高性能JavaScript模板發(fā)動(dòng)機(jī)原理解析

瀏覽：作者：來源：時(shí)間：2024-05-21 分類：

隨著 web 發(fā)展，前端應(yīng)用變得越來越復(fù)雜，基于后端的 javascript(Node.js) 也開始嶄露頭角，此時(shí) javascript 被寄予了更大的期望，與此同時(shí) javascript MVC 思想也開始流行起來。javascript 模板引擎作為數(shù)據(jù)...

隨著 web 發(fā)展，前端應(yīng)用變得越來越復(fù)雜，基于后端的 javascript(Node.js) 也開始嶄露頭角，此時(shí) javascript 被寄予了更大的期望，與此同時(shí) javascript MVC 思想也開始流行起來。javascript 模板發(fā)動(dòng)機(jī)作為數(shù)據(jù)與界面分離工作中最重要一環(huán)，越來越受開發(fā)者關(guān)注，近一年來在開源社區(qū)中更是百花齊放，在 Twitter、淘寶網(wǎng)、新浪微博、騰訊QQ空間、騰訊微博等大型網(wǎng)站中均能看到它們的身影。

本文將用最簡(jiǎn)單的示例代碼描述現(xiàn)有的 javascript 模板發(fā)動(dòng)機(jī)的原理，包括新一代 javascript 模板發(fā)動(dòng)機(jī) artTemplate 的特性實(shí)現(xiàn)原理，歡迎共同探討。

artTemplate 介紹

artTemplate 是新一代 javascript 模板發(fā)動(dòng)機(jī)，它采用預(yù)編譯方式讓性能有了質(zhì)的飛躍，并且充分利用 javascript 發(fā)動(dòng)機(jī)特性，使得其性能無論在前端還是后端都有極其出色的表現(xiàn)。在 chrome 下渲染效率測(cè)試中分別是知名發(fā)動(dòng)機(jī) Mustache 與 micro tmpl 的 25 、 32 倍。

除了性能優(yōu)勢(shì)外，調(diào)試功能也值得一提。模板調(diào)試器可以精確定位到引發(fā)渲染錯(cuò)誤的模板語句，解決了編寫模板過程中無法調(diào)試的痛苦，讓開發(fā)變得高效，也避免了因?yàn)閱蝹€(gè)模板出錯(cuò)導(dǎo)致整個(gè)應(yīng)用崩潰的情況發(fā)生。

artTemplate 這一切都在 1.7kb(gzip) 中實(shí)現(xiàn)！

javascript 模板發(fā)動(dòng)機(jī)基本原理

雖然每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)從模板語法、語法解析、變量賦值、字符串拼接的實(shí)現(xiàn)方式各有所不同，但關(guān)鍵的渲染原理仍然是動(dòng)態(tài)執(zhí)行 javascript 字符串。

關(guān)于動(dòng)態(tài)執(zhí)行 javascript 字符串，本文以一段模板代碼舉例：

這是一段非常樸素的模板寫法，其中，”” 為 closeTag (邏輯語句閉合標(biāo)簽)，若 openTag 后面緊跟 “=” 則會(huì)輸出變量的內(nèi)容。

HTML語句與變量輸出語句被直接輸出，解析后的字符串類似：

語法分析完畢一般還會(huì)返回渲染方法：

渲染測(cè)試：

由原理實(shí)現(xiàn)可見，傳統(tǒng) javascript 模板發(fā)動(dòng)機(jī)中留下兩個(gè)待解決的問題：

1、性能：模板發(fā)動(dòng)機(jī)渲染的時(shí)候依賴 Function 構(gòu)造器實(shí)現(xiàn)，F(xiàn)unction 與 eval、setTimeout、setInterval 一樣，提供了使用文本訪問 javascript 解析發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，但這樣執(zhí)行 javascript 的性能非常低下。

2、調(diào)試：由于是動(dòng)態(tài)執(zhí)行字符串，若遇到錯(cuò)誤調(diào)試器無法捕獲錯(cuò)誤源，導(dǎo)致模板 BUG 調(diào)試變得異常痛苦。在沒有進(jìn)行容錯(cuò)的發(fā)動(dòng)機(jī)中，局部模板若因?yàn)閿?shù)據(jù)異常甚至可以導(dǎo)致整個(gè)應(yīng)用崩潰，隨著模板的數(shù)目增加，維護(hù)成本將劇增。

artTemplate 高效的秘密

1、預(yù)編譯

在上述模板發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)原理中，因?yàn)橐獙?duì)模板變量進(jìn)行賦值，所以每次渲染都需要?jiǎng)討B(tài)編譯 javascript 字符串完成變量賦值。而 artTemplate 的編譯賦值過程卻是在渲染之前完成的，這種方式稱之為“預(yù)編譯”。artTemplate 模板編譯器會(huì)根據(jù)一些簡(jiǎn)單的規(guī)則提取好所有模板變量，聲明在渲染函數(shù)頭部，這個(gè)函數(shù)類似：

這個(gè)自動(dòng)生成的函數(shù)就如同一個(gè)手工編寫的 javascript 函數(shù)一樣，同等的執(zhí)行次數(shù)下無論 CPU 還是內(nèi)存占用都有顯著減少，性能近乎極限。

值得一提的是：artTemplate 很多特性都基于預(yù)編譯實(shí)現(xiàn)，如沙箱規(guī)范與自定義語法等。

2、更快的字符串相加方式

很多人誤以為數(shù)組 push 方法拼接字符串會(huì)比 += 快，要知道這僅僅是 IE6-8 的瀏覽器下。實(shí)測(cè)表明現(xiàn)代瀏覽器使用 += 會(huì)比數(shù)組 push 方法快，而在 v8 發(fā)動(dòng)機(jī)中，使用 += 方式比數(shù)組拼接快 4.7 倍。所以 artTemplate 根據(jù) javascript 發(fā)動(dòng)機(jī)特性采用了兩種不同的字符串拼接方式。

artTemplate 調(diào)試模式原理

前端模板發(fā)動(dòng)機(jī)不像后端模板發(fā)動(dòng)機(jī)，它是動(dòng)態(tài)解析，所以調(diào)試器無法定位到錯(cuò)誤行號(hào)，而 artTemplate 通過巧妙的方式讓模板調(diào)試器可以精確定位到引發(fā)渲染錯(cuò)誤的模板語句，例如：

artTemplate 支持兩種類型的錯(cuò)誤捕獲，一是渲染錯(cuò)誤(Render Error)與編譯錯(cuò)誤(Syntax Error)。

1、渲染錯(cuò)誤

渲染錯(cuò)誤一般是因?yàn)槟０鍞?shù)據(jù)錯(cuò)誤或者變量錯(cuò)誤產(chǎn)生的，渲染的時(shí)候只有遇到錯(cuò)誤才會(huì)進(jìn)入調(diào)試模式重新編譯模板，而不會(huì)影響正常的模板執(zhí)行效率。模板編譯器根據(jù)模板換行符記錄行號(hào)，編譯后的函數(shù)類似：

當(dāng)執(zhí)行過程遇到錯(cuò)誤，立馬拋出異常模板對(duì)應(yīng)的行號(hào)，模板調(diào)試器再根據(jù)行號(hào)反查模板對(duì)應(yīng)的語句并打印到控制臺(tái)。

2、編譯錯(cuò)誤

編譯錯(cuò)誤一般是模板語法錯(cuò)誤，如不合格的套嵌、未知語法等。由于 artTemplate 沒有進(jìn)行完整的詞法分析，故無法確定錯(cuò)誤源所在的位置，只能對(duì)錯(cuò)誤信息與源碼進(jìn)行原文輸出，供開發(fā)者判斷。