AngularJS Digest 过程解析

本文结合相关资料剖析Angular中的Digest过程。

一、Digest 基本概念和原理

Digest过程是Angular实现双向数据绑定的基础。由于对scope对象的改动需要及时反映的到HTML元素的属性上，Angular要不时地检查每个scope变量的变化，这个检查过程就是Digest（翻译中文为’消化‘，顾名思义，消化掉新的改变）。该过程由scope对象的$digest方法完成，通常不需要自己调用，Angular在每一轮JS执行后会自动调用每个scope的$digest方法，这类场景包括响应Angular内置的directive事件（如ng-click，ng-change等），controller的初始化，或者使用Angular内置的service的回调函数（如$timeout，$http等）。这些工作保证了每个scope的更改都能被及时发现。

简单来说，$digest所做的事情就是脏数据检查（dirty-checking），即检查所有监视的数据是否有改动。这就需要为每个变量设置一个监视器（watcher）。每个监视器由两部分组成，一是监视函数（watch function），用于获得当前变量的最新值；一是监听函数（listener function），由于在检测到数据改动时回调。dirty-checking认为数据发生改变的条件是当前数据与保存的历史数据不一致。Angular使用scope对象的$watch方法为scope定义的变量添加watcher。注意，如果一个变量没有用于数据绑定（如使用ng-model），则Angular不会自动为其添加watcher。例如：

define(['angular'], function(angular) {    angular.module('myApp', [])      .controller('MyController', ['$scope', function ($scope) {        $scope.name = 'Change the name';      }]);});

如果$scope.name在HTML的某个ng-controller下被绑定，那么Angular为其添加一个watcher，反之则不会，除非自己手动添加：

scope.$watch(function(scope) {return scope.name;},function(newValue, oldValue) { });

上述代码为name定义了一个监听器，指定两个函数为参数。watch函数用于获取需要监视的变量的当前值；listener函数以name的新旧值为参数，作为回调。其实，通常我们习惯将watch函数简写成变量的名字，Angular会在内部将其转换为watch函数：

scope.$watch('name',function(newValue, oldValue) { scope.name = 'Cat';});

$watch函数的实现逻辑很简单，根据参数定义一个watcher对象，将watcher对象加入内部维护的watcher列表（$$watchers）中，最后返回一个闭包用于销毁当前watcher。例如：

scope.prototype.$watch = function(watchFn, listenerFn, valueEq){var self = this;var watcher = {watchFn: watchFn,listenerFn: listenerFn,valueEq : valueEq,  last : null        };this.$$watchers.push(watcher);return function(){//remove current watcher from watcher list.};};

注意，$watch函数还有第三个常用参数valueEq，用于指定在比较新值与旧值时，是否按照对象值来比较，默认是按照引用来比较。比如，watcher监视的对象是一个数组，默认情况下，该watcher不会逐一检查数组每个元素是否变化，而只是检查该数组的引用是否变化。$watch的返回值可以在适当的情况下调用以注销某个watcher。last用于记录上一次监视时该变量的值。

$digest过程的逻辑就是检查watcher列表中的每一项，看当前值与上次的值是否相同，如果不同则调用listener回调函数。这就是dirty-checking的核心逻辑，例如：

var self = this;var newValue, oldValue, dirty;this.$$watchers.forEach(function(watcher){newValue = watcher.watchFn(self);oldValue = watcher.last;if(!self.isEqual(newValue, oldValue, watcher.valueEq)){self.$$lastDirtyWatch = watcher;watcher.last = newValue;watcher.listenerFn(newValue, oldValue);dirty = true;}else{return false;}});return dirty;

这里使用isEqual工具函数检查newValue和oldValue是否相等，如果valueEq为true，则要按值进行比较。dirty作为dirty-checking的返回值，表示变量是否有变化。

然而，有时只对watcher列表检查一遍是不够的，因为开发者可能在某个watcher的listener函数中修改了scope的某个变量(如前面的例子），这个改变在第一轮检查时无法发现。因此，Angular在每次调用$digest时，对watcher列表进行了多次检查，直到没有变量变化为止，如果总是有变量发生变化，Angular限制检查watcher列表的最多次数为10，这个值是默认值。如果超过10次，$digest会抛出异常’Maximum iteration limit exceeded.‘。例如：

var times = 10;//default of Angularvar dirty;beginPhase("$digest");do {dirty = this._digest();if(dirty && !(times--)){this.$clearPhase();throw "Maximum iteration limit exceeded.";}}while(dirty);clearPhase();

上述代码将dirty-checking的具体逻辑封装到_digest方法中，在外层通过while循环限制dirty-checking的次数。这里面的beginPhase和clearPhase方法用于记录当前的digest阶段，后面有解释。在实际的Angular实现中，对上述过程有进一步的优化。考虑这个场景，加入watcher列表很长，而只有其中少量变量发生改变，Angular能够将检查watcher的次数平均减少一半，详细实现可以参考Angular源代码。

二、Digest 的应用场景

在使用AngularJS开发过程中，我们很少自己调用$digest方法，因为在多数情况下Angular知晓当前scope的变量可能发生变化，如上面小节提到的场景。然后，依然有些情况下Angular对scope对象的改变懵然不知。例如，在新一轮代码中执行某些函数而没有通过Angular提供的接口，setTimeout或者Ajax的回调函数：

setTimeout(function(){scope.name = 'Circle';}, 50);

此时，Angular对name的改变不知情，因为setTimeout的参数函数延迟到另一轮执行，过后没有调用$digest方法，直到其他事件发生时触发Digest，Angular才能知晓。对于这种情况我们需要手动触发$digest。通常，我们不直接调用$digest方法，而是使用$apply方法：

setTimeout(function(){$scope.$apply(function(){scope.name = 'Circle';});}, 50);

$apply方法的实现很简单，首先调用指定的函数，然后调用$digest方法：

scope.prototype.$apply = function(fn){try{beginPhase("$apply");return fn();} finally{clearPhase();this.$digest();//always execute.}};

值得注意的是，这里的逻辑放到了try/finally代码块中，除了异常处理外，还保证$digest方法总能被执行，即使在执行fn时发生了异常。（Angular实现中，通过scope.$eval方法执行fn函数，因为传入的fn也有可能是个表达式，详细请参考AngularJS 源代码）。对于上面代码的场景，也可以使用Angular提供的$timeout service，因为该service在实现时内部调用了$apply方法。使用$apply方法时还要注意一点，Angular一次只允许一个digest过程执行，因此它在调用$digest方法时会判断当前的阶段，如果正在digest，则会抛出异常。这段逻辑由前面提到的beginPhase/clearPhase实现，$apply方法也有自己的阶段，称为‘$appy’。综上，在调用$apply时，一定要理清当前上下文是否可能正在digest。例如，在一个watcher的listener函数中就不能再调用$apply方法。

$apply方法的特点是，传入的函数会立即执行。scope中还实现了几个与digest相关的方法，如$evalAsync，$applyAsync等。这些方法适用于不同的场景，下面一一阐述。

$evalAsync ： 该方法适用于这样的场景，scope中的改动不被Angular知晓（如在某个回调函数中），但希望该改动被Angular消化掉，且不能调用$apply方法（因为有可能已经有一个digest cycle正在进行）。该方法将需要执行的函数延迟到当前digest过程的下一次循环迭代再执行。看代码可能会好理解一些：

scope.prototype.$evalAsync = function(fn){//store the scope is used for scope inheritance.this.$$asyncQueue.push({scope: this, fn: fn});};

这里有一个$$asyncQueue队列用于维护所有延迟的函数，每次调用$evalAsync时，函数会立即放入队列，方法返回。在当前digest cycle执行下一次dirty-checking时，从队列中取出每个函数并执行，如：

do {while(this.$$asyncQueue.length){try{var asyncTask = this.$$asyncQueue.shift();asyncTask.scope.$eval(asyncTask.fn);}catch(e){console.error(e);}}//wait for all watchers stable, no value changes.dirty = this.$$digestOnce();//...}while(dirty || this.$$asyncQueue.length);

当没有脏数据并且没有延迟的函数时，才退出循环，可以对照前面$digest方法实现。
如果在调用$evalAsync时没有正在进行的digest，则$evalAsync会调用$digest启动这样一个过程：

scope.prototype.$evalAsync = function(expr){//store the scope is used for scope inheritance.var self  = this;if(!self.$$phase && !self.$$asyncQueue.length){setTimeout(function(){self.$digest();}, 0);}this.$$asyncQueue.push({scope: this, fn: fn});};

可以看出，在将fn放入队列前，该方法首先检查当前的阶段是否有值（如‘$digest’，‘$apply’等），如果没有就调度一个$digest方法执行。

$applyAsync：该方法适用于在Angular知晓的范围外，频繁地执行某些回调函数(如某个service），并且需要Angular消化掉这些函数对scope的改动。例如，使用第三方的http服务，在响应时回调函数根据获取的数据改变了scope的某个变量，这个改动Angular不知晓。如果频繁调用$apply会有性能问题，这时就会用到$applyAsync方法。与$evalAsync方法不同的是，$applyAsync方法会将digest过程也延迟，即使当前有正在进行的digest过程，指定的函数也会在下一个digest cycle执行。例如：

scope.prototype.$applyAsync = function(fn){var self = this;self.$$applyAsyncQueue.push(function(){self.$eval(fn);});setTimeout(function(){while(this.$$applyAsyncQueue.length){  try{   this.$$applyAsyncQueue.shift()();  }catch(e){   console.error(e);  } }}, 0);//execute in the next round.};

首先将fn放入内部维护的队列$$applyAsyncQueue中。然后在下一轮代码执行时（setTimeout超时），调用$apply方法执行队列中的每个fn。这里有个问题，每个fn的执行都会重新启动一个$digest过程，如果fn很多，可能有性能问题。Angular的优化方法是，通过setTimeout放回的id来判断是否已经调度过执行$$applyAsyncQueue中所有方法，如果是就不再调用setTimeout，这样相当于多个fn共用一个$apply方法。这种优化在前面提到的http响应处理的情景下，就显得尤为重要了。如果在这种情况下使用$evalAsync，就会导致每个fn启动一个新的digest cycle，因为fn在回调函数中，每个fn无法在同一个digest中消化掉。

本文的参考资料包括：

1. AngularJS 源代码

2. AngularJS 官方文档

3. 专著 Build Your Own Angular