angular脏检查机制，及指令中修改$scope致父级作用域无法接收到问题

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angular的指令很像我们所说的组件，不过比较好玩的是，angular里面存在作用域继承。不过这篇文章不讲这个问题，关于angular作用域继承，可以阅读这篇文章。本文要讲的是另外一个话题，即指令中修改$scope的某个属性时，父级作用域没有接收到这个修改。

问题还原

在开发中，我使用了如下的一套方法：

// controllerA
module.exports = ['$scope', function($scope) {
  $scope.members = []
  $scope.$watch('members', newValue => console.log(newValue))
}]
// template
<ul>
  <li ng-repeat="m in members">{{m.name}}</li>
</ul>
<button members="members">xxx</botton>
// directiveB
module.exports = [function() {
  return {
    restrict: 'A',
    scope: {
      members: '='
    },
    link($scope, $element, $attrs) {
      $element.on('click', () => { $scope.members = $scope.members.filter(item => item.age > 12) })
      $scope.$on('$destroy', () => { $element.off('click') })
    }
  }
}]

我希望通过点击自己创建的directive，可以对memebrs进行过滤。然而，当我在视图中点击时，什么事情都没有发生。

angular的作用域

简单理解angular的作用域，即脚本$scope的属性（或方法）可以在一个HTML结构范围内直接调用，调用方式有绑定（如ng-click="close()"中的close()）和插值（如{{text}}）两种。怎么生成一个作用域呢？最常用的就是在标签上加ng-app和ng-controller指令，另外还有ng-repeat、ng-include、ng-switch、ng-view可以创建作用域。当某些标签使用了上述指令之后，这个标签范围内的HTML结构，就可以调用指令对应脚本内的$scope属性，一般一个应用内ng-app对应的作用域变量是$rootScope，也就是最顶层的作用域，在ng-app内部创建的任何作用域都可以继承$rootScope。

作用域继承

有关angular作用域继承问题的文章非常多，文章开头也给了一个链接。这里，我想着重强调“继承”的本质和angular的规律。

首先，我们讲的继承，实际上是表达“可以直接用”这个想法。所谓可以直接用，就是不需要你在脚本的$scope上加一个父级作用域已经声明过的值，直接在HTML结构范围内使用即可。例如：

<div ng-controller="ParentController">
  <div ng-controller="ChildController">
    <span>{{textFromParentController}}</span>
  </div>
</div>

在ChildController对应的HTML结构范围内，仍然可以使用ParentController里面的$scope.textFromParentController这个值。因此，在实际使用的时候，不要把“继承”理解的太过复杂。

其次，作用域继承的本质，是子作用域创建或实例化时，对父作用域里面$scope的引用，就和JavaScript的prototype继承一摸一样，当在子作用域里面定义了一个和父作用域同名的值时，它就覆盖了父作用域该同名值的引用，也就脱离了父级作用域的控制。这样说还是太抽象，我们用为代码来解释：

$parent.name = 'david'
$parent.age = 13

$scope.name = 'tom'
// 此时$scope.age自动获得13，这个过程相当于：
// $scope.prototype = $parent // 这是伪代码
// $scope.name = 'tom'
// 因此，当你改了$parent.age的时候，$scope.age也变了，但当你改$parent.name的时候，对$scope没有影响

总之，抛开一些特殊情况（上面提到的特殊内置指令），angular的普通作用域继承是非常简单且容易理解的，甚至都不需要思考，而且在HTML里面写作用域的值（或调用）非常自然，你不需要思考或顾虑太多，因为你可以非常容易的觉察到哪些值是可以用的，哪些是不可以的。

指令的作用域

angular出色的扩展功能非指令莫属。但是指令的作用域又有点复杂。

首先，我们要知道指令的作用域到底是什么？因为对于HTML文档中而言，一个ng指令其实就是一个标签或属性，它不是一个完整的HTML结构范围，何来作用域之说呢？但是它的脚本里面又有$scope，那么这个$scope到底是用在什么地方的呢？实际上，指令的脚本里面的$scope不是对使用指令的HTML文档而言，而是指令自己内部的templete内可用。比如说：

// controller.html
<div my-directive></div>
// my-directive.html
<span>{{text}}</span>

我们创建一个my-directive指令，而my-directive内使用templateUrl使用my-directive.html作为模板，因此，在my-directive.js脚本里面的$scope对my-directive.html内的插值或调用有效。

其次，指令作用域的继承问题。

在创建一个指令的时候，我们在指令的创建函数返回值中，有一个scope选项：

module.exports = function() {
  return {
    restrict: 'A',
    scope: true,
  }
}

这里的scope选项就是用来确定，指令外部的作用域和指令内部的作用域之间的关系。默认情况下，scope:false，表示共享父作用域，也就是说指令内部的$scope直接是指令所依附的那个标签所在的作用域的$scope（即JavaScript里面的object引用），因此，无论是外部的$scope发生变化，还是指令内部的$scope值发生变化，两边都是同步的，也就会引起界面的变化，不过这种共享作用域常常遇到一些不可预料的问题，所以很少直接用。而当scope:true，表示继承父作用域，继承模式也是原型继承，也就是说，在指令内的$scope默认拥有指令依附的那个标签所在的作用域的$scope值，当然，如果你在指令内部修改了$scope的某个属性，那么这个属性值将覆盖外部作用域对应的属性值。

当思路到这里的时候，一个自然而然的问题浮现了。如果在$scope默认没有值的情况下，会自动继承父级$scope的值，但是如果我新设了一个属性值覆盖了父级$scope的属性值，父级$scope对应属性值再变时，会不会影响当前这个$scope被设置的新值？

这个答案是显而易见的：在你没有设那个属性值之前，修改父$scope对应属性，子作用域继承了父作用域，那个属性值是跟着变的，界面也随着变化。但是，一旦当你设置了新值的那一刻，继承关系就断了，这个属性将不再相互影响，子作用域当然不会影响父作用域，同时，父作用域也不会影响子作用域。实际上，理解这一点，用JavaScript的原型链继承是再适合不过的，这就考你的基础功了。

除了把指令的scope选项设置为true|false之外，还可以设置为一个{}，例如：

return {
  restrict: 'A',
  scope: {
    name: '@name',
    age: '=age',
    sing: '&sing',
    father: '@',
    mother: '@?',
  },
}

上面5种情况分别代表了5种表达方式，但表达与外部作用域关系的，只有3种，现在一一解释。

'@name'表示这个指令所依附的标签接受一个name属性，这个name属性传入的值，是一个字符串，字符串将作为当前指令里面的$scope的某属性值，在当前作用域修改这个值，不会影响外部作用域的对应值，举个例子：

// 外部
<div pass-value="myName"></div> // 即使你的$scope.myName = 'tomy'，directive内部接收到的也是myName这个字符串
<div pass-value="{{myName}}"></div> // 你的$scope.myName = 'lucy', 那么directive内部接收到的就是lucy

'=age'表示接受age属性，并且把它的值当作一个变量，实现穿透（继承），在当前作用域修改这个变量，会影响外部作用域对应的变量值，例如：

// 外部
<div pass-value="myValue"> // 其中myValue={ name: 'tomy' }

// directive内部
{
  template: '<a href="#" ng-click="onClick()">xxx</a>',
  scope: {
    value: '=passValue',
  },
  link($scope) {
    $scope.onClick = function() {
      $scope.value.name = 'lucy'
    }
  },
}

当点击指令内的链接时，外部作用域的myValue.name也被修改了。这是js数据类型决定的。但是要注意，如果你直接修改$scope.value = { name: 'lucy' }，则不会产生任何结果，并且，这样passValue和$scope.value的引用关系段了，对$scope.value的任何修改都不会再影响外部作用域都myValue，因此要特别注意这一点。

'&sing'表示接受sing属性，但是sing属性的值必须是一个函数，而且和=一样，它是一个继承的值。

'@'表示接受一个father属性，之所以在@后面省略内容，是因为这个属性值跟前面的father是一模一样的，而前面那些@name, =age，都可以不一样，比如可以是@my-name, =my-age，外部标签的属性名和内部$scope的属性名不同，但具有对应关系。

'@?'表示可以接受一个mother属性，也可以不传，?的意思就是可选。

如上所述，实际上，指令内部的$scope属性通过3个特殊的符号和外部作用域上的值进行绑定，你只需要分清楚@传进来的一定是字符串即可。

脏检查和双向绑定

我们经常听到angular的脏检查机制和数据的双向绑定，这两个词似乎已经是它的代名词了。那么从编程层面，这到底是什么鬼？

当$scope的一个属性被改变时，界面可能会更新。那么为什么angular里面，修改$scope上的一个属性，可以引起界面的变化呢？这是angular的数据响应机制决定的。在angular里面就是脏检查机制。而脏检查，和双向绑定离不开。

这里插句题外话，JavaScript里面非常有意思的一种接口，当你修改（或新增）一个对象的某个属性时，会触发该对象里面的setter。如果你对这块不是很了解，可以先学一下Object.defineProperty，包括这两年超级火的vuejs也是通过这个接口实现的。它是一个ES5的标准接口，据说IE8以下的浏览器都可能支持。

我们可以设计一种实现，当你修改或赋值$scope的某个属性时，就触发了$scope这个js对象的setter，我们可以自定义这个setter，它是一个函数，在这个函数内部，调用某些逻辑去更新界面。同时，为了确保新塞进来的对象也可以被监听到变化，在你赋值时，还要把赋值进来的对象也进行改造，改造为可以被监听的对象。

双向绑定顾名思义是两个过程，一个是将$scope属性值绑定到HTML结构中，当$scope属性值发生变化的时候界面也发生变化；另一个是，当用户在界面上进行操作，例如点击、输入、选择时，自动触发$scope属性的变化（界面也可能跟着变）。而脏检查的作用是“在当$scope属性值发生变化的时候促使界面发生变化”。

angular的数据响应机制

那么，在代码层面，angular是怎么做到监听数据变动然后更新界面的呢？答案是，angular根本不监听数据的变动，而是在恰当的时机从$rootScope开始遍历所有$scope，检查它们上面的属性值是否有变化，如果有变化，就用一个变量dirty记录为true，再次进行遍历，如此往复，直到某一个遍历完成时，这些$scope的属性值都没有变化时，结束遍历。由于使用了一个dirty变量作为记录，因此被称为脏检查机制。

这里面有三个问题：

  1. “恰当的时机”是什么时候？
  2. 如何做到知道属性值是否有变化？
  3. 这个遍历循环是怎么实现的？

要解决这三个问题，我们需要深入了解angular的$watch, $apply, $digest。

$watch绑定要检查的值

简单的说，当一个作用域创建的时候，angular会去解析模板中当前作用域下的模板结构，并且自动将那些插值（如{{text}}）或调用（如ng-model="age"）找出来，并利用$watch建立绑定，它的回调函数用于决定如果新值和旧值不同时（或相同时）要干什么事。当然，你也可以手动在脚本里面使用$scope.$watch对某个属性进行绑定。它的使用方法如下：

$scope.$watch(string|function, listener, objectEquality, prettyPrintExpression)

第一个参数是一个字符串或函数，如果是函数，需要运行后得到一个字符串，这个字符串用于确定将绑定$scope上的哪个属性。listener则是回调函数，表示当这个属性的值发生变化时，执行该函数。objectEquality是一个boolean，为true的时候，会对object进行深检查（懂什么叫深拷贝的话就懂深检查）。第四个参数是如何解析第一个参数的表达式，使用比较复杂，一般不传。

$digest遍历递归

当使用$watch绑定了要检查的属性之后，当这个属性发生变化，就会执行回调函数。但是前面已经说过了，angular里面没有监听这么一说。它没有用object的setter机制（angular2之后改进并采用了这个机制），而是脏检查机制。脏检查的核心，就是$digest循环。当用户执行了某些操作之后，angular内部会调用$digest()，最终导致界面重新渲染。那么它究竟是怎么一回事呢？

调用$watch之后，对应的信息被绑定到angular内部的一个$$watchers中，它是一个队列（数组），而当$digest被触发时，angular就会去遍历这个数组，并且用一个dirty变量记录$$watchers里面记录的那些$scope属性是否有变化，当有变化的时候，dirty被设置为true，在$digest执行结束的时候，它会再检查dirty，如果dirty为true，它会再调用自己，直到dirty为true。但是为了防止死循环，angular规定，当递归发生了10次或以上时，直接抛出一个错误，并跳出循环。

递归流程如下：

  1. 判断dirty是否为true，如果为false，则不进行$digest递归。（dirty默认为true）
  2. 遍历$$watchers，取出对应的属性值的老值和新值
  3. 根据objectEquality进行新老值的对比。
  4. 如果两个值不同，则继续往下执行。如果两个值相同，则设置dirty为false，跳出递归。
  5. 设置dirty为true
  6. 用新值代替老值，这样，在下一轮递归的时候，老值就是这一轮的新值
  7. 再次调用$digest

当递归流程结束之后，$digest还要执行：

  1. 将变化后的$scope重新渲染到界面

当一个作用域创建完之后，$scope.$digest会被运行一次。dirty的默认值被设定为true，因此，如果你在controller里面使用了$watch，并且进行了属性赋值，往往刷新页面就可以看到$watch的回调函数被执行了。但是，现在问题来了，上面说的“angular内部会调用$digest()”，这个内部是怎么实现的？

$apply触发$digest

在我们自己编程时，并不直接使用$digest，而是调用$scope.$apply()，$apply内部会触发$digest递归遍历。同时，你可以给$apply传一个参数，是个函数，这个函数会在$digest开始之前执行。现在回到上面的问题，angular内部怎么触发$digest？实际上，angular里面要求你通过ng-click, ng-modal, ng-keyup等来进行数据的双向绑定，为什么，因为这些angular的内部指令封装了$apply，比如ng-click，它其实包含了document.addEventListener('click')和$scope.$apply()两个过程。所谓的数据双向绑定，其实也就是ng-input和$scope.$apply的同时运行。

当用户在模板里面使用ng-click时，如下：

<div ng-click="update()">change</div>
$scope.update = function() {
  $scope.name = 'tom'
}

实际上，当用户点击之后，angular内部还会执行$scope.$apply()，从而触发$digest遍历递归，最终触发界面重绘。

手动调用$apply

但是有些情况下，我们不可能直接使用angular内部指令，有两种情况我们需要手动调用$apply，一种是调用angular内置的语法糖，比如$http, $timeout，另一种是我们没有使用angular内部机制去更新了$scope，比如我们用$element.on('click', () => $scope.name = 'lucy')。也就是说“异步”和“机制外”修改$scope属性值之后，我们都要手动调用$apply，虽然我们在调用$timeout的时候，没有手写$apply，但实际上它内部确实调用了$apply:

function($timeout) {
  // 当我们通过on('click')的方式触发某些更新的时候，可以这样做
  $timeout(() => {
    $scope.name = 'lily'
  })
  // 也可以这样做
  $element.on('click', () => {
    $scope.name = 'david'
    $scope.$apply()
  })
}

但是，一定要注意，在递归过程中，绝对不能手动调用$apply，比如在ng-click的函数中，比如在$watch的回调函数中。

伪代码实现

通过上面的讲解，你可能已经对angular里面的脏检查已经了解了，但是我们还是希望更深入，用代码来把事情说清楚。我这里不去抄写angular的源码，而是自己写一段伪代码，这样更有助于理解整个机制。

import { isEqual } from 'lodash'

class Scope {
  constructor() {
    this.$$dirty = true
    this.$$count = 0
    this.$$watchers = []
  }
  $watch(property, listener, deepEqual) {
    let watcher = {
      property,
      listener,
      deepEqual,
    }
    this.$$watchers.push(watcher)
  }
  $digest() {
    if (this.$$count >= 10) {
      throw new Error('$digest超过10次')
    }

    this.$$watchers.forEach(watcher => {
      let newValue = eval('return this.' + watcher.property)
      let oldValue = watcher.oldValue
      if (watcher.deepEqual && isEqual(newValue, oldValue)) {
        watcher.dirty = false
      } 
      else if (newValue === oldValue) {
        watcher.dirty = false
      }
      else {
        watcher.dirty = true
        eval('this.' + watcher.property + ' = ' newValue)
        watcher.listener(newValue, oldValue) // 注意，listener是在newValue赋值给$scope之后执行的
        watcher.oldValue = newValue
      }
      // 这里的实现和angular逻辑里面有一点不同，angular里面，当newValue和oldValue都为undefined时，listener会被调用，可能是angular里面在$watch的时候，会自动给$scope加上原本没有的属性，因此认为是一次变动
    })
    
    this.$$count ++

    this.$$dirty = false
    for (let watcher of this.$$watchers) {
      if (watcher.dirty) {
        this.$$dirty = true
        break
      }
    }

    if (this.$$dirty) {
      this.$digest()
    }
    else {
       this.$patch()
       this.$$dirty = true
       this.$$count = 0
    }
  }
  $apply() {
    if (this.$$count) {
      return // 当$digest执行的过程中，不能触发$apply
    }
    this.$$dirty = true
    this.$$count = 0
    this.$digest()
  }
  $patch() {
    // 重绘界面
  }
}
function ControllerRegister(controllerTemplate, controllerFunction) {
  let $scope = new Scope()
  $paser(controllerTemplate, $scope) // 解析controller的模板，把模板中的属性全部都解析出来，并且把这些属性赋值给$scope
  controllerFunction($scope) // 在controllerFunction内部可能又给$scope添加了一些属性，注意，不能在运行controllerFunction的时候调用$scope.$apply()

  let properties = Object.keys($scope) // 找出$scope上的所有属性
  // 要把$scope上的一些内置属性排除掉  
  properties = properties.filter(item => item.indexOf('$') !== 0) // 当然，这种排除方法只能保证在用户不使用$作为属性开头的时候有用

  properties.forEach(property => {
    $scope.$watch(property, () => {}, true)
  })

  $scope.$digest()
}

上面就是用伪代码实现了angular内部的机制，不能作为真实的引擎去使用，但是体现了整个脏检查的实现思路。

问题的解决

我们回到文章开头的问题，那段代码的问题究竟在哪里呢？通过本文的解释，你应该非常容易知道，代码中使用了on('click')而没有调用$apply，正确的做法是使用ng-click。但是，出了这个问题，还有另外一个问题，就是作用域的继承问题。

在directiveB中，直接使用$scope.members = newValue，虽然看上去父级作用域里面的members应该也要等于新的值，但是我们从js的角度出发来看下：

directiveB.$scope.members = controllerA.$scope.members
directiveB.$scope.members = newMembers
controllerA.$scope.members = ?

显然，这是一个超出预期的结果，一切都是js里面object是引用型数据的锅。那么要保证修改没问题，要怎么办呢？

directiveB.$scope.members = controllerA.$scope.members
for (let i = 0; i < newMembers.length; i ++) {
  directiveB.$scope.members.splice(i, 1, newMembers[i])
}
controllerA.$scope.members = ?

当使用数组的时候，要格外小心，因为数组是特殊的object，它比普通的object更加复杂。

好了，关于angular里面的一些用法就讲到这里。肯定有很多不足的地方，欢迎在下方留言和我交流。

2018-06-07 4418

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