Javascript装饰器原理

时间:2021-01-08 15:28:00 来源:互联网 作者: 神秘的大神 字体:

一个以@开头的描述性词语。英语的decorator动词是decorate,装饰的意思。其中词根dek(dec发音)原始印欧语系中意思是“接受”。即,原来的某个事物接受一些新东西(而变得更好)。从另外一个角度描述,装饰器主要是在被装饰对象的外部起作用,而非入侵其内部发生什么改变。装饰器模式同时也是一种开发模式,其地位虽然弱于MVC、IoC等,但不失为一种优秀的模式。

JavaScript的装饰器可能是借鉴自Python也或许是Java。较为明显的不同的是大部分语言的装饰器必须是一行行分开,而JS的装饰器可以在一行中。

装饰器存在的意义

会偷懒的程序员,才是优秀的程序员。

举个例子:我拿着员工卡进入公司总部大楼。因为每个员工所属的部门、级别不同,并不能进入大楼的任何房间。每个房间都有一扇门;那么,公司需要安排每个办公室里至少一个人关于验证来访者的工作:

  1. 先登记来访者
  2. 验证是否有权限进入,如果没有则要求其离开
  3. 记录其离开时间

还有一个选择方式,就是安装电子门锁,门锁只是将员工卡的信息传输给机房,由特定的程序验证。

前者暂且称之为笨模式,代码如下:

function A101(who){
  record(who,new Date(),'enter');
  if (!permission(who)) {
    record(who,new Date(),'no permission')
    return void;
  }
  // 继续执行
  doSomeWork();
  record(who,new Date(),'leave')
}

function A102(who){
record(who,new Date(),'enter');
  if (!permission(who)) {
    record(who,new Date(),'no permission')
    return void;
  }
  // 继续执行
  doSomeWork();
  record(who,new Date(),'leave')
}

// ... 

有经验的大家肯定第一时间想到了,把那些重复语句封装为一个方法,并统一调用。是的,这样可以解决大部分问题,但是还不够“优雅”。同时还有另外一个问题,如果“房间”特别多,又或者只有大楼奇数号房间要验证偶数不验证,那岂不是很“变态”?如果使用装饰器模式来做,代码会如下面这样的:

@verify(who)
class Building {
  @verify(who)
  A101(){/*...*/}
  @verify(who)
  A102(){/*...*/}
  //...
}

verify是验证的装饰器,而其本质就是一组函数。

JavaScript装饰器

正如先前的那个例子,装饰器其实本身就是一个函数,它在执行被装饰的对象之前先被执行。

在JavaScript中,装饰器的类型有:

  • 存取方法(属性的get和set)
  • 字段
  • 方法
  • 参数

由于目前装饰器概念还处于提案阶段,不是一个正式可用的JS功能,所以想要使用这个功能,不得不借助翻译器工具,例如Babel工具或者TypeScript编译JS代码转后才能被执行。我们需要先搭建运行环境,配置一些参数。(以下过程,假设已经正确安装了NodeJS开发环境以及包管理工具)

cd project && npm init
npm i -D @babel/cli @babel/core @babel/plugin-proposal-class-properties @babel/plugin-proposal-decorators @babel/preset-env babel-plugin-parameter-decorator

创建一个.babelrc配置文件,如下:

{
  "presets": ["@babel/preset-env"],
  "plugins": [
    ["@babel/plugin-proposal-decorators", { "legacy": true }],
    ["@babel/plugin-proposal-class-properties", { "loose": true }],
    "babel-plugin-parameter-decorator"
  ]
}

利用下面的转换命令,我们可以得到ES5的转换程序:

npx babel source.js --out-file target.js

类装饰器

创建一个使用装饰器的JS程序decorate-class.js

@classDecorator
class Building {
  constructor() {
    this.name = "company";
  }
}

const building = new Building();

function classDecorator(target) {
  console.log("target", target);
}

以上是最最简单的装饰器程序,我们利用babel将其“翻译”为ES5的程序,然后再美化一下后得到如下程序

"use strict";

var _class;

function _classCallCheck(instance, Constructor) {
  if (!(instance instanceof Constructor)) {
    throw new TypeError("Cannot call a class as a function");
  }
}

var Building =
  classDecorator(
    (_class = function Building() {
      _classCallCheck(this, Building);

      this.name = "company";
    })
  ) || _class;

var building = new Building();

function classDecorator(target) {
  console.log("target", target);
}

第12行就是在类生成过程中,调用函数形态的装饰器,并将构造函数(类本身)送入其中。同样揭示了装饰器的第一个参数是类的构造函数的由来。

方法 (method)装饰器

稍微修改一下代码,依旧是尽量保持最简单:

class Building {
  constructor() {
    this.name = "company";
  }
  @methodDecorator
  openDoor() {
    console.log("The door being open");
  }
}

const building = new Building();

function methodDecorator(target, property, descriptor) {
  console.log("target", target);
  if (property) {
    console.log("property", property);
  }
  if (descriptor) {
    console.log("descriptor", descriptor);
  }
  console.log("=====end of decorator=========");
}

然后转换代码,可以发现,这次代码量突然增大了很多。排除掉_classCallCheck_defineProperties_createClass三个函数,关注_applyDecoratedDescriptor函数:

function _applyDecoratedDescriptor(
  target,
  property,
  decorators,
  descriptor,
  context
) {
  var desc = {};
  Object.keys(descriptor).forEach(function (key) {
    desc[key] = descriptor[key];
  });
  desc.enumerable = !!desc.enumerable;
  desc.configurable = !!desc.configurable;
  if ("value" in desc || desc.initializer) {
    desc.writable = true;
  }
  desc = decorators
    .slice()
    .reverse()
    .reduce(function (desc, decorator) {
      return decorator(target, property, desc) || desc;
    }, desc);
  if (context && desc.initializer !== void 0) {
    desc.value = desc.initializer ? desc.initializer.call(context) : void 0;
    desc.initializer = undefined;
  }
  if (desc.initializer === void 0) {
    Object.defineProperty(target, property, desc);
    desc = null;
  }
  return desc;
}

它在生成构造函数之后,执行了这个函数,特别注意,这个装饰器函数是以数组形式的参数传递的。然后到上述代码的17~22行,将装饰器逐个应用,其中对装饰器的调用就在第21行。它发送了3个参数,target指类本身。property指方法名(或者属性名),desc是可能被先前装饰器被处理过的descriptor,如果是第一次循环或只有一个装饰器,那么就是方法或属性本身的descriptor。

存取器(accessor)装饰

JS关于类的定义中,支持get和set关键字针对设置某个字段的读写操作逻辑,装饰器也同样支持这类方法的操作。

class Building {
  constructor() {
    this.name = "company";
  }
  @propertyDecorator
  get roomNumber() {
    return this._roomNumber;
  }

  _roomNumber = "";
  openDoor() {
    console.log("The door being open");
  }
}

有心的读者可能已经发现了,存取器装饰的代码与上面的方法装饰代码非常接近。关于属性 get和set方法,其本身也是一种方法的特殊形态。所以他们之间的代码就非常接近了。

属性装饰器

继续修改源代码:

class Building {
  constructor() {
    this.name = "company";
  }
  @propertyDecorator
  roomNumber = "";
}

const building = new Building();

function propertyDecorator(target, property, descriptor) {
  console.log("target", target);
  if (property) {
    console.log("property", property);
  }
  if (descriptor) {
    console.log("descriptor", descriptor);
  }
  console.log("=====end of decorator=========");
}

转换后的代码,还是与上述属性、存取器的代码非常接近。但除了_applyDecoratedDescriptor外,还多了一个_initializerDefineProperty函数。这个函数在生成构造函数时,将声明的各种字段绑定给对象。

参数装饰器

参数装饰器的使用位置较之前集中装饰器略有不同,它被使用在行内。

class Building {
  constructor() {
    this.name = "company";
  }
  openDoor(@parameterDecorator num, @parameterDecorator zoz) {
    console.log(`${num} door being open`);
  }
}

const building = new Building();

function parameterDecorator(target, property, key) {
  console.log("target", target);
  if (property) {
    console.log("property", property);
  }
  if (key) {
    console.log("key", key);
  }
  console.log("=====end of decorator=========");
}

转换后的代码区别就比较明显了,babel并没有对其生成一个特定的函数对其进行特有的操作,而只在创建完类(构造函数)以及相关属性、方法后直接调用了开发者自己编写的装饰器函数:

var Building = /*#__PURE__*/function () {
  function Building() {
    _classCallCheck(this, Building);

    this.name = "company";
  }

  _createClass(Building, [{
    key: "openDoor",
    value: function openDoor(num, zoz) {
      console.log("".concat(num, " door being open"));
    }
  }]);

  parameterDecorator(Building.prototype, "openDoor", 1);
  parameterDecorator(Building.prototype, "openDoor", 0);
  return Building;
}();

装饰器应用

使用参数——闭包

以上所有的案例,装饰器本身均没有使用任何参数。然实际应用中,经常会需要有特定的参数需求。我们再回到一开头的例子中verify(who),其中需要传入一个身份变量。哪又怎么做?我们少许改变一下类装饰器的代码:

const who = "Django";
@classDecorator(who)
class Building {
  constructor() {
    this.name = "company";
  }
}

转换后得到

// ...
var who = "Django";
var Building =
  ((_dec = classDecorator(who)),
  _dec(
    (_class = function Building() {
      _classCallCheck(this, Building);

      this.name = "company";
    })
  ) || _class);
// ...

请注意第4第5行,它先执行了装饰器,然后再用返回值将类(构造函数)送入。相对应的,我们就应该将构造函数写成下面这样:

function classDecorator(people) {
  console.log(`hi~ ${people}`);
  return function (target) {
    console.log("target", target);
  };
}

同样的,方法、存取器、属性和参数装饰器均是如此。

装饰器包裹方法

到此,我们已经可以将装饰器参数与目标对象结合起来,进行一些逻辑类的操作。那么再回到文章的开头的例子中:需求中要先验证来访者权限,然后记录,最后在来访者离开时再做一次记录。此时需要监管对象方法被调用的整个过程。

请大家留意那个方法装饰器的descriptor,我们可以利用这个对象来“重写”这个方法。

class Building {
  constructor() {
    this.name = "company";
  }

  @methodDecorator("Gate")
  openDoor(firstName, lastName) {
    return `The door will be open, when ${firstName} ${lastName} is walking into the ${this.name}.`;
  }
}

let building = new Building();
console.log(building.openDoor("django", "xiang"));

function methodDecorator(door) {
  return function (target, property, descriptor) {
    let fn = descriptor.value;
    descriptor.value = function (...args) {
      let [firstName, lastName] = args;
      console.log(`log: ${firstName}, who are comming.`);
      // verify(firstName,lastName)
      let result = Reflect.apply(fn, this, [firstName, lastName]);
      console.log(`log: ${result}`);
      console.log(`log: ${firstName}, who are leaving.`);
      return result;
    };
    return descriptor;
  };
}

代码第17行,将原方法暂存;18行定义一个新的方法,20~25行,记录、验证和记录离开的动作。

log: Django, who are comming.
log: The door will be open, when Django Xiang is walking in to the company.
log: Django, who are leaving.
The door will be open, when Django Xiang is walking in to the company

装饰顺序

通过阅读转换后的代码,我们知道装饰器工作的时刻是在类被实例化之前,在生成之中完成装饰函数的动作。那么,如果不同类型的多个装饰器同时作用,其过程是怎样的?我们将先前的案例全部整合到一起看看:

const who = "Django";
@classDecorator(who)
class Building {
  constructor() {
    this.name = "company";
  }

  @propertyDecorator
  roomNumber = "";

  @methodDecorator
  openDoor(@parameterDecorator num) {
    console.log(`${num} door being open`);
  }

  @accessorDecorator
  get roomNumber() {
    return this._roomNumber;
  }
}

const building = new Building();

function classDecorator(people) {
  console.log(`class decorator`);
  return function (target) {
    console.log("target", target);
  };
}

function methodDecorator(target, property, descriptor) {
  console.log("method decorator");
}

function accessorDecorator(target, property, descriptor) {
  console.log("accessor decorator");
}

function propertyDecorator(target, property, descriptor) {
  console.log("property decoator");
}

function parameterDecorator(target, property, key) {
  console.log("parameter decorator");
}
  1. class decorator
  2. parameter decorator
  3. property decoator
  4. method decorator
  5. accessor decorator

还可以通过阅读转换后的源代码得到执行顺序:

  1. 类装饰器(在最外层)
  2. 参数装饰器(在生成构造函数最里层)
  3. 按照出现的先后顺序的:属性、方法和存取器

总结

装饰器是一种优雅的开发模式,极大的方便了开发者编码过程,同时提升了代码的可读性。我们在使用装饰器开发时,还是非常有必要了解其运行机理。

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