鴻蒙系統中JS框架的逐行分析

我在前文中曾經介紹過鴻蒙的 Javascript 框架，這幾天終于把 JS 倉庫編譯通過了，期間踩了不少坑，也給鴻蒙貢獻了幾個 PR。今天我們就來逐行分析鴻蒙系統中的 JS 框架。

文中的所有代碼都基于鴻蒙的當前最新版（版本為677ed06，提交日期為 2020-09-10）。

鴻蒙系統使用 JavaScript 開發 GUI 是一種類似于微信小程序、輕應用的模式。而這個 MVVM 模式中，V 其實是由 C++ 來承擔的。JavaScript 代碼只是其中的 ViewModel 層。

鴻蒙 JS 框架是零依賴的，只在開發打包過程中使用到了一些 npm 包。打包完之的代碼是沒有依賴任何 npm 包的。我們先看一下使用鴻蒙 JS 框架寫出來的 JS 代碼到底長什么樣。

export default {

  data() {
    return { count: 1 };
  },
  increase() {
    ++this.count;
  },
  decrease() {
    --this.count;
  },
}

如果我不告訴你這是鴻蒙，你甚至會以為它是 vue 或小程序。如果單獨把 JS 拿出來使用（脫離鴻蒙系統），代碼是這樣：

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

倉庫中的所有 JS 代碼實現了一個響應式系統，充當了 MVVM 中的 ViewModel。

下面我們逐行分析。

src 目錄中一共有 4 個目錄，總計 8 個文件。其中 1 個是單元測試。還有 1 個性能分析。再除去 2 個 index.js 文件，有用的文件一共是 4 個。也是本文分析的重點。

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 行代碼：

import { ViewModel } from './core';

export default ViewModel;

其實就是重新導出。

另一個類似的文件是 src/observer/index.js，也是 2 行代碼：

export { Observer } from './observer';

export { Subject } from './subject';

observer 和 subject 實現了一個觀察者模式。subject 是主題，也就是被觀察者。observer 是觀察者。當 subject 有任何變化時需要主動通知被觀察者。這就是響應式。

這 2 個文件都使用到了 src/observer/utils.js，所以我們先分析一下 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];
  }
};

首先是定義了一個用來存放觀察者的棧，遵循后進先出的原則，內部使用stack數組來存儲。

入棧操作push，和數組的push函數一樣，在棧頂放入一個觀察者 observer。

出棧操作pop，和數組的pop函數一樣，在將棧頂的觀察者刪除，并返回這個被刪除的觀察者。

取棧頂元素top，和pop操作不同，top是把棧頂元素取出來，但是并不刪除。

第二部分

export const SYMBOL_OBSERVABLE = '__ob__';
export const canObserve = target => typeof target === 'object';

定義了一個字符串常量SYMBOL_OBSERVABLE。為了后面用著方便。

定義了一個函數canObserve，目標是否可以被觀察。只有對象才能被觀察，所以使用typeof來判斷目標的類型。等等，好像有什么不對。如果target為null的話，函數也會返回true。如果null不可觀察，那么這就是一個 bug。（寫這篇文章的時候我已經提了一個 PR，并詢問了這種行為是否是期望的行為）。

第三部分

export const defineProp = (target, key, value) => {
  Object.defineProperty(target, key, { enumerable: false, value });
};

這個沒有什么好解釋的，就是Object.defineProperty代碼太長了，定義一個函數來避免代碼重復。

下面再來分析觀察者 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();
}

構造函數。接受 4 個參數。

context當前觀察者所處的上下文，類型是ViewModel。當第三個參數 callback 調用時，函數的this就是這個context。

getter類型是一個函數，用來獲取某個屬性的值。

callback類型是一個函數，當某個值變化后執行的回調函數。

meta元數據。觀察者(Observer)并不關注meta元數據。

在構造函數的最后一行，this._lastValue = this._get()。下面來分析_get函數。

第二部分

Observer.prototype._get = function() {
  try {
    ObserverStack.push(this);
    return this._getter.call(this._ctx);
  } finally {
    ObserverStack.pop();
  }
};

ObserverStack就是上面分析過的用來存儲所有觀察者的棧。將當前觀察者入棧，并通過_getter取得當前值。結合第一部分的構造函數，這個值存儲在了_lastValue屬性中。

執行完這個過程后，這個觀察者就已經初始化完成了。

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;
  }
};

這部分實現了數據更新時的臟檢查(Dirty checking)機制。比較更新后的值和當前值，如果不同，那么就執行回調函數。如果這個回調函數是渲染 UI，那么則可以實現按需渲染。如果值相同，那么再檢查設置的新值是否可以被觀察，再決定到底要不要執行回調函數。

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()();
  }
};

我們前面經常說觀察者和被觀察者。對于觀察者模式其實還有另一種說法，叫訂閱/發布模式。而這部分代碼則實現了對主題(subject)的訂閱。

先調用主題的attach方法進行訂閱。如果訂閱成功，subject.attach方法會返回一個函數，當調用這個函數就會取消訂閱。為了將來能夠取消訂閱，這個返回值必需保存起來。

subject 的實現很多人應該已經猜到了。觀察者訂閱了 subject，那么 subject 需要做的就是，當數據變化時即使通知觀察者。subject 如何知道數據發生了變化呢，機制和 vue2 一樣，使用Object.defineProperty做屬性劫持。

下面再來分析觀察者 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]));
}

構造函數?；緵]什么難點。設置_hijacking屬性為true，用來標示這個對象已經被劫持了。Object.keys通過遍歷來劫持每個屬性。如果是數組，則調用hijackArray。

第二部分

兩個靜態方法。

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 的構造函數并不直接被外部調用，而是封裝到了Subject.of靜態方法中。

如果目標不能被觀察，那么直接返回目標。

如果target[SYMBOL_OBSERVABLE]不是undefined，說明目標已經被初始化過了。

否則，調用構造函數初始化 Subject。

Subject.is則用來判斷目標是否被劫持過了。

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);
    };
  }
};

這個方法很眼熟，對，就是上文的Observer.prototype.subscribe中調用的。作用是某個觀察者用來訂閱主題。而這個方法則是“主題是怎么訂閱的”。

觀察者維護這一個主題的哈希表_obsMap。哈希表的 key 是需要訂閱的 key。比如某個觀察者訂閱了name屬性的變化，而另一個觀察者訂閱了age屬性的變化。而且屬性的變化還可以被多個觀察者同時訂閱，因此哈希表存儲的值是一個數組，數據的每個元素都是一個觀察者。

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());
};

當屬性發生變化是，通知訂閱了此屬性的觀察者們。遍歷每個觀察者，并調用觀察者的update方法。我們上文中也提到了，臟檢查就是在這個方法內完成的。

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);
};

這部分是用來處理屬性嵌套(nested object)的問題的。就是類似這種對象：{ 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);
    }
  });
}

這一部分展示了如何使用Object.defineProperty進行屬性劫持。當設置屬性時，會調用 set(value)，設置新的值，然后調用 subject 的 notify 方法。這里并不進行任何檢查，只要設置了屬性就會調用，即使屬性的新值和舊值一樣。notify 會通知所有的觀察者。

第七部分

劫持數組方法。

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定義了需要劫持的數組函數。前面大寫的用來做 key，后面小寫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();
      }
    });
  });
}

數組的劫持和對象不同，不能使用Object.defineProperty。

我們需要劫持 6 個數組方法。分別是頭部添加、頭部刪除、尾部添加、尾部刪除、替換/刪除某幾項、數組反轉。

通過重寫數組方法實現了數組的劫持。但是這里有一個需要注意的地方，數據的每一個元素都是被觀察過的，但是當在數組中添加了新元素時，這些元素還沒有被觀察。因此代碼中還需要判斷當前的方法如果是push、unshift、splice，那么需要將新的元素放入觀察者隊列中。

另外兩個文件分別是單元測試和性能分析，這里就不再分析了。
編輯：hfy