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Vue.js:轻量高效的前端组件化方案

Created2015-08-13   Views 5528    Author 懒人程序
开发初衷 

2013年末,我还在Google Creative Lab工作。当时在项目中使用了一段时间的Angular,在感叹数据绑定带来生产力提升的同时,我也感到Angular的API设计过于繁琐,使得学习曲线颇为陡峭。出于对Angular数据绑定原理的好奇,我开始 “造轮子”,自己实现了一个非常粗糙的、基于依赖收集的数据绑定库。这就是Vue.js的前身。同时在实际开发中,我发现用户界面完全可以用嵌套的组件树来描述,而一个组件恰恰可以对应MVVM中的ViewModel。于是我决定将我的数据绑定实验改进成一个真正的开源项目,其核心思想便是 “数据驱动的组件系统”。 

MVVM 数据绑定 

MVVM的本质是通过数据绑定链接View和Model,让数据的变化自动映射为视图的更新。Vue.js在数据绑定的API设计上借鉴了Angular的指令机制:用户可以通过具有特殊前缀的HTML 属性来实现数据绑定,也可以使用常见的花括号模板插值,或是在表单元素上使用双向绑定: 
<!-- 指令 -->
<span v-text="msg"></span>
<!-- 插值 -->
<span>{{msg}}</span>
<!-- 双向绑定 -->
<input v-model="msg">  

插值本质上也是指令,只是为了方便模板的书写。在模板的编译过程中,Vue.js会为每一处需要动态更新的DOM节点创建一个指令对象。每当一个指令对象观测的数据变化时,它便会对所绑定的目标节点执行相应的DOM操作。基于指令的数据绑定使得具体的DOM操作都被合理地封装在指令定义中,业务代码只需要涉及模板和对数据状态的操作即可,这使得应用的开发效率和可维护性都大大提升。 


图1 Vue.js的MVVM架构

与Angular不同的是,Vue.js的API里并没有繁杂的module、controller、scope、factory、service等概念,一切都是以“ViewModel 实例”为基本单位: 
<!-- 模板 -->
<div id="app">
    {{msg}}
</div>

// 原生对象即数据
var data = {
    msg: 'hello!'
}
// 创建一个 ViewModel 实例
var vm = new Vue({
    // 选择目标元素
    el: '#app',
    // 提供初始数据
    data: data
})

渲染结果: 
<div id="app">
    hello!
</div>  

在渲染的同时,Vue.js也已经完成了数据的动态绑定:此时如果改动data.msg的值,DOM将自动更新。是不是非常简单易懂呢?除此之外,Vue.js对自定义指令、过滤器的API也做了大幅的简化,如果你有Angular的开发经验,上手会非常迅速。 

数据观测的实现 

Vue.js的数据观测实现原理和Angular有着本质的不同。了解Angular的读者可能知道,Angular的数据观测采用的是脏检查(dirty checking)机制。每一个指令都会有一个对应的用来观测数据的对象,叫做watcher;一个作用域中会有很多个watcher。每当界面需要更新时,Angular会遍历当前作用域里的所有watcher,对它们一一求值,然后和之前保存的旧值进行比较。如果求值的结果变化了,就触发对应的更新,这个过程叫做digest cycle。脏检查有两个问题: 
1.任何数据变动都意味着当前作用域的每一个watcher需要被重新求值,因此当watcher的数量庞大时,应用的性能就不可避免地受到影响,并且很难优化。 
2.当数据变动时,框架并不能主动侦测到变化的发生,需要手动触发digest cycle才能触发相应的DOM 更新。Angular通过在DOM事件处理函数中自动触发digest cycle部分规避了这个问题,但还是有很多情况需要用户手动进行触发。 
Vue.js采用的则是基于依赖收集的观测机制。从原理上来说,和老牌MVVM框架Knockout是一样的。依赖收集的基本原理是: 
1.将原生的数据改造成 “可观察对象”。一个可观察对象可以被取值,也可以被赋值。 
2.在watcher的求值过程中,每一个被取值的可观察对象都会将当前的watcher注册为自3.己的一个订阅者,并成为当前watcher的一个依赖。 
4.当一个被依赖的可观察对象被赋值时,它会通知所有订阅自己的watcher重新求值,并触发相应的更新。 
依赖收集的优点在于可以精确、主动地追踪数据的变化,不存在上述提到的脏检查的两个问题。但传统的依赖收集实现,比如Knockout,通常需要包裹原生数据来制造可观察对象,在取值和赋值时需要采用函数调用的形式,在进行数据操作时写法繁琐,不够直观;同时,对复杂嵌套结构的对象支持也不理想。 

Vue.js利用了ES5的Object.defineProperty方法,直接将原生数据对象的属性改造为getter和setter,在这两个函数内部实现依赖的收集和触发,而且完美支持嵌套的对象结构。对于数组,则通过包裹数组的可变方法(比如push)来监听数组的变化。这使得操作Vue.js的数据和操作原生对象几乎没有差别[注:在添加/删除属性,或是修改数组特定位置元素时,需要调用特定的函数,如obj.$add(key, value)才能触发更新。这是受ES5的语言特性所限。],数据操作的逻辑更为清晰流畅,和第三方数据同步方案的整合也更为方便。 


图2 Vue.js的数据观测和数据绑定实现图解

组件系统 

在大型的应用中,为了分工、复用和可维护性,我们不可避免地需要将应用抽象为多个相对独立的模块。在较为传统的开发模式中,我们只有在考虑复用时才会将某一部分做成组件;但实际上,应用类 UI 完全可以看作是全部由组件树构成的: 


图3 UI = 组件树


因此,在Vue.js的设计中将组件作为一个核心概念。可以说,每一个Vue.js应用都是围绕着组件来开发的。 

注册一个Vue.js组件十分简单: 
Vue.component('my-component', {
    // 模板
    template: '<div>{{msg}} {{privateMsg}}</div>',
    // 接受参数
    props: {
        msg: String<br>    

    },
    // 私有数据,需要在函数中返回以避免多个实例共享一个对象
    data: function () {
        return {
            privateMsg: 'component!'
        }
    }
})

注册之后即可在父组件模板中以自定义元素的形式调用一个子组件: 
<my-component msg="hello"></my-component>

渲染结果: 
<div>hello component!</div>

Vue.js的组件可以理解为预先定义好了行为的ViewModel类。一个组件可以预定义很多选项,但最核心的是以下几个: 
  • 模板(template):模板声明了数据和最终展现给用户的DOM之间的映射关系。
  • 初始数据(data):一个组件的初始数据状态。对于可复用的组件来说,这通常是私有的状态。
  • 接受的外部参数(props):组件之间通过参数来进行数据的传递和共享。参数默认是单向绑定(由上至下),但也可以显式地声明为双向绑定。
  • 方法(methods):对数据的改动操作一般都在组件的方法内进行。可以通过v-on指令将用户输入事件和组件方法进行绑定。
  • 生命周期钩子函数(lifecycle hooks):一个组件会触发多个生命周期钩子函数,比如created,attached,destroyed等等。在这些钩子函数中,我们可以封装一些自定义的逻辑。和传统的MVC相比,可以理解为 Controller的逻辑被分散到了这些钩子函数中。
  • 私有资源(assets):Vue.js当中将用户自定义的指令、过滤器、组件等统称为资源。由于全局注册资源容易导致命名冲突,一个组件可以声明自己的私有资源。私有资源只有该组件和它的子组件可以调用。

除此之外,同一颗组件树之内的组件之间还可以通过内建的事件API来进行通信。Vue.js提供了完善的定义、复用和嵌套组件的API,让开发者可以像搭积木一样用组件拼出整个应用的界面。这个思路的可行性在Facebook开源的React当中也得到了印证。 

基于构建工具的单文件组件格式 

Vue.js的核心库只提供基本的API,本身在如何组织应用的文件结构上并不做太多约束。但在构建大型应用时,推荐使用Webpack+vue-loader这个组合以使针对组件的开发更高效。 

Webpack是由Tobias Koppers开发的一个开源前端模块构建工具。它的基本功能是将以模块格式书写的多个JavaScript文件打包成一个文件,同时支持CommonJS和AMD格式。但让它与众不同的是,它提供了强大的loader API来定义对不同文件格式的预处理逻辑,从而让我们可以将CSS、模板,甚至是自定义的文件格式当做JavaScript模块来使用。Webpack 基于loader还可以实现大量高级功能,比如自动分块打包并按需加载、对图片资源引用的自动定位、根据图片大小决定是否用base64内联、开发时的模块热替换等等,可以说是目前前端构建领域最有竞争力的解决方案之一。 

我在Webpack的loader API基础上开发了vue-loader插件,从而让我们可以用这样的单文件格式 (*.vue) 来书写Vue组件: 
<style>
.my-component h2 {
  color: red;
}
</style>

<template>
  <div class="my-component">
    <h2>Hello from {{msg}}</h2>
    <other-component></other-component>
  </div>
</template>

<script>
// 遵循 CommonJS 模块格式
var otherComponent = require('./other-component')

// 导出组件定义
module.exports = {
  data: function () {
    return {
      msg: 'vue-loader'
    }
  },
  components: {
    'other-component': otherComponent
  }
}
</script>

同时,还可以在*.vue文件中使用其他预处理器,只需要安装对应的Webpack loader即可: 
<style lang="stylus">
.my-component h2
  color red
</style>

<template lang="jade">
div.my-component
  h2 Hello from {{msg}}
</template>

<script lang="babel">
// 利用 Babel 编译 ES2015
export default {
  data () {
    return {
      msg: 'Hello from Babel!'
    }
  }
}
</script>

这样的组件格式,把一个组件的模板、样式、逻辑三要素整合在同一个文件中,即方便开发,也方便复用和维护。另外,Vue.js本身支持对组件的异步加载,配合Webpack的分块打包功能,可以极其轻松地实现组件的异步按需加载。 

其他特性 

Vue.js还有几个值得一提的特性: 

1.异步批量DOM更新:当大量数据变动时,所有受到影响的watcher会被推送到一个队列中,并且每个watcher只会推进队列一次。这个队列会在进程的下一个 “tick” 异步执行。这个机制可以避免同一个数据多次变动产生的多余DOM操作,也可以保证所有的DOM写操作在一起执行,避免DOM读写切换可能导致的layout。 
2.动画系统:Vue.js提供了简单却强大的动画系统,当一个元素的可见性变化时,用户不仅可以很简单地定义对应的CSS Transition或Animation效果,还可以利用丰富的JavaScript钩子函数进行更底层的动画处理。 
3.可扩展性:除了自定义指令、过滤器和组件,Vue.js还提供了灵活的mixin机制,让用户可以在多个组件中复用共同的特性。 

与Web Components的异同 

对Web Components有了解的读者看到这里可能会产生疑问:Vue.js的组件和Web Components的区别在哪里呢?这里简要地做一下分析。 

Web Components是一套底层规范,本身并不带有数据绑定、动画系统等上层功能,因此更合适的比较对象可能是Polymer。Polymer在API和功能上和Vue.js比较相似,但它对Web Components的硬性依赖使得它在浏览器支持方面有一定的问题——在不支持Web Components规范的浏览器中,需要加载庞大的polyfill,不仅在性能上会有影响,并且有些功能,比如ShadowDOM,polyfill并没有办法完美支持。同时,Web Components规范本身尚未定稿,一些具体设计上仍存在不小的分歧。相比之下,Vue.js在支持的浏览器中(IE9+)没有任何依赖。 

除此之外,在支持Web Components的环境中,我们也可以很简单地利用Web Components底层API将一个Vue.js组件封装在一个真正的自定义元素中,从而实现Vue.js组件和其他框架的无缝整合。 

总结 

在发布之初,Vue.js原本是着眼于轻量的嵌入式使用场景。在今天,Vue.js也依然适用于这样的场景。由于其轻量(22kb min+gzip)、高性能的特点,对于移动场景也有很好的契合度。更重要的是,设计完备的组件系统和配套的构建工具、插件,使得Vue.js在保留了其简洁API的同时,也已经完全有能力担当起复杂的大型应用的开发。 

从诞生起到现在的一年半历程中,Vue.js经历了一次彻底的重构,多次API的设计改进,目前已经趋于稳定,测试覆盖率长期保持在100%,GitHub Bug数量长期保持在个位数,并在世界各地都已经有公司/项目将Vue.js应用到生产环境中。在2015年晚些时候,Vue.js将发布1.0版本,敬请期待。 

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