AngularJS - Two way data binding

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前言

最近開始接觸前端技術,預計以Angular和NodeJS為主。之前其實有稍微點一些網頁相關技能,不過大概都才Lv.1,知道大概怎麼使用,卻不太清楚背後的原理和概念。所以這次在學習的時候,會著重在框架理論和實作方式上,希望自己除了能應用這些框架之外,還可以了解這些框架背後的原理,並且進而有能力比較各框架之間的好壞。雖然Angular目前已經出到v5.1.0,但起點會從Angular1開始學起,之後文章預計會去比較新版的Angular和Angular1有怎樣的差異,以及新版的運作方式可以帶來怎樣的好處。

Angular1主打特色之一包含 Two-way data binding (這邊先不在意這種方式帶來怎樣的壞處xD),這篇文章紀錄 Two-way data binding 的原理和實現方式,以及對網站來說會帶來怎樣的影響。文章將不會示範如何去應用 Two-way data binding,因為我覺得隨便 Google 就可以找到很多例子,就不特別介紹了。

One-way data binding & Two-way data binding

One-way data binding

Angular 官方給的 One-way data binding 說明是指 template system 結合 model data 所產出的結果網頁,也就是說,我們會按照 template engine 要求來編寫一份 template file,然後當 browser 接收到資料時(可能是透過Ajax),就會透過 Template engine 將 data 放入指定的欄位中,並 render 出完整的 HTML file。 One-way data binding

(Image reference: https://docs.angularjs.org/guide/databinding)

使用一般 template system 的問題是,當使用者在網頁上輸入文字或進行其他行為來變動欄位數值時,對應的 model data 不會自動地隨之變動,因為 template system 並沒有內建觸發 browser event 的功能。(當然這個前提是開發者只有單純地使用 template system,並沒有額外編寫其他 javascript code)。

Two-way data binding

為了解決上述所討論到的問題,例如:我們希望當使用者輸入資料時,對應的資料也能隨之更新。 Angular1 框架提供了 Two-way data binding 的機制,當網頁中的欄位資訊變動時, data 也會跟著變化,反之亦然。

涉及名詞

$scope

scope object 在官方說法是一個 data-model(和 Model-Controller-View 中的 model 不同,Angular 的 MVC model 叫做 service),當 Angular controller object 形成時,會透過 dependency injection 的方式來引入一個新的 scope object。scope 聯繫著 controller 和 view (HTML DOM),並且用來監控特定 data-model 的變化並觸發 event。 Angular1-Scope

$watch() / watch list

$watch 是 $scope 中的一個 method $watch(watchExpression, listener, [objectEquality]);,負責註冊 listener 和對應的 watchExpression,當 watchExpression 變化時,就會執行 listener callback。 watch list 則是指同一個scope中所有的 $watch 集合。
注意:這裡的 $watch 運作方式和 observer pattern 不同。

典型的使用方式:$watch method 會在開發者使用 ng-model = ‘dataName’ 來綁定到 $scope data 時被觸發 function setupModelWatcher(ctrl),每綁定一個 data 就會執行一次 $watch method,這也就是為什麼會有多個 $watch 所組成的 watch list。 Angular1-watch

$digest()

$digest 也是 $scope 中的 method 之一,負責尋訪當前 scope 及子 scope 中的所有 watchers,在執行過程中發現某個 watch 的 watchExpression 值有改變,則會執行該 watch 所設定好的 listener callback。

Browser event

除了關心 Angular1 架構之外,也要看一下瀏覽器執行與 Angular 之間的關聯性。這邊會用到的就是 Browser event。瀏覽器提供不同 Web API 來觸發各種 Event,例如 onclick / onChange,Angular 框架也是依賴這些既有 event API 來運作。

運作原理

Angular1-process

使用 Angular1 框架時,如果要使用 click 事件,我們會寫 ng-click = "ctrl.functionName(args)" ,而 ng-click directive 能透過 Angular1 中的 $compiler 展開成 onclick() 的原生 Web API。所以當使用者點擊某個 Button 時,其實就是觸發 Browser click event ,然後進入 angular 框架中。

接著,指定 Controller 中的 $scope.$digest() 會被觸發,開始執行 digest process loop。每次 loop 都會檢查 watch list 中的 $watch watchExpression 值是否有變更,如果有就執行它的 registered listener。這個 loop 會持續到它檢查所有的 watch 都沒有變動,才會停止,然後進行最後的 update DOM 步驟。這個檢查流程又被稱為 dirty-checking ,意味當值有變動過,則 dirty: true,直到 dirty: false 才會退出 loop。

我想這樣說明應該很快就可以看出這樣的流程有什麼問題,確實,為了能達到 Two-way data binding 的效果,程式必須執行至少兩次 digest loop 去檢查和調用 callback,進而影響整個執行效率。當然這個 loop 是有上限的,為了避免無限迴圈, 這個 loop 被限定最多只會執行十次 ,超過則會跳出 Error。不過不管這麼說,這樣的方式看起來是有比較有缺陷一些,在後續的 Angular 版本中也已針對這議題作改善。

另外,如果當前 scope 中有其他子 scope ,程式也會觸發子 scope 的 $digest 來檢查子 scope 的 watch list。簡單來說就是一環扣著一環,這個代價也是蠻高的。

觸發 $digest 情況整理

整理一下會觸發 $scope.$digest method 的情形:

  1. DOM event
  2. Ajax callback
  3. Timer with callback
  4. Browser location change
  5. Manual invocation ($scope.$apply())

Two-way data binding 相關議題

  1. 較低效率且耗費資源 (Dirty-checking)
  2. 當遇到多筆資料需要大量更新,數據間依賴性又很嚴重時,就會發生問題。(Dirty-checking次數影響)

參考資源

  1. AngularJS - Understanding digest cycle
  2. $scope object 以及 $watch() $digest()等官方說明