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解析從小程序開發(fā)者工具源碼看原理實現(xiàn)

更新時間：2021年06月09日 15:09:14 作者：lsgxeva

小程序的架構(gòu)設(shè)計與web技術(shù)還是有一定的差別，其吸取了web技術(shù)的一些優(yōu)勢，同時也摒棄web技術(shù)中體驗等不好的地方。下面通過問題的形式來說說小程序架構(gòu)中的一些設(shè)計點

如何查看小程序開發(fā)者工具源碼

下面我們通過微信小程序開發(fā)者工具的源碼來說說小程序的底層實現(xiàn)原理。以開發(fā)者工具版本號State v1.02.1904090的源碼來窺探小程序的實現(xiàn)思路。如何查看微信源碼，對于mac用戶而言，查看微信小程序開發(fā)者工具的包內(nèi)容，然后進入Contents/Resources/app.nw/js/core/index.js，注釋掉如下代碼就可以查看開發(fā)者工具渲染后的代碼。

// 打開 inspect 窗口
if (nw.App.argv.indexOf('inspect') !== -1) {
    tools.openInspectWin()
}

然后重啟小程序開發(fā)者工具，就出現(xiàn)如下左側(cè)頁面，點擊其中一個頁面就能看到view層的dom結(jié)構(gòu)，如下圖右側(cè)。

小程序架構(gòu)設(shè)計

1、小程序渲染是在同一個線程嗎？雙線程機制

開發(fā)過小程序的都知道，小程序是雙線程設(shè)計，即視圖渲染與業(yè)務(wù)邏輯分別在運行在不同的線程中。這個設(shè)計主要是解決web技術(shù)中的一個痛點：

web頁面開發(fā)渲染線程和腳本線程是互斥的，長時間的腳本運行可能會導(dǎo)致頁面失去響應(yīng)或者白屏，體驗糟糕。

小程序為了更好體驗，將頁面的渲染線程和腳本線程分開設(shè)計在不同線程中執(zhí)行，具體實現(xiàn)：

視圖view層在webview中渲染，一個頁面對應(yīng)一個webview
業(yè)務(wù)邏輯Appservice層運行在同一個JSCore線程中，具體ios是JavaScriptCore，android是X5 JSCore，開發(fā)者工具是webview中；

這樣解決了長時間的腳本阻塞頁面渲染的情況，但是也帶來一些新的問題：

天生的延遲，線程間要通信
業(yè)務(wù)邏輯層因為運行在JSCore中無法訪問DOM和BOM的api；

開發(fā)者工具使用webview加載業(yè)務(wù)邏輯層的代碼，雖然依賴的環(huán)境有DOM和BOM api，為了保持一致；小程序?qū)λ械哪K進行了局部化處理使其不能訪問這些api。這樣雙線程通過native，開發(fā)者工具通過后臺websocket服務(wù)充當(dāng)二者消息中轉(zhuǎn)媒介，并且提供一些基礎(chǔ)功能。具體可以參考官網(wǎng)圖：

2、小程序是web渲染嗎？界面渲染機制

頁面渲染的方式主要有三種：

純web渲染
純native原生渲染
Hybrid渲染，即web和native渲染結(jié)合

因為小程序的宿主環(huán)境是微信，不太可能使用純native渲染，否則所有小程序需要跟微信一起編碼發(fā)版。采用純web渲染貌似是可行的，支持快速在線更新，通過加裝最新資源到本地即可渲染；但是純web渲染在一些有復(fù)雜交互的頁面上可能會面臨一些性能問題，這是因為在web技術(shù)中，UI渲染跟 JavaScript 的腳本執(zhí)行都在一個單線程中執(zhí)行，這就容易導(dǎo)致一些邏輯任務(wù)搶占UI渲染的資源。所以小程序采用Hybrid方式渲染，用官網(wǎng)的描述如下：

界面主要由成熟的 Web 技術(shù)渲染，輔之以大量的接口提供豐富的客戶端原生能力。

同時，每個小程序頁面都是用不同的WebView去渲染，這樣可以提供更好的交互體驗，更貼近原生體驗，也避免了單個WebView的任務(wù)過于繁重。

既然采用Hybrid方式渲染，那么頁面的渲染可能會用到原生native來渲染，什么情況會用到原生渲染呢？

答案是使用到小程序提供的map、video、canvas、textarea等組件，頁面中原生渲染的渲染原理可以參考官網(wǎng)原生組件。但是在小程序開發(fā)者工具中原生組件是使用html標簽來模擬實現(xiàn)的。具體可以看下一節(jié)的map組件渲染結(jié)果。

3、小程序是用web的html標簽渲染嗎？Exparser組件框架

上面說到小程序主要由成熟的web技術(shù)渲染，能否直接使用html提供的標簽如div、table等組織頁面呢，答案不可以。主要考量：

管控與安全：web技術(shù)可以通過腳本獲取修改頁面敏感內(nèi)容或者隨意跳轉(zhuǎn)其它頁面
能力有限，會限制小程序的表現(xiàn)形式
標簽眾多，增加理解成本

所以，小程序不能直接使用html標簽渲染頁面，其提供了10多個內(nèi)置組件來收斂web標簽，并且提供一個JavaScript沙箱環(huán)境來避免js訪問任何瀏覽器api。

既然小程序不能直接使用html標簽來渲染頁面，那它提供的如view、cover-view等內(nèi)置組件是否意味著最終都轉(zhuǎn)換為html提供的內(nèi)置標簽來渲染呢？答案當(dāng)不是。我們來看如下代碼:

<view class="map-container">
  <map latitude='39.9088230000' style="height: 100%; width:100%;" longitude='116.3974700000' scale='16' id="id" bindregionchange="onRegionChange"></map>
  <view catchtap="onTap">test</view>
</view>

上面代碼在開發(fā)者工具中最終渲染元素如下圖：

可以看出，小程序提供的組件并沒有最終轉(zhuǎn)換為為html對應(yīng)的標簽來渲染，而是使用自定義的元素來渲染。這些內(nèi)置組件都是由Exparser框架負責(zé)管理，它內(nèi)置在小程序基礎(chǔ)庫中，為小程序的各種組件提供基礎(chǔ)的支持。

Exparser框架基于Shadow DOM模型，模型上與WebComponents的ShadowDOM高度相似，具體可以參考官網(wǎng)組件系統(tǒng)。
內(nèi)置組件的命名規(guī)范都是以wx-開頭的，外部引用內(nèi)置組件如view，最終會調(diào)用底層的wx-view組件；Exparser的view組件創(chuàng)建方式如下：

4、小程序可以操作dom嗎？數(shù)據(jù)驅(qū)動

小程序為了管控與安全，提供一個JavaScript沙箱環(huán)境來運行JavaScript代碼，js代碼不能訪問任何瀏覽器相關(guān)的接口，那就意味著js是不能操作dom和bom的，否則可能報錯。小程序?qū)崿F(xiàn)沙箱環(huán)境呢？即通過將業(yè)務(wù)邏輯封裝到一個局部環(huán)境中，局部環(huán)境修改dom和bom的相關(guān)api指向。具體封裝形式如下：

那么問題來了，小程序是怎么給業(yè)務(wù)代碼加上以上封裝的呢？其實很簡單，在小程序開發(fā)者工具中有一個后臺服務(wù)，訪問小程序的每個模塊的path時，后臺服務(wù)會調(diào)用wrapSourceCodeInDefine方法將請求的JS文件的內(nèi)容分別包裹在define域中，方法的代碼如下圖所示：

這里的define是小程序底層實現(xiàn)模塊化的方法之一，還有一個是require方法；通過define來定義一個模塊，require來引用一個define定義的模塊。從上面小程序?qū)I(yè)務(wù)模塊代碼的封裝可以看出：

define定義的模塊對傳遞了跟瀏覽器相關(guān)的接口同名的API，如window、document、localStroage等等
可能有人會說通過Function('return this')()來訪問全局作用域window對象，但是小程序堵死了這條路，重寫了Function，eval重置為undefined。例如下圖：

require在引用模塊時只傳遞require、module、exports三個參數(shù)，那么其他參數(shù)值就為undefined，不能在業(yè)務(wù)代碼中訪問這些接口

可以看看require定義的源碼：

在實際的微信環(huán)境，業(yè)務(wù)邏輯層運行在JSCore中，其沒有瀏覽器相關(guān)的信息，訪問dom無從談起；但是小程序開發(fā)者工具使用webview來運行業(yè)務(wù)邏輯代碼，它有dom相關(guān)接口；所以通過上面沙箱環(huán)境來統(tǒng)一使js無法操作dom。

業(yè)務(wù)代碼無法訪問dom，怎么實現(xiàn)頁面動態(tài)更新呢？

答案就是采用類vue這種MVVM框架的數(shù)據(jù)驅(qū)動思想，即讓視圖狀態(tài)和視圖綁定在一起，狀態(tài)變更時，視圖也能自動變更，這樣就不用直接操作dom。

視圖的動態(tài)更新具體是采用virtual dom技術(shù)實現(xiàn)，virtual DOM相信大家都已有了解，大概是這么個過程如下圖：

實際處理可以簡單描述如下：

用JS對象模擬DOM樹 -> 比較兩棵虛擬DOM樹的差異 -> 把差異應(yīng)用到真正的DOM樹上。

其中，virtual dom是通過內(nèi)置的wcc可以將wxml轉(zhuǎn)換為js對象形式，以此來表示DOM樹結(jié)構(gòu)。

下面以官網(wǎng)的一幅圖來說視圖動態(tài)更新的過程：

// wxml
 <view>{{msg}}</view>

// js
data: {
   msg: 'Hello World'
}

上面說明了視圖如何更新的，其實在數(shù)據(jù)響應(yīng)的過程中，還有最重要的一環(huán)，即業(yè)務(wù)邏輯層的如何將變化的數(shù)據(jù)同步到視圖層呢，這就涉及到雙線程的通信了

5、小程序基礎(chǔ)庫作用到底是什么？

我們在開發(fā)者工具開發(fā)小程序時，一般都會選擇一個基礎(chǔ)庫，如小程序開發(fā)者工具選擇界面：

小程序基礎(chǔ)庫是用JavaScript寫的，但是我們并沒有在我們的小程序中直接引用，那么我們是怎么使用基礎(chǔ)庫提供功能的呢？答案是：

微信宿主環(huán)境會提前內(nèi)置基礎(chǔ)庫，打開小程序時會自動將基礎(chǔ)庫注入到小程序的視圖層和業(yè)務(wù)邏輯層中，小程序開發(fā)者工具則是由底層HTTP服務(wù)負責(zé)注入。

下圖是小程序底層HTTP服務(wù)通過script腳本注入的相關(guān)代碼：

小程序基礎(chǔ)庫功能包括兩個部分視圖層的WAWebview.js和業(yè)務(wù)邏輯層的WAService.js。下面就簡單說下對應(yīng)功能：

WAService為業(yè)務(wù)邏輯層提供基礎(chǔ)功能

下看看一下WAService.js源碼內(nèi)容縮略圖：

從源碼可以看出基礎(chǔ)庫提供的WAService.js有很多功能，主要包括以下幾部分

WeixinJSBridge：消息通信的統(tǒng)一封裝易于調(diào)用，主要微信環(huán)境與native，開發(fā)環(huán)境與開發(fā)者工具后臺服務(wù)的通信。
wx: wx對象下面的api方法封裝
appServiceEngine：定義了全局的方法如define，require, App，Page，Component，getApp，getCurrentPages等
virtualDOM: VirtualDOM，Diff和Render UI實現(xiàn)
expraser: expraser框架組件的方法定義，這意味著邏輯層也具有一定的組件樹組織能力。
Reporter: 小程序日志組件

WAWebview為視圖層提供基礎(chǔ)功能

小程序基礎(chǔ)庫為視圖層提供的基礎(chǔ)功能有些與WAService相同，主要功能如下：