Angular变化检测机制：改善的脏检查

红太狼 2021-04-25 15:38 536阅读 0赞

前端展示的页面是由视图和数据共同构成的，视图模板定义了页面的框架，而数据定义了页面具体的显示内容。而数据发生变化的时候，我们需要及时将变化的内容更新到视图中，否则用户看到的数据就是不正确的。系统及时感知到数据模型的变化，然后通过计算更新到视图中，这是每个前端框架都需要解决的问题。这前一半部分就是所谓的变化检测。

**数据何时变化**  
接下来的问题是，数据何时变化，哪些因素会引起数据变化？在数据双向绑定的分析和简单实现中曾经分析过，主要有如下几种情况可能也改变数据：

*  用户输入操作，比如点击，提交等
 *  请求服务端数据
 *  定时事件，比如setTimeout，setInterval

这几点有一个共同点，就是它们都是异步的。也就是说，所有的异步操作是可能导致数据变化的根源因素。

**如何通知变化**  
那么，在Angular中是谁来通知数据即将变化的呢？在AngularJS中是由代码`$scope.$apply()`或者`$scope.$digest`触发，而Angular接入了`ZoneJS`，由它监听了Angular所有的异步事件。ZoneJS是怎么做到的呢？其实它重写了所有的异步api（所谓的猴子补丁Monkey patch）！`ZoneJS`会通知Angular可能有数据发生变化，需要检测更新。

**变化检测原理**  
Angular得到需要重新检查数据模型，更新视图的通知后，是怎么执行变化检测的呢？答案是，脏检查。考虑到还没听说过脏检查的同学，这里解释一下，脏检查其实就是存储所有变量的值，每当可能有变量发生变化需要检查时，就将所有变量的旧值跟新值进行比较，不相等就说明检测到变化，需要更新对应视图。

**改善的脏检查**  
接触过AngularJS的同学肯定知道，它使用的变化检测机制也是脏检查。那么，同是脏检查的背后，有何不同呢？为何Angular自称变化检测的性能比起AngularJS提升了很多？

Angular的核心是组件化，组件的嵌套会使得最终形成一棵组件树。Angular的变化检测可以分组件进行，每个组件都有对应的变化检测器`ChangeDetector`。可想而知，这些变化检测器也会构成一棵树。

另外，Angular的数据流是自顶而下，从父组件到子组件单向流动。单向数据流向保证了高效、可预测的变化检测。尽管检查了父组件之后，子组件可能会改变父组件的数据使得父组件需要再次被检查，这是不被推荐的数据处理方式。在开发模式下，Angular会进行二次检查，如果出现上述情况，二次检查就会报错：`ExpressionChangedAfterItHasBeenCheckedError`（关于这个问题的答案，可以在参考资料中找到）。而在生产环境中，脏检查只会执行一次。

相比之下，AngularJS采用的是双向数据流，错综复杂的数据流使得它不得不多次检查，使得数据最终趋向稳定。理论上，数据可能永远不稳定。AngularJS给出的策略是，脏检查超过10次，就认为程序有问题，不再进行检查。这个10，我不知道它的给出依据是什么，也许是个经验值吧。

![图片描述][3529931764-5b7fb9b5ec9ba_articlex]

**变化检测策略`onPush`**  
Angular还让开发者拥有定制变化检测策略的能力。

export enum ChangeDetectionStrategy { 
      OnPush, // 表示变化检测对象的状态为`CheckOnce` 
      Default, // 表示变化检测对象的状态为`CheckAlways`
    }

从`ChangeDetectionStrategy`可以看到，Angular有两种变化检测策略。Default是Angular默认的变化检测策略，也就是上述提到的脏检查（只要有值发生变化，就全部检查）。开发者可以根据场景来设置更加高效的变化检测方式：`onPush`。`onPush`策略，就是只有当输入数据的引用发生变化或者有事件触发时，组件才进行变化检测。

@Component({
      template: `
        <h2>{
        {vData.name}}</h2>
        <span>{
        {vData.email}}</span>
      `,
      // 设置该组件的变化检测策略为onPush
      changeDetection: ChangeDetectionStrategy.OnPush
    })
    class VCardCmp {
      @Input() vData;
    }

比如上面这个例子，当`vData`的属性值发生变化的时候，这个组件不会发生变化检测，只有当`vData`重新赋值的时候才会。一般，只接受输入的木偶子组件（dumb components）比较适合采用`onPush`策略。

那什么时候只要对象的属性值发生变化，整个对象的引用就变了呢？不可变对象（Immutable Object）。当组件中的输入对象是不变量时，可采用onPush变化检测策略，减少变化检测的频率。换个角度来说，为了更加智能地执行变化检测，可以在只接受输入的子组件中采用onPush策略。

**变化检测对象引用**  
Angular不仅可以让开发者设置变化检测的策略，还可以让开发者获取变化检测对象引用`ChangeDetectorRef`，手动去操作变化检测。变化检测对象引用给开发者提供的方法有以下几种：

*  `markForCheck()`：将检查组件的所有父组件所有子组件，即使设置了变化检测策略为`onPush`
 *  `detach()`：将变化检测对象脱离检测对象树，不再进行变化检查；结合`detectChanges`可实现局部变化检测
 *  `detectChanges()`：将检测该组件及其子组件，结合`detach`可实现局部检测
 *  `checkNoChanges()`: 检测该组件及其子组件，如果有变化存在则报错，用于开发阶段二次验证变化已经完成
 *  `reattach()`：将脱离的变化检测对象重新链接到变化检测树上

那么，如果是`Observable`的话，它会订阅所有的变量变化，只要在订阅回调函数中手动触发变化检测即可实现最小成本的检测（仍采用`onPush`变化检测策略）。举个例子：

@Component({
      template: '{
        {counter}}',
      changeDetection: ChangeDetectionStrategy.OnPush
    })
    class CartBadgeCmp {
    
      @Input() addItemStream:Observable<any>;
      counter = 0;
    
      constructor(private cd: ChangeDetectorRef) {}
    
      ngOnInit() {
        this.addItemStream.subscribe(() => {
          this.counter++;        // 数据模型发生变化
          this.cd.markForCheck(); // 手动触发检测
        })
      }
    }

另外，当数据模型变化太过频繁，我们可自定义变化检测的时机。举个例子：

@Component({
      template: `{
        {counter}}
      <input type="check" (click)="toggle()">`, 
    })
    class CartBadgeCmp { 
      counter = 0;
      detectEnabled = false;
    
      constructor(private cd: ChangeDetectorRef) {}
    
      ngOnInit() {
        // 每10毫秒增加1
        setInterval(()=>{this.counter++}, 10);
      }
    
      toggle(){
          if( this.detectEnabled ){
              this.cd.reattach();  // 链接上变化检测树
          }
          else{
              this.cd.detach(); // 脱离变化检测树
          }
      }
    }

一个注意点是，采用`onPush`策略之后的组件`detach()`无效，具体可参考这里。

疑惑点  
在Angular源码中看到变化检测对象有如下几种状态：

*  `CheckOnce`：表示只检查一次，调用detectChanges之后状态将会变为Checked
 *  `Checked`：表示在状态变为CheckOnce之前会跳过所有检测
 *  `CheckAlways`：表示总是接受变化检测，每次调用detectChanges后状态还是CheckAlways
 *  `Detached`：代表变化检测对象脱离了变化检测对象树，不再进行变化检测
 *  `Errored`：表述变化测试对象发生错误，变化检测实效
 *  `Destroyed`：表示变化检测对象已经被销毁

而`OnPush`策略表示变化检测对象的状态为`CheckOnce`。那么设置OnPush策略的组件为什么是引用发生变化之后才会执行变化检测的？检测之后状态从`CheckOnce`变成`Checked`，然后是如何变成`CheckOnce`的？

P.S. 尝试阅读Angular变化检测这部分的源代码，实在不知从何下手，网上资料甚少，求阅读源码经验分享。

**总结**  
Angular与AngularJS都采用脏检查的变化检测机制，前者优于后者主要体现在：

*  单向数据流向
 *  以组件为单位维度独立进行
 *  生产环境只进行一次检查
 *  可自定义的变化检测策略： `Default`和`onPush`
 *  可自定义的变化检测操作：`markForcheck()`，`detectChanges()`，`detach()`，  
    `reattach()`，`checkNoChanges()`

代码实现上的优化，据说采用了VM friendly的代码（这点我也不太明白，就随便提一下）

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