开发无框架单页面应用 -- 老码农的祖传秘方

泡在网上的日子 / 文 发表于2015-11-17 17:15 次阅读 框架,单页面

什么是单页面应用(SPA)?

维基百科上的描述是这样的:

“A single-page application (SPA), is a web application or web site
that fits on a single web page with the goal of providing a more
fluid user experience akin to a desktop application.”

也就是说,单页面应用是仅包含单个网页的应用,目的是为了提供类似于本地应用的流畅用户体验。

需不需要框架?

要实现单页面应用,现在已经有很多现成的框架了,比如AngularJS, Ember.js, Backbone.js等等。它们都是很全面的开发平台,为单页面应用开发提供了必需的页面模板、路径解析和处理、后台服务api访问、DOM操作等功能。

事实上,现代的web应用开发基本都离不开一个甚至多个框架,开发无框架应用的想法听起来蛮不靠谱的,对吧?

但是我总觉得现在是时候抛弃框架了。前两年我都在用 AngularJS 做开发,可以说已经比较熟悉它了,我的第一个单页面应用就是在 AngularJS 的启发下做出来的。框架曾经是我的挚爱。

但是现在每次看着它们那庞大臃肿的身躯和晦涩的语法,我都会想到诸葛亮的那句名言:“好累,感觉不会再爱了”。还有不同框架下各种工具、插件难以混用的现状,让我不得不经常需要自己写原生代码解决很多问题。时间长了,我自然冒出一个想法:“为啥不干脆抛弃框架,直接写原生代码呢?毕竟,框架也是原生代码写出来的嘛。”

怎么实现无框架SPA?

在微博里表达了这个想法之后,有不少朋友提出了各种意见和建议,我非常感谢。其中还有个小朋友评论道:“我看到了一个从大型机到web的大叔,在抠性能[偷笑]这是职业病嘛。”。看到这条评论,我含笑不语。

这种职业病在我们从90年代过来的老码农里还是比较普遍的,当年内存64K,磁盘360K,必须精打细算才能过日子。1个byte要掰成2个4位用,链表要自己实现,每一K内存里放了啥都门清。后来工作了,在ES/9000上做开发,系统资源也是非常金贵的。

记得有一次我们单位因为某个数据库应用系统吃内存太厉害,找IBM加了128M内存,一下子就花了60多万人民币,60多万哪!当时我的心在滴血:“把钱给我一半,我帮你们优化一下,省下这些内存行不?”。后来有机会瞻仰了一下那个系统的代码,我滴个妈呀,无数的join操作,当时骂娘的心都有了,但代码是我们部门一位元老写的,我一个新来的菜鸟惹不起...

总之,那时写代码是艺术,现在有的同学动不动就把一堆东西全load到内存里,反正内存不够了就加,这不是败家子么!哼!(老码农倚老卖老,不能算新闻)

好了,一不小心扯远了,还是说单页面应用的事情。

总之,无框架单页面应用看似可行,但难度有多大?我还是心里没底,需要一点理论依据给自己壮胆。所以我就在网上到处寻摸了一番,偶然找到了这篇 Google 工程师 Joe Gregorio 写的文章《别再用JS框架了》,里面的分析有一种与我心有戚戚的感觉,看完还给它翻译成中文了。

不过,他提出的方法是更超前的,例如 imports 和 Polymer,我曾经试过,印象中只有 Google 的 Chrome Canary 才有支持,而且要先在选项中打开一些试验功能,浏览器会变得不那么稳定。X-Tag 和 Bosonic 也要依赖于一个小的库。而我想做的是现在的浏览器就已经能支持的功能,用原生代码来实现。所以他这篇文章只能让我坚定方向,但是具体的做法还得靠自己去发现。

后来又看了几篇比较偏学术的文章,例如这篇 Mixu 写的《Single page apps in depth》,对我也不太适用。他的模板都需要先编译为JS对象存放,和 AngularJS 的方法类似,但我觉得在一个小规模应用里应该有更加优雅的实现方法。

找了好几天文档,我突然意识到自己浪费了不少时间。所谓理论依据应该是高层次的,解决可行性的问题,剩下的就是自己去想办法实现了。可行性不是明摆着的嘛,那么多框架不也是用原生代码实现的么?

想到这儿,我就开始自己尝试了。前后一共只花了两三天时间,写出来一共一两百行JS,就基本解决了问题。其实把代码写完了回顾一下,这些方法都算不上什么创新,都是标准的东西而已。肯定有别人也这么做了,只是我不知道而已吧。

可能有读者看到这儿不耐烦了:“Talk is cheap. Show me the code.” 好吧,下面就是代码的描述。

老码农的实现方法

基础对象

首先是定义缺省的两个页面片段(缺省页面和出错页面,这两个页面是基础功能,所以放在库里)相关代码,对每个片段对应的url(例如 home)定义一个同名的对象,里面存放了对应的 html 片段文件路径、初始化方法。

var home = {};            //default partial page, which will be loaded initially
home.partial = "lib/home.html";
home.init = function(){   //bootstrap method
                          //nothing but static content only to render
}

var notfound = {};               //404 page
notfound.partial = "lib/404.html";
notfound.init = function(){
    alert('URL does not exist. please check your code.');
}

随后是全局变量,包含了 html 片段代码的缓存、局部刷新所在 div 的 DOM 对象和向后端服务请求返回的根数据(rootScope,初始化时未出现,在后面的方法中才会用到):

var settings = {};               //global parameters
settings.partialCache = {};      //cache for partial pages
settings.divDemo = document.getElementById("demo");      //div for loading partials, defined in index.html

主程序

下面就是主程序了,所有的公用方法打包放到一个对象 miniSPA 中,这样可以避免污染命名空间:

// Main Object here
var miniSPA = {};

然后是 changeUrl 方法,对应在 index.html 中有如下触发定义:

<body onhashchange="miniSPA.changeUrl();">

onhashchange 是在location.hash发生改变的时候触发的事件,能够通过它获取局部 url 的改变。在 index.html 中定义了如下的链接:

    <h1> Demo Contents:</h1>
    <a href="#home">Home (Default)</a>
    <a href="#postMD">POST request</a>
    <a href="#getEmoji">GET request</a>
    <a href="#wrong">Invalid url</a>
    <div id="demo"></div>

每个 url 都以 # 号开头,这样就能被 onhashchange 事件抓取到。最后的 div 就是局部刷新的 html 片段嵌入的位置。

miniSPA.changeUrl = function() {          //handle url change
    var url = location.hash.replace('#','');
    if(url === ''){
        url = 'home';           //default page
    }
    if(! window[url]){
        url = "notfound";
    }
    miniSPA.ajaxRequest(window[url].partial, 'GET', '',function(status, page){
        if(status == 404){
            url = 'notfound';       //404 page
            miniSPA.ajaxRequest(window[url].partial,'GET','',function(status, page404){
                settings.divDemo.innerHTML = page404;
                miniSPA.initFunc(url);              //load 404 controller
            });
        }
        else{
            settings.divDemo.innerHTML = page;
            miniSPA.initFunc(url);              //load url controller
        }
    });
}

上面的代码先获取改变后的 url,先通过 window[url] 找到对应的对象(类似于最上部定义的 home 和 notfound),如对象不存在(无定义的路径)则转到 404 处理,否则通过 ajaxRequest 方法获取 window[url].partial 中定义的 html 片段并加载到局部刷新的div,并执行 window[url].init 初始化方法。

ajaxRequest 方法主要是和后端的服务进行交互,通过 XMLHttpRequest 发送请求( GET 或 POST),如果获取的是 html 片段就把它缓存到 settings.partialCache[url] 里,因为 html 片段是相对固定的,每次请求返回的内容不会变化。如果是其他请求(比如向 Github 的 markdown 服务 POST 一个字符串)就不能缓存了。

miniSPA.ajaxRequest = function(url, method, data, callback) {    //load partial page
    if(settings.partialCache[url]){
        callback(200, settings.partialCache[url]);
    }
    else {
        var xmlhttp;
        if(window.XMLHttpRequest){
            xmlhttp = new XMLHttpRequest();
            xmlhttp.open(method, url, true);
            if(method === 'POST'){
                xmlhttp.setRequestHeader("Content-type","application/x-www-form-urlencoded");
            }
            xmlhttp.send(data);
            xmlhttp.onreadystatechange = function(){
                if(xmlhttp.readyState == 4){
                    switch(xmlhttp.status) {
                        case 404:                             //if the url is invalid, show the 404 page
                            url = 'notfound';
                            break;
                        default:
                            var parts = url.split('.');
                            if(parts.length>1 && parts[parts.length-1] == 'html'){         //only cache static html pages
                                settings.partialCache[url] = xmlhttp.responseText;        //cache partials to improve performance
                            }
                    }
                    callback(xmlhttp.status, xmlhttp.responseText);
                }
            }
        }
        else{
            alert('Sorry, your browser is too old to run this app.')
            callback(404, {});
        }
    }
}

对于不支持 XMLHttpRequest 的浏览器(主要是 IE 老版本),本来是可以在 else 里加上 xmlhttp = new ActiveXObject('Microsoft.XMLHTTP'); 的,不过,我手头也没有那么多老版本 IE 用于测试,而且老版本 IE 本来就是我深恶痛绝的东西,凭什么要支持它啊?所以就干脆直接给个 alert 完事。

render 方法一般在每个片段的初始化方法中调用,它会设定全局变量中的根对象,并通过 refresh 方法渲染 html 片段。

miniSPA.render = function(url){
    settings.rootScope = window[url];
    miniSPA.refresh(settings.divDemo, settings.rootScope);
}

获取后端数据后,如何渲染 html 片段是个比较复杂的问题。这就是 DOM 操作了。总体思想就是从 html 片段的根部入手,遍历 DOM 树,逐个替换属性和文本中的占位变量(例如<img src="emojis.value"> 和 <p>{{emojis.key}}</p>),匹配和替换是在 feedData() 方法中完成的。

对于 img 元素,src 属性一开始是未知的,也不能直接把变量定义到它里面,不然浏览器会报404错误,虽然不影响用户使用,但对于代码来说总归是不好看的。所以需要在获取了 data-src 属性值后再复制到 src 中去,这样一开始 src 属性是空的,就不会报错了。

这里最麻烦的是 data-repeat 属性,这是为了批量渲染格式相同的一组元素用的。比如从 Github 获取了全套的 emoji 表情,共计 888 个(也许下次升级到1000个),就需要渲染 888 个元素,把 888 个图片及其说明放到 html 片段中去。而 html 片段中对此只有一条定义:

    <ul>
        <li data-repeat="emojis" data-item="data">
            <figure>
                <img data-src='{{data.value}}' width='100' height='100'>
                <figcaption>{{data.key}}</figcaption>
            </figure>
        </li>
    </ul>

等 888 个 emoji 表情来了之后,就要自动把 <li> 元素扩展到 888 个。这就需要先 clone 定义好的元素,然后根据后台返回的数据逐个替换元素中的占位变量。

miniSPA.refresh = function(node, scope) {
    var children = node.childNodes;
    if(node.nodeType != 3){                            //traverse child nodes, Node.TEXT_NODE == 3
        for(var k=0; k<node.attributes.length; k++){
            node.setAttribute(node.attributes[k].name, miniSPA.feedData(node.attributes[k].value, scope));       //replace variables defined in attributes
        }
        if(node.hasAttribute('data-src')){
            node.setAttribute('src',node.getAttribute('data-src'));             //replace src attribute
        }
        var childrenCount = children.length;
        for(var j=0; j<childrenCount; j++){
            if(children[j].nodeType != 3 && children[j].hasAttribute('data-repeat')){     //handle repeat items
                var item = children[j].dataset.item;
                var repeat = children[j].dataset.repeat;
                children[j].removeAttribute('data-repeat');
                var repeatNode = children[j];
                for(var prop in scope[repeat]){
                    repeatNode = children[j].cloneNode(true);                  //clone sibling nodes for the repeated node
                    node.appendChild(repeatNode);
                    var repeatScope = scope;
                    var obj = {};
                    obj.key = prop;
                    obj.value = scope[repeat][prop];                           //add the key/value pair to current scope
                    repeatScope[item] = obj;
                    miniSPA.refresh(repeatNode,repeatScope);                           //iterate over all the cloned nodes
                }
                node.removeChild(children[j]);                                 //remove the empty template node
            }
            else{
                miniSPA.refresh(children[j],scope);                                    //not for repeating, just iterate the child node
            }
        }
    }
    else{
        node.textContent = miniSPA.feedData(node.textContent, scope);           //replace variables defined in the template
    }
}

从上面的代码可以看到,refresh 方法是一个递归执行的函数,每次处理当前 node 之后,还会递归处理所有的孩子节点。通过这种方式,就能把模板中定义的所有元素的占位变量都替换为真实数据。

feedData 用来替换文本节点中的占位变量。它通过正则表达式获取{{...}}中的内容,并把多级属性(例如data.map.value)切分开,逐级循环处理,直到最底层获得相应的数据。

miniSPA.feedData = function(template, scope){                                     //replace variables with data in current scope
    return template.replace(/\{\{([^}]+)\}\}/gmi, function(model){
        var properties = model.substring(2,model.length-2).split('.');          //split all levels of properties
        var result = scope;
        for(var n in properties){
            if(result){
                switch(properties[n]){                  //move down to the deserved value
                    case 'key':
                        result = result.key;
                        break;
                    case 'value':
                        result = result.value;
                        break;
                    case 'length':                     //get length from the object
                        var length = 0;
                        for(var x in result) length ++;
                        result = length;
                        break;
                    default:
                        result = result[properties[n]];
                }
            }
        }
        return result;
    });
}

initFunc 方法的作用是解析片段对应的初始化方法,判断其类型是否为函数,并执行它。这个方法是在 changeUrl 方法里调用的,每次访问路径的变化都会触发相应的初始化方法。

miniSPA.initFunc = function(partial) {                            //execute the controller function responsible for current template
    var fn = window[partial].init;
    if(typeof fn === 'function') {
        fn();
    }
}

最后是 miniSPA 库自身的初始化。很简单,就是先获取 404.html 片段并缓存到 settings.partialCache.notfound中,以便在路径变化时使用。当路径不合法时,就会从缓存中取出404片段并显示在局部刷新的 div 中。

miniSPA.ajaxRequest('lib/404.html', 'GET','',function(status, partial){
    settings.partialCache.notfound = partial;
});        //cache 404 page first

好了,核心的代码就是这么多。整个 js 文件才区区 155 行,比起那些动辄几万行的框架是不是简单得不能再简单了?

有了上面的 miniSPA.js 代码以及配套的 404.html 和 home.html,并把它们打包放在 lib 目录下,下面就可以来看我的应用里有啥内容。

应用代码

说到应用那就更简单了,app.js 一共30行,实现了一个 GET 和一个 POST 访问。

首先是 getEmoji 对象,定义了一个 html 片段文件路径和一个初始化方法。初始化方法中分别调用了 miniSPA 中的ajaxRequest 方法(用于获取 Github API 提供的 emoji 表情数据, JSON格式)和 render 方法(用来渲染对应的 html 片段)。

var getEmoji = {};
getEmoji.partial = "getEmoji.html"
getEmoji.init = function(){
    document.getElementById('spinner').style.visibility = 'visible';
    document.getElementById('content').style.visibility = 'hidden';
    miniSPA.ajaxRequest('https://api.github.com/emojis','GET','',function(status, partial){
        getEmoji.emojis = JSON.parse(partial);
        miniSPA.render('getEmoji');         //render related partial page with data returned from the server
        document.getElementById('content').style.visibility = 'visible';
        document.getElementById('spinner').style.visibility = 'hidden';
    });
}

然后是 postMD 对象,它除了 html 片段文件路径和初始化方法(因为初始化不需要获取外部数据,所以只需要调用render 方法就可以了)之外,重点在于 submit 方法。submit 会把用户提交的输入文本和其他两个选项打包 POST 给 Github 的 markdown API,并获取后台解析标记返回的 html。

var postMD = {};
postMD.partial = "postMD.html";
postMD.init = function(){
    miniSPA.render('postMD');               //render related partial page
}
postMD.submit = function(){
    document.getElementById('spinner').style.visibility = 'visible';
    var mdText = document.getElementById('mdText');
    var md = document.getElementById('md');
    var data = '{"text":"'+mdText.value.replace(/\n/g, '<br>')+'","mode": "gfm","context": "github/gollum"}';
    miniSPA.ajaxRequest('https://api.github.com/markdown', 'POST', data,function(status, page){
        document.getElementById('spinner').style.visibility = 'hidden';
        md.innerHTML = page;                //render markdown partial returned from the server
    });
    mdText.value = '';
}
miniSPA.changeUrl();                        //initialize

这两个对象对应的 html 片段如下:

getEmoji.html :

<h2>GET request: Fetch emojis from Github pulic API.</h2>
<p> This is a list of emojis get from https://api.github.com/emojis: </p>
<i id="spinner" class="csspinner duo"></i>
<span id="content">
    <h4>Get <strong class="highlight">{{emojis.length}}</strong> items totally.</h4>
    <hr>
    <ul>
        <li data-repeat="emojis" data-item="data">
            <figure>
                <img data-src='{{data.value}}' width='100' height='100'>
                <figcaption>{{data.key}}</figcaption>
            </figure>
        </li>
    </ul>
</span>

postMD.html :

<h2> POST request: send MD text and get rendered HTML</h2>
<p> markdown text here (for example:  <strong>Hello world github/linguist#1 **cool**, and #1! </strong>): </p>
<textarea id="mdText" cols="80" rows="6"></textarea>
<button onclick="postMD.submit();">submit</button>
<hr>
<h4>Rendered elements from Github API (https://api.github.com/markdown):</h4>
<i id="spinner" class="csspinner duo"></i>
<div id="md"></div>

演示地址

以上代码的在线演示可以在 我的 Github 项目页面 看到。

以上演示代码已经在 Chrome, Firefox, Safari 和 Opera 较新版本上测试过。IE 9 以上版本估计也可以,不过没测过。

另外,这些代码还有不少值得优化的地方,不过时间有限,主要是为了达到演示目的,所以暂时就不去改它了。

原文出处:framework-free-single-page-app 

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