AngularJS双向数据绑定原理之$watch、$apply和$digest的应用

时间:2020-05-16 全栈开发之道人气:0

引子

这篇文章是写给AngularJS新手的，如果你已经对AngularJS的双向数据绑定有了深入的了解，直接去阅读源代码好了。

背景

AngularJS开发者都想知道双向数据绑定是怎么实现的。与data-binding相关的术语琳琅满目： $watch,$apply,$digest,dirty-checking等等它们是如何工作的呢？让我们从头开始讲起吧

AngularJS 的双向数据绑定是被浏览器逼的

浏览器看上去很美，其实在数据交互这块儿，由于浏览器的“不作为”，导致浏览器的数据刷新成为一个难题。具体来说，浏览器可以很容易地监听一个事件，比如：用户点击一个按钮，或者在输入框里输入东西，为此还提供了事件回调函数的API，事件的回调函数就会在javascript解释器里执行；但反过来就没这么简单了，如果来自后台的数据发生了变化，需要通知给浏览器，让浏览器刷新，浏览器并没有提供这样的数据交互机制，对于开发者来说，这是一个难以逾越的障碍，怎么办呢？ AngularJS出现了，它通过$scope 很好地实现了双向数据绑定，其背后的原理就是$watch,$apply,$digest,dirty-checking

$watch 队列（$watch list）

从字面上看，watch 是观察的意思。每次绑定一些东西到浏览器上时，就会往$watch队列里插入一条$watch。想象一下$watch就是那个可以检测它监视的model里时候有变化的东西。例如你有如下的代码

User: <input type="text" ng-model="user" />
Password: <input type="password" ng-model="pass" />

这里有个$scope.user，它被绑定在了第一个输入框上，还有个$scope.pass，它被绑定在了第二个输入框上；然后在$watch list里面加入两个$watch:

创建一个 controllers.js 文件，代码如下：

app.controller('MainCtrl', function($scope) {
 $scope.foo = "Foo";
 $scope.world = "World";
});

对应的html 文件, index.html 代码如下：

Hello, {{ World }}

这里，即便在$scope上添加了两个东西，但是只有一个绑定在了UI上，因此只生成了一个$watch. 再看下面的例子：

controllers.js

app.controller('MainCtrl', function($scope) {
 $scope.people = [...];
});

对应的html文件 index.html

<ul>
 <li ng-repeat="person in people">
   {{person.name}} - {{person.age}}
 </li>
</ul>

这样看来，又生成了多个$watch。每个person有两个（一个name，一个age），然后ng-repeat是一个循环，因此10个person一共是(2 * 10) +1,也就是说有21个$watch。因此，每一个绑定到了浏览器上的数据都会生成一个$watch。对，那这写$watch是什么时候生成的呢？先回顾下AngularJS的加载原理

AngularJS的加载原理：

AngularJS的模板加载分为编译（compile）和链接（linking）两个阶段，在linking阶段，AngularJS解释器会寻找每个directive，然后生成每个需要的$watch。对了，$watch就是在这个阶段生成的。

接下来，开始用到 $digest了

$digest 循环

从字面上看，digest是 “消化”的意思，总感觉这个名字怪怪的，跟不可思议的是 dirty-checking，字面意思“脏检查”，还是不翻译为好。原作者的本意肯定不是这个意思，只可意会不可言传！

$digest 是一个循环，它在循环做什么呢？ $digest 在遍历我们的$watch。 $digest 一个个地询问$watch —— “嗨，你观察的数据发生变化了没？”

这个遍历就是所谓的dirty-checking。既然所有的$watch都检查完了，那就要问了：有没有$watch更新过？如果有至少一个更新过，这个循环就会再次触发，直到所有的$watch都没有变化。这样就能够保证每个model都已经不会再变化。记住如果循环超过10次的话，它将会抛出一个异常，以免出现无限循环。当$digest循环结束时，DOM相应地变化。

看段代码，例如： controllers.js

app.controller('MainCtrl', function() {
 $scope.name = "Foo";
 $scope.changeFoo = function() {
   $scope.name = "Bar";
 }
});

对应的html文件，index.html

{{ name }}
<button ng-click="changeFoo()">Change the name</button>

这里只有一个$watch，因为ng-click不生成$watch（函数是不会变的）。

$digest 执行的流程是：

在浏览器按下按钮；
浏览器接收到一个事件，进入angular context。
$digest循环开始执行，查询每个$watch是否变化。
由于监视$scope.name的$watch报告了变化，它会强制再执行一次$digest循环。
新的$digest循环没有检测到变化，此时浏览器拿回控制权，更新与$scope.name新值相应部分的DOM。

从中可以看出AngularJS的一个明显的不足：每一个进入angular context的事件都会执行一个$digest循环，哪怕仅仅是输入一个字母，$digest 都会遍历整个页面的所有$watch。

$apply 的应用

Angular context 是整个Angular的上下文，也可以把它理解为Angular容器，那么，是谁来决定哪些事件可以进入 Angular Context，哪些事件又不能进入呢？其控制器在 $apply手上。

如果当事件触发时，调用$apply，它会进入angular context，如果没有调用就不会进入。你可能会问：刚才的例子并没有调用$apply，这是怎么回事呢？原来，是Angular背后替你做了。当点击带有ng-click的元素时，事件就会被封装到一个$apply调用中。如果有一个ng-model="foo"的输入框，当输入一个字母 f 时，事件就会这样调用，$apply("foo = 'f';")。

$apply的应用场景

$apply是$scope的一个函数，调用它会强制一次$digest循环。如果当前正在执行$apply循环，则会抛出一个异常。

如果浏览器上数据没有及时刷新，可以通过调用$scope.$apply() 方法，强行刷新一遍。

通过 $watch 监控自己的$scope

<!DOCTYPE html>
<html ng-app="demoApp">
<head>
 <title>test</title>
 <!-- Vendor libraries -->
  <script src="lib/jquery-v1.11.1.js"></script>
  <script src="lib/angular-v1.2.22.js"></script>
  <script src="lib/angular-route-v1.2.22.js"></script>
</head>
<body> 
 <div ng-controller="MainCtrl" >
  <input ng-model="name" />
  Name updated: {{updated}} times.
 </div> 
 <script >
  var demoApp = angular.module('demoApp',[]); 
  demoApp.controller('MainCtrl', function($scope) {
  $scope.name = "Angular";
  $scope.updated = -1;
  $scope.$watch('name', function() {
  $scope.updated++;
 });
});
 </script>
 </body>
</html>

代码说明：

当controller 执行到 $watch时，它会立即调用一次，所以把updated的值设为 -1 。上输入框中输入字符发生变化时，你会看到 updated 的值随之变化，而且能显示变化的次数。

$watch 检测到的数据变化

小结

我们对 AngularJS的双向数据绑定有了一个初步的认识，对于AngularJS来说，表面上看操作DOM很简单，其实背后有 $watch、$digest 、 $apply 三者在默默地起着作用。这个遍历检查数据是否发生变化的过程，称之为：dirty-checking。当你了解了这个过程后，你会对它嗤之以鼻，感觉这种方法好low 哦。确实，如果一个DOM中有 2000- 3000个 watch，页面的渲染速度将会大打折扣。

这个渲染的性能问题怎么解决呢？随着ECMAScript6的到来，Angular 2 通过Object.observe 极大地改善$digest循环的速度。或许，这就是为什么 Angular 团队迫不及待地推出 Angular 2 的原因吧。

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