前端路由简介以及vue-router实现原理

后端路由简介

路由这个概念最先是后端出现的。在以前用模板引擎开发页面时，经常会看到这样

http://www.xxx.com/login

大致流程可以看成这样：

1. 浏览器发出请求
2. 服务器监听到 80 端口（或443）有请求过来，并解析url路径
3. 根据服务器的路由配置，返回相应信息（可以是 html 字串，也可以是 json 数据，图片等）
4. 浏览器根据数据包的 Content-Type 来决定如何解析数据
5. 简单来说路由就是用来跟后端服务器进行交互的一种方式，通过不同的路径，来请求不同的资源，请求不同的页面是路由的其中一种功能。

前端路由

hash 模式

随着 ajax 的流行，异步数据请求交互运行在不刷新浏览器的情况下进行。而异步交互体验的更高级版本就是 SPA —— 单页应用。单页应用不仅仅是在页面交互是无刷新的，连页面跳转都是无刷新的，为了实现单页应用，所以就有了前端路由。
类似于服务端路由，前端路由实现起来其实也很简单，就是匹配不同的 url 路径，进行解析，然后动态的渲染出区域 html 内容。但是这样存在一个问题，就是 url 每次变化的时候，都会造成页面的刷新。那解决问题的思路便是在改变 url 的情况下，保证页面的不刷新。在 2014 年之前，大家是通过 hash 来实现路由，url hash 就是类似于：

http://www.xxx.com/#/login

这种 #。后面 hash 值的变化，并不会导致浏览器向服务器发出请求，浏览器不发出请求，也就不会刷新页面。另外每次 hash 值的变化，还会触发hashchange 这个事件，通过这个事件我们就可以知道 hash 值发生了哪些变化。然后我们便可以监听hashchange来实现更新页面部分内容的操作：

function matchAndUpdate () {
   // todo 匹配 hash 做 dom 更新操作
}

window.addEventListener('hashchange', matchAndUpdate)

history 模式

14年后，因为 HTML5 标准发布。多了两个 API，pushState 和 replaceState，通过这两个 API 可以改变 url 地址且不会发送请求。同时还有popstate 事件。通过这些就能用另一种方式来实现前端路由了，但原理都是跟 hash 实现相同的。用了 HTML5 的实现，单页路由的 url 就不会多出一个#，变得更加美观。但因为没有 # 号，所以当用户刷新页面之类的操作时，浏览器还是会给服务器发送请求。为了避免出现这种情况，所以这个实现需要服务器的支持，需要把所有路由都重定向到根页面。

function matchAndUpdate () {
   // todo 匹配路径 做 dom 更新操作
}

window.addEventListener('popstate', matchAndUpdate)

Vue router 实现

我们来看一下vue-router是如何定义的：

import VueRouter from 'vue-router'
Vue.use(VueRouter)

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

new Vue({
  router
  ...
})

可以看出来vue-router是通过 Vue.use的方法被注入进 Vue 实例中，在使用的时候我们需要全局用到 vue-router的router-view和router-link组件，以及this.$router/$route这样的实例对象。那么是如何实现这些操作的呢？

造轮子 – 动手实现一个数据驱动的 router

经过上面的阐述，相信您已经对前端路由以及vue-router有了一些大致的了解。那么这里我们为了贯彻无解肥，我们来手把手撸一个下面这样的数据驱动的 router：

new Router({
  id: 'router-view', // 容器视图
  mode: 'hash', // 模式
  routes: [
    {
      path: '/',
      name: 'home',
      component: '<div>Home</div>',
      beforeEnter: (next) => {
        console.log('before enter home')
        next()
      },
      afterEnter: (next) => {
        console.log('enter home')
        next()
      },
      beforeLeave: (next) => {
        console.log('start leave home')
        next()
      }
    },
    {
      path: '/bar',
      name: 'bar',
      component: '<div>Bar</div>',
      beforeEnter: (next) => {
        console.log('before enter bar')
        next()
      },
      afterEnter: (next) => {
        console.log('enter bar')
        next()
      },
      beforeLeave: (next) => {
        console.log('start leave bar')
        next()
      }
    },
    {
      path: '/foo',
      name: 'foo',
      component: '<div>Foo</div>'
    }
  ]
})

思路整理

首先是数据驱动，所以我们可以通过一个route对象来表述当前路由状态，比如：

current = {
  path: '/', // 路径
  query: {}, // query
  params: {}, // params
  name: '', // 路由名
  fullPath: '/', // 完整路径
  route: {} // 记录当前路由属性
}

current.route内存放当前路由的配置信息，所以我们只需要监听current.route的变化来动态render页面便可。

接着我么需要监听不同的路由变化，做相应的处理。以及实现hash和history模式。

数据驱动

这里我们延用vue数据驱动模型，实现一个简单的数据劫持，并更新视图。首先定义我们的observer

class Observer {
  constructor (value) {
    this.walk(value)
  }

  walk (obj) {
    Object.keys(obj).forEach((key) => {
      // 如果是对象，则递归调用walk，保证每个属性都可以被defineReactive
      if (typeof obj[key] === 'object') {
        this.walk(obj[key])
      }
      defineReactive(obj, key, obj[key])
    })
  }
}

function defineReactive(obj, key, value) {
  let dep = new Dep()
  Object.defineProperty(obj, key, {
    get: () => {
      if (Dep.target) {
        // 依赖收集
        dep.add()
      }
      return value
    },
    set: (newValue) => {
      value = newValue
      // 通知更新，对应的更新视图
      dep.notify()
    }
  })
}

export function observer(value) {
  return new Observer(value)
}

再接着，我们需要定义Dep和Watcher:

export class Dep {
  constructor () {
    this.deppend = []
  }
  add () {
    // 收集watcher
    this.deppend.push(Dep.target)
  }
  notify () {
    this.deppend.forEach((target) => {
      // 调用watcher的更新函数
      target.update()
    })
  }
}

Dep.target = null

export function setTarget (target) {
  Dep.target = target
}

export function cleanTarget() {
  Dep.target = null
}

// Watcher
export class Watcher {
  constructor (vm, expression, callback) {
    this.vm = vm
    this.callbacks = []
    this.expression = expression
    this.callbacks.push(callback)
    this.value = this.getVal()

  }
  getVal () {
    setTarget(this)
    // 触发 get 方法，完成对 watcher 的收集
    let val = this.vm
    this.expression.split('.').forEach((key) => {
      val = val[key]
    })
    cleanTarget()
    return val
  }

  // 更新动作
  update () {
    this.callbacks.forEach((cb) => {
      cb()
    })
  }
}

到这里我们实现了一个简单的订阅-发布器，所以我们需要对current.route做数据劫持。一旦current.route更新，我们可以及时的更新当前页面：

// 响应式数据劫持
observer(this.current)

// 对 current.route 对象进行依赖收集，变化时通过 render 来更新
new Watcher(this.current, 'route', this.render.bind(this))

恩….到这里，我们似乎已经完成了一个简单的响应式数据更新。其实render也就是动态的为页面指定区域渲染对应内容，这里只做一个简化版的render:

render() {
   let i
   if ((i = this.history.current) && (i = i.route) && (i = i.component)) {
     document.getElementById(this.container).innerHTML = i
   }
 }

hash 和 history

接下来是hash和history模式的实现，这里我们可以沿用vue-router的思想，建立不同的处理模型便可。来看一下我实现的核心代码：

this.history = this.mode === 'history' ? 
new HTML5History(this) : 
new HashHistory(this)
当页面变化时，我们只需要监听hashchange和popstate事件，做路由转换transitionTo:

  /**
   * 路由转换
   * @param target 目标路径
   * @param cb 成功后的回调
   */
  transitionTo(target, cb) {
    // 通过对比传入的 routes 获取匹配到的 targetRoute 对象
    const targetRoute = match(target, this.router.routes)
    this.confirmTransition(targetRoute, () => {
      // 这里会触发视图更新
      this.current.route = targetRoute
      this.current.name = targetRoute.name
      this.current.path = targetRoute.path
      this.current.query = targetRoute.query || getQuery()
      this.current.fullPath = getFullPath(this.current)
      cb && cb()
    })
  }

  /**
   * 确认跳转
   * @param route
   * @param cb
   */
  confirmTransition (route, cb) {
    // 钩子函数执行队列
    let queue = [].concat(
      this.router.beforeEach,
      this.current.route.beforeLeave,
      route.beforeEnter,
      route.afterEnter
    )
    
    // 通过 step 调度执行
    let i = -1
    const step = () => {
      i ++
      if (i > queue.length) {
        cb()
      } else if (queue[i]) {
        queue[i](step)
      } else {
        step()
      }

    }
    step(i)
  }
}

这样我们一方面通过this.current.route = targetRoute达到了对之前劫持数据的更新，来达到视图更新。另一方面我们又通过任务队列的调度，实现了基本的钩子函数beforeEach、beforeLeave、beforeEnter、afterEnter。
到这里其实也就差不多了，接下来我们顺带着实现几个API吧：

/**
 * 跳转，添加历史记录
 * @param location 
 * @example this.push({name: 'home'})
 * @example this.push('/')
 */
push (location) {
  const targetRoute = match(location, this.router.routes)

  this.transitionTo(targetRoute, () => {
    changeUrl(this.router.base, this.current.fullPath)
  })
}

/**
 * 跳转，添加历史记录
 * @param location
 * @example this.replaceState({name: 'home'})
 * @example this.replaceState('/')
 */
replaceState(location) {
  const targetRoute = match(location, this.router.routes)

  this.transitionTo(targetRoute, () => {
    changeUrl(this.router.base, this.current.fullPath, true)
  })
}

go (n) {
  window.history.go(n)
}

function changeUrl(path, replace) {
  const href = window.location.href
  const i = href.indexOf('#')
  const base = i >= 0 ? href.slice(0, i) : href
  if (replace) {
    window.history.replaceState({}, '', `${base}#/${path}`)
  } else {
    window.history.pushState({}, '', `${base}#/${path}`)
  }
}

到这里也就基本上结束了。源码

参考链接

前端路由简介以及vue-router实现原理