angularjs 源码解析之scope

简介

在ng的生态中scope处于一个核心的地位，ng对外宣称的双向绑定的底层其实就是scope实现的，本章主要对scope的watch机制、继承性以及事件的实现作下分析。

监听

1. $watch

1.1 使用

// $watch: function(watchExp, listener, objectEquality)

var unwatch = $scope.$watch('aa', function () {}, isEqual);

使用过angular的会经常这上面这样的代码，俗称“手动”添加监听，其他的一些都是通过插值或者directive自动地添加监听，但是原理上都一样。

1.2 源码分析

function(watchExp, listener, objectEquality) {
 var scope = this,
   // 将可能的字符串编译成fn
   get = compileToFn(watchExp, 'watch'),
   array = scope.$$watchers,
   watcher = {
    fn: listener,
    last: initWatchVal,  // 上次值记录，方便下次比较
    get: get,
    exp: watchExp,
    eq: !!objectEquality // 配置是引用比较还是值比较
   };

 lastDirtyWatch = null;

 if (!isFunction(listener)) {
  var listenFn = compileToFn(listener || noop, 'listener');
  watcher.fn = function(newVal, oldVal, scope) {listenFn(scope);};
 }

 if (!array) {
  array = scope.$$watchers = [];
 }
 
 // 之所以使用unshift不是push是因为在 $digest 中watchers循环是从后开始
 // 为了使得新加入的watcher也能在当次循环中执行所以放到队列最前
 array.unshift(watcher);

 // 返回unwatchFn, 取消监听
 return function deregisterWatch() {
  arrayRemove(array, watcher);
  lastDirtyWatch = null;
 };
}

从代码看 $watch 还是比较简单，主要就是将 watcher 保存到 $$watchers 数组中

2. $digest

当 scope 的值发生改变后，scope是不会自己去执行每个watcher的listenerFn，必须要有个通知，而发送这个通知的就是 $digest

2.1 源码分析

整个 $digest 的源码差不多100行，主体逻辑集中在【脏值检查循环】(dirty check loop) 中， 循环后也有些次要的代码，如 postDigestQueue 的处理等就不作详细分析了。

脏值检查循环，意思就是说只要还有一个 watcher 的值存在更新那么就要运行一轮检查，直到没有值更新为止，当然为了减少不必要的检查作了一些优化。

代码：

// 进入$digest循环打上标记，防止重复进入
beginPhase('$digest');

lastDirtyWatch = null;

// 脏值检查循环开始
do {
 dirty = false;
 current = target;

 // asyncQueue 循环省略

 traverseScopesLoop:
 do {
  if ((watchers = current.$$watchers)) {
   length = watchers.length;
   while (length--) {
    try {
     watch = watchers[length];
     if (watch) {
      // 作更新判断，是否有值更新，分解如下
      // value = watch.get(current), last = watch.last
      // value !== last 如果成立，则判断是否需要作值判断 watch.eq?equals(value, last)
      // 如果不是值相等判断，则判断 NaN的情况，即 NaN !== NaN
      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;
       // 记录这个循环中哪个watch发生改变
       lastDirtyWatch = watch;
       // 缓存last值
       watch.last = watch.eq ? copy(value, null) : value;
       // 执行listenerFn(newValue, lastValue, scope)
       // 如果第一次执行，那么 lastValue 也设置为newValue
       watch.fn(value, ((last === initWatchVal) ? value : last), current);
       
       // ... watchLog 省略 
       
       if (watch.get.$$unwatch) stableWatchesCandidates.push({watch: watch, array: watchers});
      } 
      // 这边就是减少watcher的优化
      // 如果上个循环最后一个更新的watch没有改变，即本轮也没有新的有更新的watch
      // 那么说明整个watches已经稳定不会有更新，本轮循环就此结束，剩下的watch就不用检查了
      else if (watch === lastDirtyWatch) {
       dirty = false;
       break traverseScopesLoop;
      }
     }
    } catch (e) {
     clearPhase();
     $exceptionHandler(e);
    }
   }
  }

  // 这段有点绕，其实就是实现深度优先遍历
  // A->[B->D,C->E]
  // 执行顺序 A,B,D,C,E
  // 每次优先获取第一个child，如果没有那么获取nextSibling兄弟，如果连兄弟都没了，那么后退到上一层并且判断该层是否有兄弟，没有的话继续上退，直到退到开始的scope，这时next==null，所以会退出scopes的循环
  if (!(next = (current.$$childHead ||
    (current !== target && current.$$nextSibling)))) {
   while(current !== target && !(next = current.$$nextSibling)) {
    current = current.$parent;
   }
  }
 } while ((current = next));

 // break traverseScopesLoop 直接到这边

 // 判断是不是还处在脏值循环中，并且已经超过最大检查次数 ttl默认10
 if((dirty || asyncQueue.length) && !(ttl--)) {
  clearPhase();
  throw $rootScopeMinErr('infdig',
    '{0} $digest() iterations reached. Aborting!\n' +
    'Watchers fired in the last 5 iterations: {1}',
    TTL, toJson(watchLog));
 }

} while (dirty || asyncQueue.length); // 循环结束

// 标记退出digest循环
clearPhase();

上述代码中存在3层循环

第一层判断 dirty，如果有脏值那么继续循环

do {

  // ...

} while (dirty)

第二层判断 scope 是否遍历完毕，代码翻译了下，虽然还是绕但是能看懂

do {

    // ....

    if (current.$$childHead) {
      next =  current.$$childHead;
    } else if (current !== target && current.$$nextSibling) {
      next = current.$$nextSibling;
    }
    while (!next && current !== target && !(next = current.$$nextSibling)) {
      current = current.$parent;
    }
} while (current = next);

第三层循环scope的 watchers

length = watchers.length;
while (length--) {
  try {
    watch = watchers[length];
   
    // ... 省略

  } catch (e) {
    clearPhase();
    $exceptionHandler(e);
  }
}

3. $evalAsync

3.1 源码分析

$evalAsync用于延迟执行，源码如下：

function(expr) {
 if (!$rootScope.$$phase && !$rootScope.$$asyncQueue.length) {
  $browser.defer(function() {
   if ($rootScope.$$asyncQueue.length) {
    $rootScope.$digest();
   }
  });
 }

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

通过判断是否已经有 dirty check 在运行，或者已经有人触发过$evalAsync

if (!$rootScope.$$phase && !$rootScope.$$asyncQueue.length)
$browser.defer 就是通过调用 setTimeout 来达到改变执行顺序 

$browser.defer(function() {
 //...   
});

如果不是使用defer，那么

function (exp) {
 queue.push({scope: this, expression: exp});

 this.$digest();
}

scope.$evalAsync(fn1);
scope.$evalAsync(fn2);

// 这样的结果是
// $digest() > fn1 > $digest() > fn2
// 但是实际需要达到的效果：$digest() > fn1 > fn2

上节 $digest 中省略了了async 的内容，位于第一层循环中

while(asyncQueue.length) {
 try {
  asyncTask = asyncQueue.shift();
  asyncTask.scope.$eval(asyncTask.expression);
 } catch (e) {
  clearPhase();
  $exceptionHandler(e);
 }
 lastDirtyWatch = null;
}

简单易懂，弹出asyncTask进行执行。

不过这边有个细节，为什么这么设置呢？原因如下，假如在某次循环中执行到watchX时新加入1个asyncTask，此时会设置 lastDirtyWatch=watchX，恰好该task执行会导致watchX后续的一个watch执行出新值，如果没有下面的代码，那么下个循环到 lastDirtyWatch (watchX)时便跳出循环，并且此时dirty==false。

lastDirtyWatch = null;

还有这边还有一个细节，为什么在第一层循环呢？因为具有继承关系的scope其 $$asyncQueue 是公用的，都是挂载在root上，故不需要在下一层的scope层中执行。

2. 继承性

scope具有继承性，如 $parentScope, $childScope 两个scope，当调用 $childScope.fn 时如果 $childScope 中没有 fn 这个方法，那么就是去 $parentScope上查找该方法。

这样一层层往上查找直到找到需要的属性。这个特性是利用 javascirpt 的原型继承的特点实现。

源码：

function(isolate) {
 var ChildScope,
   child;

 if (isolate) {
  child = new Scope();
  child.$root = this.$root;
  // isolate 的 asyncQueue 及 postDigestQueue 也都是公用root的，其他独立
  child.$$asyncQueue = this.$$asyncQueue;
  child.$$postDigestQueue = this.$$postDigestQueue;
 } else {
  if (!this.$$childScopeClass) {
   this.$$childScopeClass = function() {
    // 这里可以看出哪些属性是隔离独有的，如$$watchers, 这样就独立监听了，
    this.$$watchers = this.$$nextSibling =
      this.$$childHead = this.$$childTail = null;
    this.$$listeners = {};
    this.$$listenerCount = {};
    this.$id = nextUid();
    this.$$childScopeClass = null;
   };
   this.$$childScopeClass.prototype = this;
  }
  child = new this.$$childScopeClass();
 }
 // 设置各种父子，兄弟关系，很乱！
 child['this'] = child;
 child.$parent = this;
 child.$$prevSibling = this.$$childTail;
 if (this.$$childHead) {
  this.$$childTail.$$nextSibling = child;
  this.$$childTail = child;
 } else {
  this.$$childHead = this.$$childTail = child;
 }
 return child;
}

代码还算清楚，主要的细节是哪些属性需要独立，哪些需要基础下来。

最重要的代码：

this.$$childScopeClass.prototype = this;

就这样实现了继承。

3. 事件机制

3.1 $on

function(name, listener) {
 var namedListeners = this.$$listeners[name];
 if (!namedListeners) {
  this.$$listeners[name] = namedListeners = [];
 }
 namedListeners.push(listener);

 var current = this;
 do {
  if (!current.$$listenerCount[name]) {
   current.$$listenerCount[name] = 0;
  }
  current.$$listenerCount[name]++;
 } while ((current = current.$parent));

 var self = this;
 return function() {
  namedListeners[indexOf(namedListeners, listener)] = null;
  decrementListenerCount(self, 1, name);
 };
}

跟 $wathc 类似，也是存放到数组 -- namedListeners。

还有不一样的地方就是该scope和所有parent都保存了一个事件的统计数，广播事件时有用，后续分析。

var current = this;
do {
 if (!current.$$listenerCount[name]) {
  current.$$listenerCount[name] = 0;
 }
 current.$$listenerCount[name]++;
} while ((current = current.$parent));

3.2 $emit

$emit 是向上广播事件。源码：

function(name, args) {
 var empty = [],
   namedListeners,
   scope = this,
   stopPropagation = false,
   event = {
    name: name,
    targetScope: scope,
    stopPropagation: function() {stopPropagation = true;},
    preventDefault: function() {
     event.defaultPrevented = true;
    },
    defaultPrevented: false
   },
   listenerArgs = concat([event], arguments, 1),
   i, length;

 do {
  namedListeners = scope.$$listeners[name] || empty;
  event.currentScope = scope;
  for (i=0, length=namedListeners.length; i<length; i++) {
   // 当监听remove以后，不会从数组中删除，而是设置为null，所以需要判断
   if (!namedListeners[i]) {
    namedListeners.splice(i, 1);
    i--;
    length--;
    continue;
   }
   try {
    namedListeners[i].apply(null, listenerArgs);
   } catch (e) {
    $exceptionHandler(e);
   }
  }
  // 停止传播时return
  if (stopPropagation) {
   event.currentScope = null;
   return event;
  }

  // emit是向上的传播方式
  scope = scope.$parent;
 } while (scope);

 event.currentScope = null;

 return event;
}

3.3 $broadcast

$broadcast 是向内传播，即向child传播，源码：

function(name, args) {
 var target = this,
   current = target,
   next = target,
   event = {
    name: name,
    targetScope: target,
    preventDefault: function() {
     event.defaultPrevented = true;
    },
    defaultPrevented: false
   },
   listenerArgs = concat([event], arguments, 1),
   listeners, i, length;

 while ((current = next)) {
  event.currentScope = current;
  listeners = current.$$listeners[name] || [];
  for (i=0, length = listeners.length; i<length; i++) {
   
   // 检查是否已经取消监听了
   if (!listeners[i]) {
    listeners.splice(i, 1);
    i--;
    length--;
    continue;
   }

   try {
    listeners[i].apply(null, listenerArgs);
   } catch(e) {
    $exceptionHandler(e);
   }
  }
  
  // 在digest中已经有过了
  if (!(next = ((current.$$listenerCount[name] && current.$$childHead) ||
    (current !== target && current.$$nextSibling)))) {
   while(current !== target && !(next = current.$$nextSibling)) {
    current = current.$parent;
   }
  }
 }

 event.currentScope = null;
 return event;
}

其他逻辑比较简单，就是在深度遍历的那段代码比较绕，其实跟digest中的一样，就是多了在路径上判断是否有监听，current.$$listenerCount[name]，从上面$on的代码可知，只要路径上存在child有监听，那么该路径头也是有数字的，相反如果没有说明该路径上所有child都没有监听事件。

if (!(next = ((current.$$listenerCount[name] && current.$$childHead) ||
    (current !== target && current.$$nextSibling)))) {
 while(current !== target && !(next = current.$$nextSibling)) {
  current = current.$parent;
 }
}

传播路径:

Root>[A>[a1,a2], B>[b1,b2>[c1,c2],b3]]

Root > A > a1 > a2 > B > b1 > b2 > c1 > c2 > b3

4. $watchCollection

4.1 使用示例

$scope.names = ['igor', 'matias', 'misko', 'james'];
$scope.dataCount = 4;

$scope.$watchCollection('names', function(newNames, oldNames) {
 $scope.dataCount = newNames.length;
});

expect($scope.dataCount).toEqual(4);
$scope.$digest();

expect($scope.dataCount).toEqual(4);

$scope.names.pop();
$scope.$digest();

expect($scope.dataCount).toEqual(3);

4.2 源码分析

function(obj, listener) {
 $watchCollectionInterceptor.$stateful = true;
 var self = this;
 var newValue;
 var oldValue;
 var veryOldValue;
 var trackVeryOldValue = (listener.length > 1);
 var changeDetected = 0;
 var changeDetector = $parse(obj, $watchCollectionInterceptor); 
 var internalArray = [];
 var internalObject = {};
 var initRun = true;
 var oldLength = 0;

 // 根据返回的changeDetected判断是否变化
 function $watchCollectionInterceptor(_value) {
  // ...
  return changeDetected;
 }

 // 通过此方法调用真正的listener，作为代理
 function $watchCollectionAction() {
  
 }

 return this.$watch(changeDetector, $watchCollectionAction);
}

主脉络就是上面截取的部分代码，下面主要分析 $watchCollectionInterceptor 和 $watchCollectionAction

4.3 $watchCollectionInterceptor

function $watchCollectionInterceptor(_value) {
 newValue = _value;
 var newLength, key, bothNaN, newItem, oldItem;

 if (isUndefined(newValue)) return;

 if (!isObject(newValue)) {
  if (oldValue !== newValue) {
   oldValue = newValue;
   changeDetected++;
  }
 } else if (isArrayLike(newValue)) {
  if (oldValue !== internalArray) {
   oldValue = internalArray;
   oldLength = oldValue.length = 0;
   changeDetected++;
  }

  newLength = newValue.length;

  if (oldLength !== newLength) {
   changeDetected++;
   oldValue.length = oldLength = newLength;
  }
  for (var i = 0; i < newLength; i++) {
   oldItem = oldValue[i];
   newItem = newValue[i];

   bothNaN = (oldItem !== oldItem) && (newItem !== newItem);
   if (!bothNaN && (oldItem !== newItem)) {
    changeDetected++;
    oldValue[i] = newItem;
   }
  }
 } else {
  if (oldValue !== internalObject) {
   oldValue = internalObject = {};
   oldLength = 0;
   changeDetected++;
  }
  newLength = 0;
  for (key in newValue) {
   if (hasOwnProperty.call(newValue, key)) {
    newLength++;
    newItem = newValue[key];
    oldItem = oldValue[key];

    if (key in oldValue) {
     bothNaN = (oldItem !== oldItem) && (newItem !== newItem);
     if (!bothNaN && (oldItem !== newItem)) {
      changeDetected++;
      oldValue[key] = newItem;
     }
    } else {
     oldLength++;
     oldValue[key] = newItem;
     changeDetected++;
    }
   }
  }
  if (oldLength > newLength) {
   changeDetected++;
   for (key in oldValue) {
    if (!hasOwnProperty.call(newValue, key)) {
     oldLength--;
     delete oldValue[key];
    }
   }
  }
 }
 return changeDetected;
}

1). 当值为undefined时直接返回。

2). 当值为普通基本类型时 直接判断是否相等。

3). 当值为类数组 （即存在 length 属性，并且 value[i] 也成立称为类数组），先没有初始化先初始化oldValue

if (oldValue !== internalArray) {
 oldValue = internalArray;
 oldLength = oldValue.length = 0;
 changeDetected++;
}

然后比较数组长度，不等的话记为已变化 changeDetected++

if (oldLength !== newLength) {
 changeDetected++;
 oldValue.length = oldLength = newLength;
}

再进行逐个比较

for (var i = 0; i < newLength; i++) {
 oldItem = oldValue[i];
 newItem = newValue[i];

 bothNaN = (oldItem !== oldItem) && (newItem !== newItem);
 if (!bothNaN && (oldItem !== newItem)) {
  changeDetected++;
  oldValue[i] = newItem;
 }
}

4). 当值为object时，类似上面进行初始化处理

if (oldValue !== internalObject) {
 oldValue = internalObject = {};
 oldLength = 0;
 changeDetected++;
}

接下来的处理比较有技巧，但凡发现 newValue 多的新字段，就在oldLength 加1，这样 oldLength 只加不减，很容易发现 newValue 中是否有新字段出现，最后把 oldValue中多出来的字段也就是 newValue 中删除的字段给移除就结束了。

newLength = 0;
for (key in newValue) {
 if (hasOwnProperty.call(newValue, key)) {
  newLength++;
  newItem = newValue[key];
  oldItem = oldValue[key];

  if (key in oldValue) {
   bothNaN = (oldItem !== oldItem) && (newItem !== newItem);
   if (!bothNaN && (oldItem !== newItem)) {
    changeDetected++;
    oldValue[key] = newItem;
   }
  } else {
   oldLength++;
   oldValue[key] = newItem;
   changeDetected++;
  }
 }
}
if (oldLength > newLength) {
 changeDetected++;
 for (key in oldValue) {
  if (!hasOwnProperty.call(newValue, key)) {
   oldLength--;
   delete oldValue[key];
  }
 }
}

4.4 $watchCollectionAction

function $watchCollectionAction() {
 if (initRun) {
  initRun = false;
  listener(newValue, newValue, self);
 } else {
  listener(newValue, veryOldValue, self);
 }

 // trackVeryOldValue = (listener.length > 1) 查看listener方法是否需要oldValue
 // 如果需要就进行复制
 if (trackVeryOldValue) {
  if (!isObject(newValue)) {
   veryOldValue = newValue;
  } else if (isArrayLike(newValue)) {
   veryOldValue = new Array(newValue.length);
   for (var i = 0; i < newValue.length; i++) {
    veryOldValue[i] = newValue[i];
   }
  } else { 
   veryOldValue = {};
   for (var key in newValue) {
    if (hasOwnProperty.call(newValue, key)) {
     veryOldValue[key] = newValue[key];
    }
   }
  }
 }
}

代码还是比较简单，就是调用 listenerFn，初次调用时 oldValue == newValue，为了效率和内存判断了下 listener是否需要oldValue参数

5. $eval & $apply

$eval: function(expr, locals) {
 return $parse(expr)(this, locals);
},
$apply: function(expr) {
 try {
  beginPhase('$apply');
  return this.$eval(expr);
 } catch (e) {
  $exceptionHandler(e);
 } finally {
  clearPhase();
  try {
   $rootScope.$digest();
  } catch (e) {
   $exceptionHandler(e);
   throw e;
  }
 }
}

$apply 最后调用 $rootScope.$digest()，所以很多书上建议使用 $digest() ，而不是调用 $apply()，效率要高点。

主要逻辑都在$parse 属于语法解析功能，后续单独分析。