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前端开发技术的发展之工业革命

这个时期,随着Web端功能的日益复杂,人们开始考虑这样一些问题:

  • 如何更好地模块化开发
  • 业务数据如何组织
  • 界面和业务数据之间通过何种方式进行交互

在这种背景下,出现了一些前端MVC、MVP、MVVM框架,我们把这些框架统称为mv*框架。这些框架的出现,都是为了解决上面这些问题,具体的实现思路各有不同,主流的有Backbone,AngularJS,Ember,Spine等等,本文主要选用Backbone和AngularJS来讲述以下场景。

数据模型

在这些框架里,定义数据模型的方式与以往有些差异,主要在于数据的get和set更加有意义了,比如说,可以把某个实体的get和set绑定到RESTful的服务上,这样,对某个实体的读写可以更新到数据库中。另外一个特点是,它们一般都提供一个事件,用于监控数据的变化,这个机制使得数据绑定成为可能。

在一些框架中,数据模型需要在原生的JavaScript类型上做一层封装,比如Backbone的方式是这样:

var Todo = Backbone.Model.extend({
    // Default attributes for the todo item.
    defaults : function() {
        return {
            title : "empty todo...",
            order : Todos.nextOrder(),
            done : false
        };
    },

   // Ensure that each todo created has `title`.
    initialize : function() {
        if (!this.get("title")) {
            this.set({
                "title" : this.defaults().title
            });
        }
    },

   // Toggle the 'done' state of this todo item.
    toggle : function() {
        this.save({
            done : !this.get("done")
        });
    }
});

上述例子中,defaults方法用于提供模型的默认值,initialize方法用于做一些初始化工作,这两个都是约定的方法,toggle是自定义的,用于保存todo的选中状态。

除了对象,Backbone也支持集合类型,集合类型在定义的时候要通过model属性指定其中的元素类型。

// The collection of todos is backed by *localStorage* instead of a remote server.
var TodoList = Backbone.Collection.extend({
    // Reference to this collection's model.
    model : Todo,

   // Save all of the todo items under the '"todos-backbone"' namespace.
    localStorage : new Backbone.LocalStorage("todos-backbone"),

   // Filter down the list of all todo items that are finished.
    done : function() {
        return this.filter(function(todo) {
            return todo.get('done');
        });
    },

   // Filter down the list to only todo items that are still not finished.
    remaining : function() {

       return this.without.apply(this, this.done());
    },

   // We keep the Todos in sequential order, despite being saved by unordered
    //GUID in the database. This generates the next order number for new items.
    nextOrder : function() {
        if (!this.length)
            return 1;
        return this.last().get('order') + 1;
    },

   // Todos are sorted by their original insertion order.
    comparator : function(todo) {
        return todo.get('order');
    }
});

数据模型也可以包含一些方法,比如自身的校验,或者跟后端的通讯、数据的存取等等,在上面两个例子中,也都有体现。

AngularJS的模型定义方式与Backbone不同,可以不需要经过一层封装,直接使用原生的JavaScript简单数据、对象、数组,相对来说比较简便。

控制器

在Backbone中,是没有独立的控制器的,它的一些控制的职责都放在了视图里,所以其实这是一种MVP(Model View Presentation)模式,而AngularJS有很清晰的控制器层。

还是以这个todo为例,在AngularJS中,会有一些约定的注入,比如$scope,它是控制器、模型和视图之间的桥梁。在控制器定义的时候,将$scope作为参数,然后,就可以在控制器里面为它添加模型的支持。

function TodoCtrl($scope) {
    $scope.todos = [{
        text : 'learn angular',
        done : true
    }, {
        text : 'build an angular app',
        done : false
    }];

   $scope.addTodo = function() {
        $scope.todos.push({
           text : $scope.todoText,
            done : false
        });
        $scope.todoText = '';
    };

   $scope.remaining = function() {
        var count = 0;
        angular.forEach($scope.todos, function(todo) {
            count += todo.done ? 0 : 1;
        });
        return count;
    };

   $scope.archive = function() {
        var oldTodos = $scope.todos;
        $scope.todos = [];
        angular.forEach(oldTodos, function(todo) {
            if (!todo.done)
                $scope.todos.push(todo);
        });
    };
}

本例中为$scope添加了todos这个数组,addTodo,remaining和archive三个方法,然后,可以在视图中对他们进行绑定。

视图

在这些主流的MV*框架中,一般都提供了定义视图的功能。在Backbone中,是这样定义视图的:

// The DOM element for a todo item...
var TodoView = Backbone.View.extend({
    //... is a list tag.
    tagName : "li",

   // Cache the template function for a single item.
    template : _.template($('#item-template').html()),

   // The DOM events specific to an item.
    events : {
        "click .toggle" : "toggleDone",
        "dblclick .view" : "edit",
        "click a.destroy" : "clear",
        "keypress .edit" : "updateOnEnter",
        "blur .edit" : "close"
    },

   // The TodoView listens for changes to its model, re-rendering. Since there's
    // a one-to-one correspondence between a **Todo** and a **TodoView** in this
    // app, we set a direct reference on the model for convenience.
    initialize : function() {
        this.listenTo(this.model, 'change', this.render);
        this.listenTo(this.model, 'destroy', this.remove);
    },

   // Re-render the titles of the todo item.
    render : function() {
        this.$el.html(this.template(this.model.toJSON()));
        this.$el.toggleClass('done', this.model.get('done'));
        this.input = this.$('.edit');
        return this;
    },

   //......

   // Remove the item, destroy the model.
    clear : function() {
        this.model.destroy();
    }
});

上面这个例子是一个典型的“部件”视图,它对于界面上的已有元素没有依赖。也有那么一些视图,需要依赖于界面上的已有元素,比如下面这个,它通过el属性,指定了HTML中id为todoapp的元素,并且还在initialize方法中引用了另外一些元素,通常,需要直接放置到界面的顶层试图会采用这种方式,而“部件”视图一般由主视图来创建、布局。

// Our overall **AppView** is the top-level piece of UI.
var AppView = Backbone.View.extend({
    // Instead of generating a new element, bind to the existing skeleton of
    // the App already present in the HTML.
    el : $("#todoapp"),

   // Our template for the line of statistics at the bottom of the app.
    statsTemplate : _.template($('#stats-template').html()),

   // Delegated events for creating new items, and clearing completed ones.
    events : {
        "keypress #new-todo" : "createOnEnter",
        "click #clear-completed" : "clearCompleted",
        "click #toggle-all" : "toggleAllComplete"

   },

   // At initialization we bind to the relevant events on the `Todos`
    // collection, when items are added or changed. Kick things off by
    // loading any preexisting todos that might be saved in *localStorage*.
    initialize : function() {
        this.input = this.$("#new-todo");
        this.allCheckbox = this.$("#toggle-all")[0];

       this.listenTo(Todos, 'add', this.addOne);
        this.listenTo(Todos, 'reset', this.addAll);
        this.listenTo(Todos, 'all', this.render);

       this.footer = this.$('footer');
        this.main = $('#main');

       Todos.fetch();
    },

   // Re-rendering the App just means refreshing the statistics -- the rest
    // of the app doesn't change.
    render : function() {
        var done = Todos.done().length;
        var remaining = Todos.remaining().length;

       if (Todos.length) {
            this.main.show();
            this.footer.show();
            this.footer.html(this.statsTemplate({
                done : done,
                remaining : remaining
            }));
        } else {
            this.main.hide();
            this.footer.hide();
        }

       this.allCheckbox.checked = !remaining;
    },

   //......
});

对于AngularJS来说,基本不需要有额外的视图定义,它采用的是直接定义在HTML上的方式,比如:

<div ng-controller="TodoCtrl">
    <span>{{remaining()}} of {{todos.length}} remaining</span>
    <a href="" ng-click="archive()">archive</a>
    <ul class="unstyled">
        <li ng-repeat="todo in todos">
            <input type="checkbox" ng-model="todo.done">
            <span class="done-{{todo.done}}">{{todo.text}}</span>
        </li>
    </ul>
    <form ng-submit="addTodo()">
        <input type="text" ng-model="todoText"  size="30"
        placeholder="add new todo here">
        <input class="btn-primary" type="submit" value="add">
    </form>
</div>

在这个例子中,使用ng-controller注入了一个TodoCtrl的实例,然后,在TodoCtrl的$scope中附加的那些变量和方法都可以直接访问了。注意到其中的ng-repeat部分,它遍历了todos数组,然后使用其中的单个todo对象创建了一些HTML元素,把相应的值填到里面。这种做法和ng-model一样,都创造了双向绑定,即:

  • 改变模型可以随时反映到界面上
  • 在界面上做的操作(输入,选择等等)可以实时反映到模型里。

而且,这种绑定都会自动忽略其中可能因为空数据而引起的异常情况。

模板

模板是这个时期一种很典型的解决方案。我们常常有这样的场景:在一个界面上重复展示类似的DOM片段,例如微博。以传统的开发方式,也可以轻松实现出来,比如:

var feedsDiv = $("#feedsDiv");

for (var i = 0; i < 5; i++) {
    var feedDiv = $("<div class='post'></div>");

   var authorDiv = $("<div class='author'></div>");
    var authorLink = $("<a></a>")
        .attr("href", "/user.html?user='" + "test" + "'")
        .html("@" + "Test")
        .appendTo(authorDiv);
    authorDiv.appendTo(feedDiv);

   var contentDiv = $("<div></div>")
        .html("Hello, world!")
        .appendTo(feedDiv);
    var dateDiv = $("<div></div>")
        .html("发布日期:" + new date().toString())
        .appendTo(feedDiv);

   feedDiv.appendTo(feedsDiv);
}

但是使用模板技术,这一切可以更加优雅,以常用的模板框架UnderScore为例,实现这段功能的代码为:

var templateStr = '<div class="post">'
    +'<div class="author">'
    +   '<a href="/user.html?user={{creatorName}}">@{{creatorName}}</a>'
    +'</div>'
    +'<div>{{content}}</div>'
    +'<div>{{postedDate}}</div>'
    +'</div>';
var template = _.template(templateStr);
template({
    createName : "Xufei",
    content: "Hello, world",
    postedDate: new Date().toString()
});

也可以这么定义:

<script type="text/template" id="feedTemplate">
<% _.each(feeds, function (item) { %>
    <div class="post">
        <div class="author">
            <a href="/user.html?user=<%= item.creatorName %>">@<%= item.creatorName %></a>
        </div>
        <div><%= item.content %></div>
        <div><%= item.postedData %></div>
    </div>
<% }); %>
</script>

<script>
$('#feedsDiv').html( _.template($('#feedTemplate').html(), feeds));
</script>

除此之外,UnderScore还提供了一些很方便的集合操作,使得模板的使用更加方便。如果你打算使用BackBone框架,并且需要用到模板功能,那么UnderScore是一个很好的选择,当然,也可以选用其它的模板库,比如Mustache等等。

如果使用AngularJS,可以不需要额外的模板库,它自身就提供了类似的功能,比如上面这个例子可以改写成这样:

<div class="post" ng-repeat="post in feeds">
    <div class="author">
        <a ng-href="/user.html?user={{post.creatorName}}">@{{post.creatorName}}</a>
    </div>
    <div>{{post.content}}</div>
    <div>
        发布日期:{{post.postedTime | date:'medium'}}
    </div>
</div>

主流的模板技术都提供了一些特定的语法,有些功能很强。值得注意的是,他们虽然与JSP之类的代码写法类似甚至相同,但原理差别很大,这些模板框架都是在浏览器端执行的,不依赖任何服务端技术,即使界面文件是.html也可以,而传统比如JSP模板是需要后端支持的,执行时间是在服务端。

路由

通常路由是定义在后端的,但是在这类MV*框架的帮助下,路由可以由前端来解析执行。比如下面这个Backbone的路由示例:

var Workspace = Backbone.Router.extend({
    routes: {
        "help":              "help",    // #help
        "search/:query":        "search",  // #search/kiwis
        "search/:query/p:page": "search"   // #search/kiwis/p7
    },

   help: function() {
        ...
    },

   search: function(query, page) {
        ...
    }  
});

在上述例子中,定义了一些路由的映射关系,那么,在实际访问的时候,如果在地址栏输入”#search/obama/p2″,就会匹配到”search/:query/p:page”这条路由,然后,把”obama”和”2″当作参数,传递给search方法。

AngularJS中定义路由的方式有些区别,它使用一个$routeProvider来提供路由的存取,每一个when表达式配置一条路由信息,otherwise配置默认路由,在配置路由的时候,可以指定一个额外的控制器,用于控制这条路由对应的html界面:

app.config(['$routeProvider',
function($routeProvider) {
    $routeProvider.when('/phones', {
        templateUrl : 'partials/phone-list.html',
        controller : PhoneListCtrl
    }).when('/phones/:phoneId', {
        templateUrl : 'partials/phone-detail.html',
        controller : PhoneDetailCtrl
    }).otherwise({
        redirectTo : '/phones'
    });
}]);

注意,在AngularJS中,路由的template并非一个完整的html文件,而是其中的一段,文件的头尾都可以不要,也可以不要那些包含的外部样式和JavaScript文件,这些在主界面中载入就可以了。

自定义标签

用过XAML或者MXML的人一定会对其中的可扩充标签印象深刻,对于前端开发人员而言,基于标签的组件定义方式一定是优于其他任何方式的,看下面这段HTML:

<div>
    <input type="text" value="hello, world"/>
    <button>test</button>
</div>

即使是刚刚接触这种东西的新手,也能够理解它的意思,并且能够照着做出类似的东西,如果使用传统的面向对象语言去描述界面,效率远远没有这么高,这就是在界面开发领域,声明式编程比命令式编程适合的最重要原因。

但是,HTML的标签是有限的,如果我们需要的功能不在其中,怎么办?在开发过程中,我们可能需要一个选项卡的功能,但是,HTML里面不提供选项卡标签,所以,一般来说,会使用一些li元素和div的组合,加上一些css,来实现选项卡的效果,也有的框架使用JavaScript来完成这些功能。总的来说,这些代码都不够简洁直观。

如果能够有一种技术,能够提供类似这样的方式,该多么好呢?

<tabs>
    <tab name="Tab 1">content 1</tab>
    <tab name="Tab 2">content 2</tab>
</tabs>

回忆一下,我们在章节1.4 组件化的萌芽 里面,提到过一种叫做HTC的技术,这种技术提供了类似的功能,而且使用起来也比较简便,问题是,它属于一种正在消亡的技术,于是我们的目光投向了更为现代的前端世界,AngularJS拯救了我们。

在AngularJS的首页,可以看到这么一个区块“Create Components”,在它的演示代码里,能够看到类似的一段:

<tabs>
    <pane title="Localization">
        ...
    </pane>
    <pane title="Pluralization">
        ...
    </pane>
</tabs>

那么,它是怎么做到的呢?秘密在这里:

angular.module('components', []).directive('tabs', function() {
    return {
        restrict : 'E',
        transclude : true,
        scope : {},
        controller : function($scope, $element) {
            var panes = $scope.panes = [];

           $scope.select = function(pane) {
                angular.forEach(panes, function(pane) {
                    pane.selected = false;
                });
                pane.selected = true;
            }

           this.addPane = function(pane) {
                if (panes.length == 0)
                    $scope.select(pane);
                panes.push(pane);
            }
        },
        template : '<div class="tabbable">'
            + '<ul class="nav nav-tabs">'
            + '<li ng-repeat="pane in panes" ng-class="{active:pane.selected}">'
            + '<a href="" ng-click="select(pane)">{{pane.title}}</a>'
            + '</li>'
            + '</ul>'
            + '<div class="tab-content" ng-transclude></div>'
            + '</div>',
        replace : true
    };
}).directive('pane', function() {
    return {
        require : '^tabs',
        restrict : 'E',
        transclude : true,
        scope : {
            title : '@'
        },
        link : function(scope, element, attrs, tabsCtrl) {
            tabsCtrl.addPane(scope);
        },
        template : '<div class="tab-pane" ng-class="{active: selected}" ng-transclude>' + '</div>',
        replace : true
    };
})

这段代码里,定义了tabs和pane两个标签,并且限定了pane标签不能脱离tabs而单独存在,tabs的controller定义了它的行为,两者的template定义了实际生成的html,通过这种方式,开发者可以扩展出自己需要的新元素,对于使用者而言,这不会增加任何额外的负担。

一些想说的话

关于ExtJS

注意到在本文中,并未提及这样一个比较流行的前端框架,主要是因为他自成一系,思路跟其他框架不同,所做的事情,层次介于文中的二和三之间,所以没有单独列出。

写作目的

在我10多年的Web开发生涯中,经历了Web相关技术的各种变革,从2003年开始,接触并使用到了HTC,VML,XMLHTTP等当时比较先进的技术,目睹了网景浏览器的衰落,IE的后来居上,Firefox和Chrome的逆袭,各类RIA技术的风起云涌,对JavaScript的模块化有过持续的思考。未来究竟是什么样子?我说不清楚,只能凭自己的一些认识,把这些年一些比较主流的发展过程总结一下,供有需要了解的朋友们作个参考,错漏在所难免,欢迎大家指教。

延伸阅读

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