖的名字，对于隐式注入试用 toString 加上 正则匹配来提取的，所以如果 angular 应用代码压缩时进行了变量名混淆的话，隐式注入就失效了。继续看，提取出名字之后，通过 getService 获取到了每一个依赖的实例，最后在用 fn.apply 传入依赖即可。 还记得之前的 providerInjector 吗，它其实是用来提供一些快速注册 service 等可依赖实例的。它提供的一些方法其实都直接暴露到了 angular 对象上，大家如果仔细看过文档其实就很明了了：
总体来说依赖注入在实现上并没有什么特别巧妙的地方，但有价值的是angular从很早就有了完整的模块化体系，依赖是模块化体系中很重要的一部分。而模块化的意义也不只是拆分、解耦而已，从工程实践的角度来说，模块化是实现那些超越单个工程师所能掌握的大工程的基石之一。
视图编译
关于 $compile 的使用和相应地内部机制其实文档已经很详细了。看这里。我们这里看源码的目的有两个：一是看数据改动时触发的 $digest 具体是如何更新视图的；二是看源码是否有些精妙之处可以学习。 打开 /src/ng/compile.js 511行，注意到这里定义的 $compileProvider 是 provider 的写法，不熟悉的请去看下文档。provider在用的时候会实例化，而我们在用的 $compile 函数实际上就是 this.$get 这个数组的最后一个元素（一个函数）的返回值。跳到638行看定义，源码太长，我就不贴了。后面只贴关键的地方。这个函数的返回了一个叫compile的函数:
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function compile($compileNodes, transcludeFn, maxPriority, ignoreDirective, previousCompileContext) { /*省略若干行预处理节点的代码*/ var compositeLinkFn = compileNodes($compileNodes, transcludeFn, $compileNodes, maxPriority, ignoreDirective, previousCompileContext); safeAddClass($compileNodes, 'ng-scope'); return function publicLinkFn(scope, cloneConnectFn, transcludeControllers){ /*省略若干行和cloneConnectFn等有关的代码*/ if (compositeLinkFn) compositeLinkFn(scope, $linkNode, $linkNode); return $linkNode; }; } |
没有什么神奇的，返回的这个publicLinkFn就是我们用来link scope的函数。而这个函数实际上又是调用了 compileNodes 生成的 compositeLinkFn。如果你熟悉 directive 的使用，那我们不妨轻松地猜测一下这个 compileNodes 应该就是收集了节点中的各种指令然后调用相应地compile函数，并将link函数组合起来成为一个新函数，也就是这个compositeLinkFn以供调用。而 directive 里的link函数扮演了将scope的变化映射到节点上(使用 scope.$watch)，将节点变化映射到scope(通常要用scope.$apply来触发scope.$digest)的角色。 我可以直接说“恭喜你，猜对了”吗？这里没什么复杂的，大家自己看下吧。值得再看看的是scope.$watch 和 scope.$digest。通常我们用 watch 来将视图更新函数注册相应地scope下，用digest来对比当前scope的属性是否有变动，如果有变化就调用注册的这些函数。我前面文章中说的angular性能不如ko等框架并且可能遇到瓶颈就是出于这个机制。我们来翻一下$digest的底：
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$digest: function() { /*省略若干变量定义代码*/ beginPhase('$digest'); lastDirtyWatch = null; do { // "while dirty" loop dirty = false; current = target; /*省略若干行异步任务代码*/ traverseScopesLoop: do { // "traverse the scopes" loop if ((watchers = current.$$watchers)) { // process our watches length = watchers.length; while (length--) { try { watch = watchers[length]; // Most common watches are on primitives, in which case we can short // circuit it with === operator, only when === fails do we use .equals if (watch) { if ((value = watch.get(current)) !== (last = watch.last) && !(watch.eq ? equals(value, last) : (typeof value == 'number' && typeof last == 'number' && isNaN(value) && isNaN(last)))) { dirty = true; lastDirtyWatch = watch; watch.last = watch.eq ? copy(value) : value; watch.fn(value, ((last === initWatchVal) ? value : last), current); /*省略若干行log代码*/ } else if (watch === lastDirtyWatch) { // If the most recently dirty watcher is now clean, short circuit since the remaining watchers // have already been tested. dirty = false; break traverseScopesLoop; } } } catch (e) { clearPhase(); $exceptionHandler(e); } } } // Insanity Warning: scope depth-first traversal // yes, this code is a bit crazy, but it works and we have tests to prove it! // this piece should be kept in sync with the traversal in $broadcast if (!(next = (current.$$childHead || (current !== target && current.$$nextSibling)))) { while(current !== target && !(next = current.$$nextSibling)) { current = current.$parent; } } } while ((current = next)); // `break traverseScopesLoop;` takes us to here if((dirty || asyncQueue.length) && !(ttl--)) { clearPhase(); /*省略若干 throw error*/ } } while (dirty || asyncQueue.length); clearPhase(); while(postDigestQueue.length) { try { postDigestQueue.shift()(); } catch (e) { $exceptionHandler(e); } } } |
这段代码有两个关键的loop，对应两个关键概念。大loop就是所谓的dirty check。什么是dirty？只要进入了这个循环，就是dirty的，直到值已经稳定下来。我们看到源码中用了lastDirtyWatch来作为标记，要使watch === lastDirtyWatch，至少第二次循环才能实现。这是因为在调用监听函数的时候，监听函数本身可能去修改属性，所以我们必须等到值已经完全不变了(或者超过了最大循环值)才能结束digest。另外看那个insanity warning，digest是进行深度优先遍历检测的。所以在设计复杂的directive时，要非常注意在scope哪个层级调用digest。在写简单应用的时候，dirty check和遍历子元素都没有什么问题，但是相比于基于observer的模式，最主要的缺点是它的所有监听函数都是注册在scope上的，每次digest都要检测所有的watcher是否有变化。
最后总结一下视图，angular在视图层的设计上较为完备，但同时概念也更多更复杂，在首屏渲染时速度不够快。并且内存开销是vue ko等轻框架倍数级的。但它的本身的规范和各个方面考虑的周全性确是非常值得学习，实际上也对后来者产生了极大的指导性意义。
其他
这里再记录一个实践中的问题，就是如何对数据实现getter 和setter？比如说这样一个场景：有个三个输入框，第一个让用户填姓，第二个填名，第三个自动显示“姓+空格+名”。用户也可以直接在第三个框中填，第一框和第二框会自动变化。这个时候如果有类似于ko的computed property就简单了，不然只能用$watch加中间变量去实现，代码会有点难看。有代码洁癖的话相信各位迟早会碰到这个问题，以下提供几个参考资料：
- https://github.com/angular/angular.js/issues/768
- http://stackoverflow.com/questions/11216651/computed-properties-in-angular-js 请看第二个答案。
- http://stackoverflow.com/questions/21289577/getter-setter-support-with-ng-model-in-angularjs
总结
总体来说，AngularJS无论在设计还是实践上都具有指导性意义。对新手来说学习曲线较陡，但如果能深入，收获是很大的。AngularJS本身在工程上也有很多其他产出，比如karma，从它中间独立出来发展成了通用测试框架。还是建议各位读者可以跟一跟AngularJS2.0的开发，必能受益。