vue:路由实现原理

Waxiangyu

随着前端应用的业务功能起来越复杂,用户对于使用体验的要求越来越高,单面(SPA)成为前端应用的主流形式。大型单页应用最显著特点之一就是采用的前端路由系统,通过改变URL,在不重新请求页面的情况下,更新页面视图。

更新视图但不重新请求页面,是前端路由原理的核心之一,目前在浏览器环境中这一功能的实现主要有2种方式:

  • 利用URL中的hash("#");
  • 利用History interfaceHTML5中新增的方法;

vue-routerVue.js框架的路由插件,它是通过mode这一参数控制路由的实现模式的:

const router=new VueRouter({
    mode:'history',
    routes:[...]
})

创建VueRouter的实例对象时,mode以构造参数的形式传入。

src/index.js

export default class VueRouter{
    mode: string; // 传入的字符串参数,指示history类别
  history: HashHistory | HTML5History | AbstractHistory; // 实际起作用的对象属性,必须是以上三个类的枚举
  fallback: boolean; // 如浏览器不支持,'history'模式需回滚为'hash'模式
  
  constructor (options: RouterOptions = {}) {
    
    let mode = options.mode || 'hash' // 默认为'hash'模式
    this.fallback = mode === 'history' && !supportsPushState // 通过supportsPushState判断浏览器是否支持'history'模式
    if (this.fallback) {
      mode = 'hash'
    }
    if (!inBrowser) {
      mode = 'abstract' // 不在浏览器环境下运行需强制为'abstract'模式
    }
    this.mode = mode

    // 根据mode确定history实际的类并实例化
    switch (mode) {
      case 'history':
        this.history = new HTML5History(this, options.base)
        break
      case 'hash':
        this.history = new HashHistory(this, options.base, this.fallback)
        break
      case 'abstract':
        this.history = new AbstractHistory(this, options.base)
        break
      default:
        if (process.env.NODE_ENV !== 'production') {
          assert(false, `invalid mode: ${mode}`)
        }
    }
  }

  init (app: any /* Vue component instance */) {
    
    const history = this.history

    // 根据history的类别执行相应的初始化操作和监听
    if (history instanceof HTML5History) {
      history.transitionTo(history.getCurrentLocation())
    } else if (history instanceof HashHistory) {
      const setupHashListener = () => {
        history.setupListeners()
      }
      history.transitionTo(
        history.getCurrentLocation(),
        setupHashListener,
        setupHashListener
      )
    }

    history.listen(route => {
      this.apps.forEach((app) => {
        app._route = route
      })
    })
  }

  // VueRouter类暴露的以下方法实际是调用具体history对象的方法
  push (location: RawLocation, onComplete?: Function, onAbort?: Function) {
    this.history.push(location, onComplete, onAbort)
  }

  replace (location: RawLocation, onComplete?: Function, onAbort?: Function) {
    this.history.replace(location, onComplete, onAbort)
  }
}
  1. 作为参数传入的字符串属性mode只是一个标记,用来指示实际起作用的对象属性history的实现类,两者对应关系:
    modehistory:
        'history':HTML5History;
        'hash':HashHistory;
        'abstract':AbstractHistory;
  1. 在初始化对应的history之前,会对mode做一些校验:若浏览器不支持HTML5History方式(通过supportsPushState变量判断),则mode设为hash;若不是在浏览器环境下运行,则mode设为abstract;
  2. VueRouter类中的onReady(),push()等方法只是一个代理,实际是调用的具体history对象的对应方法,在init()方法中初始化时,也是根据history对象具体的类别执行不同操作

HashHistory

hash("#")符号的本来作用是加在URL指示网页中的位置:

http://www.example.com/index.html#print

#本身以及它后面的字符称之为hash可通过window.location.hash属性读取.

  • hash虽然出现在url中,但不会被包括在http请求中,它是用来指导浏览器动作的,对服务器端完全无用,因此,改变hash不会重新加载页面。
  • 可以为hash的改变添加监听事件:
window.addEventListener("hashchange",funcRef,false)
  • 每一次改变hash(window.location.hash),都会在浏览器访问历史中增加一个记录。

利用hash的以上特点,就可以来实现前端路由"更新视图但不重新请求页面"的功能了。

HashHistory.push()

push (location: RawLocation, onComplete?: Function, onAbort?: Function) {
  this.transitionTo(location, route => {
    pushHash(route.fullPath)
    onComplete && onComplete(route)
  }, onAbort)
}

function pushHash (path) {
  window.location.hash = path
}

transitionTo()方法是父类中定义的是用来处理路由变化中的基础逻辑的,push()方法最主要的是对windowhash进行了直接赋值:

window.location.hash=route.fullPath

hash的改变会自动添加到浏览器的访问历史记录中。
那么视图的更新是怎么实现的呢,我们来看看父类History中的transitionTo()方法:

transitionTo (location: RawLocation, onComplete?: Function, onAbort?: Function) {
  const route = this.router.match(location, this.current)
  this.confirmTransition(route, () => {
    this.updateRoute(route)
    ...
  })
}

updateRoute (route: Route) {
  
  this.cb && this.cb(route)
  
}

listen (cb: Function) {
  this.cb = cb
}

可以看到,当路由变化时,调用了Hitory中的this.cb方法,而this.cb方法是通过History.listen(cb)进行设置的,回到VueRouter类定义中,找到了在init()中对其进行了设置:

init (app: any /* Vue component instance */) {
    
  this.apps.push(app)

  history.listen(route => {
    this.apps.forEach((app) => {
      app._route = route
    })
  })
}

appVue组件实例,但是Vue作为渐进式的前端框架,本身的组件定义中应该是没有有关路由内置属性_route,如果组件中要有这个属性,应该是在插件加载的地方,即VueRouterinstall()方法中混入Vue对象的,install.js的源码:

export function install (Vue) {
  
  Vue.mixin({
    beforeCreate () {
      if (isDef(this.$options.router)) {
        this._router = this.$options.router
        this._router.init(this)
        Vue.util.defineReactive(this, '_route', this._router.history.current)
      }
      registerInstance(this, this)
    },
  })
}

通过Vue.mixin()方法,全局注册一个混合,影响注册之后所有创建的每个Vue实例,该混合在beforeCreate钩子中通过Vue.util.defineReactive()定义了响应式的_route属性。所谓响应式属性,即当_route值改变时,会自动调用Vue实例的render()方法,更新视图。

$router.push()-->HashHistory.push()-->History.transitionTo()-->History.updateRoute()-->{app._route=route}-->vm.render()

HashHistory.replace()

replace()方法与push()方法不同之处在于,它并不是将新路由添加到浏览器访问历史栈顶,而是替换掉当前的路由:

replace (location: RawLocation, onComplete?: Function, onAbort?: Function) {
  this.transitionTo(location, route => {
    replaceHash(route.fullPath)
    onComplete && onComplete(route)
  }, onAbort)
}
  
function replaceHash (path) {
  const i = window.location.href.indexOf('#')
  window.location.replace(
    window.location.href.slice(0, i >= 0 ? i : 0) + '#' + path
  )
}

可以看出,它与push()的实现结构基本相似,不同点它不是直接对window.location.hash进行赋值,而是调用window.location.replace方法将路由进行替换。

监听地址栏

上面的VueRouter.push()VueRouter.replace()是可以在vue组件的逻辑代码中直接调用的,除此之外在浏览器中,用户还可以直接在浏览器地址栏中输入改变路由,因此还需要监听浏览器地址栏中路由的变化 ,并具有与通过代码调用相同的响应行为,在HashHistory中这一功能通过setupListeners监听hashchange实现:

setupListeners () {
  window.addEventListener('hashchange', () => {
    if (!ensureSlash()) {
      return
    }
    this.transitionTo(getHash(), route => {
      replaceHash(route.fullPath)
    })
  })
}

该方法设置监听了浏览器事件hashchange,调用的函数为replaceHash,即在浏览器地址栏中直接输入路由相当于代码调用了replace()方法。

HTML5History

History interface是浏览器历史记录栈提供的接口,通过back(),forward(),go()等方法,我们可以读取浏览器历史记录栈的信息,进行各种跳转操作。
HTML5开始,History interface提供了2个新的方法:pushState(),replaceState()使得我们可以对浏览器历史记录栈进行修改:

window.history.pushState(stateObject,title,url)
window.history,replaceState(stateObject,title,url)
  • stateObject:当浏览器跳转到新的状态时,将触发popState事件,该事件将携带这个stateObject参数的副本
  • title:所添加记录的标题
  • url:所添加记录的url

2个方法有个共同的特点:当调用他们修改浏览器历史栈后,虽然当前url改变了,但浏览器不会立即发送请求该url,这就为单页应用前端路由,更新视图但不重新请求页面提供了基础。

push (location: RawLocation, onComplete?: Function, onAbort?: Function) {
  const { current: fromRoute } = this
  this.transitionTo(location, route => {
    pushState(cleanPath(this.base + route.fullPath))
    handleScroll(this.router, route, fromRoute, false)
    onComplete && onComplete(route)
  }, onAbort)
}

replace (location: RawLocation, onComplete?: Function, onAbort?: Function) {
  const { current: fromRoute } = this
  this.transitionTo(location, route => {
    replaceState(cleanPath(this.base + route.fullPath))
    handleScroll(this.router, route, fromRoute, false)
    onComplete && onComplete(route)
  }, onAbort)
}

// src/util/push-state.js
export function pushState (url?: string, replace?: boolean) {
  saveScrollPosition()
  // try...catch the pushState call to get around Safari
  // DOM Exception 18 where it limits to 100 pushState calls
  const history = window.history
  try {
    if (replace) {
      history.replaceState({ key: _key }, '', url)
    } else {
      _key = genKey()
      history.pushState({ key: _key }, '', url)
    }
  } catch (e) {
    window.location[replace ? 'replace' : 'assign'](url)
  }
}

export function replaceState (url?: string) {
  pushState(url, true)
}

代码结构以及更新视图的逻辑与hash模式基本类似,只不过将对window.location.hash()直接进行赋值window.location.replace()改为了调用history.pushState()history.replaceState()方法。

HTML5History中添加对修改浏览器地址栏URL的监听popstate是直接在构造函数中执行的:

constructor (router: Router, base: ?string) {
  
  window.addEventListener('popstate', e => {
    const current = this.current
    this.transitionTo(getLocation(this.base), route => {
      if (expectScroll) {
        handleScroll(router, route, current, true)
      }
    })
  })
}

HTML5History用到了HTML5的新特性,需要浏版本的支持,通过supportsPushState来检查:

src/util/push-state.js

export const supportsPushState = inBrowser && (function () {
  const ua = window.navigator.userAgent

  if (
    (ua.indexOf('Android 2.') !== -1 || ua.indexOf('Android 4.0') !== -1) &&
    ua.indexOf('Mobile Safari') !== -1 &&
    ua.indexOf('Chrome') === -1 &&
    ua.indexOf('Windows Phone') === -1
  ) {
    return false
  }

  return window.history && 'pushState' in window.history
})()

以上就是hash模式与history模式源码导读,这2种模式都是通过浏览器接口实现的,除此之外,vue-router还为非浏览器环境准备了一个abstract模式,其原理为用一个数组stack模拟出浏览器历史记录栈的功能。

两种模式比较

一般的需求场景中,hash模式与history模式是差不多的,根据MDN的介绍,调用history.pushState()相比于直接修改hash主要有以下优势:

  • pushState设置的新url可以是与当前url同源的任意url,而hash只可修改#后面的部分,故只可设置与当前同文档的url
  • pushState设置的新url可以与当前url一模一样,这样也会把记录添加到栈中,而hash设置的新值必须与原来不一样才会触发记录添加到栈中
  • pushState通过stateObject可以添加任意类型的数据记录中,而hash只可添加短字符串
  • pushState可额外设置title属性供后续使用

history模式的问题

对于单页应用来说,理想的使用场景是仅在进入应用时加载index.html,后续在的网络操作通过ajax完成,不会根据url重新请求页面,但是如果用户直接在地址栏中输入并回车,浏览器重启重新加载等特殊情况。

hash模式仅改变hash部分的内容,而hash部分是不会包含在http请求中的(hash#):

http://oursite.com/#/user/id //如请求,只会发送http://oursite.com/

所以hash模式下遇到根据url请求页面不会有问题

history模式则将url修改的就和正常请求后端的url一样(history不带#)

http://oursite.com/user/id

如果这种向后端发送请求的话,后端没有配置对应/user/idget路由处理,会返回404错误。

官方推荐的解决办法是在服务端增加一个覆盖所有情况的候选资源:如果 URL 匹配不到任何静态资源,则应该返回同一个 index.html 页面,这个页面就是你 app 依赖的页面。同时这么做以后,服务器就不再返回 404 错误页面,因为对于所有路径都会返回 index.html 文件。为了避免这种情况,在 Vue 应用里面覆盖所有的路由情况,然后在给出一个 404 页面。或者,如果是用 Node.js 作后台,可以使用服务端的路由来匹配 URL,当没有匹配到路由的时候返回 404,从而实现 fallback

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