深入理解AngularJs－scope（一）

進入正文前的說明：本文中的示例代碼並非AngularJs源碼，而是來自書籍<<Build Your Own AngularJs>>, 這本書的作者僅依賴jquery和lodash一步一步構建出AngularJs的各核心模塊，對全面理解AngularJs有非常巨大的幫助。若有正在使用AngulaJs攻城拔寨並且希望完全掌握手中武器的小伙伴，請前往 https://teropa.info/build-your-own-angular 進行購買閱讀，相信能對你理解AngularJs帶來莫大幫助，感謝作者。

在這篇文章中，希望能讓您理清楚以下幾項與scope相關的功能：

1. dirty-checking(臟檢測)核心機制，主要包括：$watch 和 $digest;
2. 幾種不同的觸發$digest循環的方式：$eval, $apply, $evalAsync, $applyAsync;
3. scope的繼承機制以及isolated scope；
4. 依賴於scope的事件循環：$on, $broadcast, $emit.

現在開始我們的第一部分：scope和dirty-checking

　　dirty-checking(臟檢測)原理簡述：scope通過$watch方法向this.$$watchers數組中添加watcher對象(包含watchFn, listenerFn, valueEq, last 四個屬性)。每當$digest循環被觸發時，它會遍歷$$watchers數組，執行watcher中的watchFn，獲取當前scope上某屬性的值(一個watcher對應scope上一個被監聽屬性)，然后去同watcher中的last(上一次的值)做比較，若兩值不相等，就執行listenerFn。

function Scope() {
    this.$$watchers = [];  // 監聽器數組
    this.$$lastDirtyWatch = null; // 每次digest循環的最后一個臟的watcher, 用於優化digest循環
    this.$$asyncQueue = []; // scope上的異步隊列
    this.$$applyAsyncQueue = []; // scope上的異步apply隊列
    this.$$applyAsyncId = null;  //異步apply信息
    this.$$postDigestQueue = []; // postDigest執行隊列
    this.$$phase = null; // 儲存scope上正在做什么,值有：digest/apply/null
    this.$root = this; // rootScope

    this.$$listeners = {}; // 存儲包含自定義事件鍵值對的對象

    this.$$children = []; // 存儲當前scope的兒子Scope,以便$digest循環遞歸
}

實際上scope就是一個普通的javascript對象，一個類構造函數，可以通過new進行實例化。根據臟檢測的原理，接下來，我們一起看看scope的$watch方法的實現。

/* $watch方法：向watchers數組中添加watcher對象，以便對應調用 */
Scope.prototype.$watch = function(watchFn, listenerFn, valueEq) {
    var self = this;

    watchFn = $parse(watchFn);

    // watchDelegate: 針對watch expression是常量和 one-time-binding的情況，進行優化。在第一次初始化之后刪除watch
    if(watchFn.$$watchDelegate) {
        return watchFn.$$watchDelegate(self, listenerFn, valueEq, watchFn);
    }
    var watcher = {
        watchFn: watchFn,
        listenerFn: listenerFn || function() {},
        valueEq: !!valueEq,
        last: initWatchVal
    };

    this.$$watchers.unshift(watcher);
    this.$root.$$lastDirtyWatch = null;

    return function() {
        var index = self.$$watchers.indexOf(watcher);
        if(index >= 0) {
            self.$$watchers.splice(index, 1);
            self.$root.$$lastDirtyWatch = null;
        }
    };
};        

$watch方法的參數：

　　watchFn－監視表達式，在使用$watch時，通常是傳入一個expression, 經過$parse服務處理后返回一個監視函數，提供動態訪問scope上屬性值的功能，可以看作 function() { return scope.someValue; }。

　　listenerFn－監聽函數，當$digest循環dirty時（即scope上$$watchers數組中有watcher監測到屬性值變化時），執行的回調函數。

　　valueEq－是否全等監視，布爾值，valueEq默認為false，此時$watch對監視對象進行“引用監視”，如果被監視的表達式是原始數據類型，$watch能夠發現改變。如果被監視的表達式是引用類型，由於引用類型的賦值只是將被賦值變量指向當前引用，故$watch認為沒有改變。若需要對引用類型進行監視，則需要將valueEq設置為true，這是$watch會對被監視對象進行“全等監視”，在每次比較前會用angular.copy()對被監視對象進行深拷貝，然后用angular.equal()進行比對。雖然“全等監視”能夠監視到所有改變，但如果被監視對象很大，性能肯定會大打折扣。所以應該根據實際情況來使用valueEq。

從代碼中能夠看出，$watch的功能其實非常簡單，就是構造watcher對象，並將watcher對象插入到scope.$$watchers數組中，然后返回一個銷毀當前watcher的函數。

 

接下來進入到臟檢測最核心的部分：$digest循環

　　《Build your own AngularJs》的作者將$digest分成了兩個函數：$digestOnce 和 $digest。這雖然不用與框架源碼，但能夠使代碼更易理解。兩個函數實際上分別對應了$digest的內層循環和外層循環。代碼如下：

內層循環

Scope.prototype.$$digestOnce = function() {
            var dirty;
            var continueLoop =  true;
            var self = this;

            this.$$everyScope(function(scope) {
                var newValue, oldValue;

                _.forEachRight(scope.$$watchers, function(watcher) {
                    try {
                        if(watcher) {
                            newValue = watcher.watchFn(scope);
                            oldValue = watcher.last;

                            if(!scope.$$areEqual(newValue, oldValue, watcher.valueEq)) {
                                scope.$root.$$lastDirtyWatch = watcher;

                                watcher.last = (watcher.valueEq ? _.cloneDeep(newValue) : newValue);
                                
                                watcher.listenerFn(newValue,
                                    (oldValue === initWatchVal? newValue : oldValue), scope);
                                dirty = true;
                            } else if(scope.$root.$$lastDirtyWatch === watcher) {
                                continueLoop = false;
                                return false;
                            }
                        }
                    } catch(e) {
                        console.error(e);
                    }
                });
                return continueLoop;
            });

            return dirty;
        };

　　代碼中，$$everyScope是遞歸childScope執行回調函數的工具方法，后面會貼出。

　　$digestOnce的核心邏輯就在$$everyScope方法的循環體內，即遍歷scope.$$watchers, 比對新舊值，根據比對結果確定是否執行listenerFn,並向listenerFn中傳入newValue, oldValue, scope供開發者獲取。

　　示例代碼第18行，watcher.last的賦值證實了上文提到的$watch的第三個參數valueEq的作用。

　　示例代碼第23行，由於$digest循環會一直運行直到沒有dirty watcher時，故單次$digest循環通過緩存最后一個dirty的watcher，在下一次$digest循環時如果遇到$$lastDirtyWatcher就停止當前循環。這樣做減少了遍歷watcher的數量，優化了性能。

 

 外層循環

　　在我們的示例中，外層循環即由 $digest來控制。$digest函數主要由do while循環體內調用$digestOnce進行臟檢測 以及 對其他一些異步操作的處理組成。代碼如下：

// digest循環的外循環，保持循環直到沒有臟值為止
        Scope.prototype.$digest = function() {
            var ttl = TTL;
            var dirty;
            this.$root.$$lastDirtyWatch = null;

            this.$beginPhase('$digest');

            if(this.$root.$$applyAsyncId) {
                clearTimeout(this.$root.$$applyAsyncId);
                this.$$flushApplyAsync();
            }

            do {
                while (this.$$asyncQueue.length) {
                    try {
                        var asyncTask = this.$$asyncQueue.shift();
                        asyncTask.scope.$eval(asyncTask.expression);
                    } catch(e) {
                        console.error(e);
                    }
                }

                dirty = this.$$digestOnce();

                if((dirty || this.$$asyncQueue.length) && !(ttl--)) {
                    this.$clearPhase();
                    throw TTL + ' digest iterations reached';
                }
            } while (dirty || this.$$asyncQueue.length);
            this.$clearPhase();

            while(this.$$postDigestQueue.length) {
                try {
                    this.$$postDigestQueue.shift()();
                } catch(e) {
                    console.error(e);
                }
            }
        };

　　在這一節中我們的主要關注點是臟檢測，異步任務相關的$$applyAsync，$$flushApplyAsync，$$asyncQueue，$$postDigestQueue之后再做分析。

　　示例代碼第24行，調用$$digestOnce，並把返回值賦值給dirty。在do while循環中，只要dirty為true，那么循環就會一直執行下去，直到dirty的值為 false。這就是臟檢測機制的外層循環的實現，是不是覺得其實很簡單呢，嘿嘿。

　　設想一下，某些值可能會在listenerFn中持續被改變並且，無法穩定下來，那勢必會出現死循環。為了解決這個問題，AngularJs使用 TTL(time to live)來對循環次數進行控制，超過最大次數，就會throw錯誤 並 告訴開發者循環可能永遠不會穩定。

　　現在我們把注意力移到代碼第26行的 if 代碼塊上，不難看出，這里是對最大$digest循環次數進行了限制，每執行一次do while循環的循環體，TTL就會自減1。當TTL值為0，再進行循環就會報錯。當然咯，這個TTL的值也是能夠進行配置的。

　現在，相信小伙伴們對$digest循環已經比較清楚了吧～簡單來說，dirty-checking就是依賴緩存在scope上的$$watchers和$digest循環來對值進行監聽的。有了$digest，當然還需要有手段去觸發它咯。

接下來，我們將進入第二部分：觸發$digest循環 和 異步任務處理　

  $eval

　　說到觸發$digest循環，大部分同學都會想到$apply。要說$apply就需要先說說$eval。

　　$eval使我們能夠在scope的context中執行一段表達式，並允許傳入locals object對當前scope context進行修改。

　　tip：$parse服務能夠接受一個表達式或者函數作為參數，經過處理返回一個函數供開發者調用。這個函數有兩個參數context object(通常就是scope)，locals object(本地對象，常用來覆蓋context中的屬性)。

Scope.prototype.$eval = function(expr, locals) {
    return $parse(expr)(this, locals);
};

  

  $apply

　　$apply 方法接收一個expression或者function作為參數，$apply通過$eval函數執行傳入的expression 或 function。最終從$rootScope上觸發$digest循環。

　　$apply 被認為是 使AngularJs與第三方庫混合使用最標准的方式。初學者朋友剛開始都會遇到用第三方庫修改了scope上的屬性或者被watch的屬性，但並沒有觸發$digest循環，導致雙向綁定失效的問題。此時，$apply就是解決這種情況的良葯！

Scope.prototype.$apply = function(expr) {
    try {
        this.$beginPhase('$apply');
        return this.$eval(expr);
    } finally {
        this.$clearPhase();
        this.$root.$digest();
    }
};    

　　$apply本質上，就是用$eval執行了一段表達式，再調用rootScope的$digest方法。

　　有時候，當我們能夠確定我們不需要從rootScope開始進行$digest循環時，我可以調用scope.digest() 來代替 $apply，這樣能夠帶來性能的提升。

 $evalAsync

　　$evalAsync 用於延遲執行一段表達式。通常我們更習慣使用$timeout服務來進行代碼的延遲執行，但$timeout會將執行控制權交給瀏覽器，如果瀏覽器同時還需要執行諸如 ui渲染／事件控制／ajax 等任務時，我們代碼延遲執行的時機就會變得非常不可控。

　　我們來看看$evalAsync是如何讓代碼延遲執行的時機變得嚴格，可控的。

Scope.prototype.$evalAsync = function(expr) {
    var self = this;
    if(!self.$$phase && !self.$$asyncQueue.length) {
        setTimeout(function() {
            if(self.$$asyncQueue.length) {
                self.$root.$digest();
            }
        }, 0);
    }

    this.$$asyncQueue.push({
        scope: this,
        expression: expr
    });
};

　　$evalAsync方法的主要功能是從代碼第11行開始，向$$asyncQueeu中添加對象。$$asyncQueue隊列的執行是在$digest的do while循環中進行的。

while (this.$$asyncQueue.length) {
    try {
        var asyncTask = this.$$asyncQueue.shift();
        asyncTask.scope.$eval(asyncTask.expression);
    } catch(e) {
        console.error(e);
    }
}

　　$evalAsync的代碼會在正在運行的$digest循環中被執行，如果當前沒有正在運行的$digest循環，會自己延遲觸發一個$digest循環來執行延遲代碼。

 $applyAsync

　　$applyAsync用於合並短時間內多次$digest循環，優化應用性能。

　　在日常開發工作中，常常會遇到要短時間內接收若干http響應，同時觸發多次$digest循環的情況。使用$applyAsync可合並若干次$digest，優化性能。

/* 這個方法用於 知道需要在短時間內多次使用$apply的情況，
    能夠對短時間內多次$digest循環進行合並，
    是針對$digest循環的優化策略
    */
Scope.prototype.$applyAsync = function(expr) {
    var self = this;
    self.$$applyAsyncQueue.push(function() {
        self.$eval(expr);
    });

    if(self.$root.$$applyAsyncId === null) {
        self.$root.$$applyAsyncId = setTimeout(function() {
            self.$apply(_.bind(self.$$flushApplyAsync, self));
        }, 0);
    }
};

 

  $$postDigest

　　$$postDigest方法提供了在下一次digest循環后執行代碼的方式，這個方法的前綴是"$$"，是一個AngularJs內部方法，應用開發極少用到。

　　此方法不自主觸發$digest循環，而是在別處產生$digest循環之后執行。

/* $$postDigest 用於在下一次digest循環后執行函數隊列 
    不同於applyAsync 和 evalAsync, 它不觸發digest循環
    */
Scope.prototype.$$postDigest =  function(fn) {
    this.$$postDigestQueue.push(fn);
};

到這里，我們對臟檢測的原理，即它的工作機制就了解的差不多了。希望這些知識能夠幫助你更好的應用AngularJs來開發，能夠更輕松地定位錯誤。

下一章，我會繼續為大家介紹文章開頭提到的另外兩處scope相關的特性。篇幅較長，感謝您的耐心閱讀～