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：
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:
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：
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 ：
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];
}
// http://jsperf.com/angularjs-invoke-apply-vs-switch
// #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：
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:
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：
$digest: function() {
/*省略若干变量定义代码*/
beginPhase('$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://*.com/questions/11216651/computed-properties-in-angular-js 请看第二个答案。
- http://*.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。