聊聊Angular中的元資料（Metadata）和裝飾器（Decorator）

這篇文章繼續Angular的學習，帶大家了解一下Angular中的元資料和裝飾器，簡單了解一下他們的用法，希望對大家有所幫助！

作為「為大型前端專案」而設計的前端框架，Angular 其實有許多值得參考和學習的設計，本系列主要用於研究這些設計和功能的實現原理。本文主要圍繞在 Angular 中隨處可見的元數據，來進行介紹。 【相關教學推薦：《angular教學》】

#裝飾器是使用 Angular 進行開發時的核心概念。在 Angular 中，裝飾器用於為類別或屬性附加元數據，來讓自己知道那些類別或屬性的含義，以及該如何處理它們。

裝飾器與元資料

不管是裝飾器還是元數據，都不是 Angular 提出的概念。因此，我們先來簡單了解一下。

元資料（Metadata）

在通用的概念中，元資料是描述使用者資料的資料。它總結了有關數據的基本信息，可以使查找和使用特定數據實例更加容易。例如，作者，建立日期，修改日期和文件大小是非常基本的文檔元資料的範例。

在用於類別的場景下，元資料用於裝飾類，來描述類別的定義和行為，以便可以配置類別的預期行為。

裝飾器（Decorator）

#裝飾器是JavaScript 的語言特性，是位於階段2（stage 2）的試驗特性。

裝飾器是定義期間在類，類元素或其他 JavaScript 語法形式上呼叫的函數。

裝飾器有三個主要功能：

• 可以用具有相同語意的匹配值取代正在修飾的值。 （例如，裝飾器可以將方法替換為另一種方法，將一個字段替換為另一個字段，將一個類替換為另一個類，等等）。

• 可以將元資料與正在修飾的值相關聯；可以從外部讀取此元數據，並將其用於元程式設計和自我檢查。

• 可以透過元資料提供對正在修飾的值的存取。對於公共值，他們可以透過值名稱來實現；對於私有值，它們接收存取器函數，然後可以選擇共用它們。

本質上，裝飾器可用於對值進行元編程和向其添加功能，而無需從根本上改變其外部行為。

更多的內容，可以參考 tc39/proposal-decorators 提案。

Angular 中的裝飾器和元資料

我們在開發 Angular 應用程式時，不管是元件、指令，或是服務、模組等，都需要透過裝飾器來進行定義和開發。裝飾器會出現在類別定義的緊前方，用來聲明該類別具有指定的類型，並且提供適合該類型的元資料。

例如，我們可以用下列裝飾器來宣告Angular 的類別：@Component()、@Directive()、@Pipe()、@Injectable()、@NgModule()。

使用裝飾器和元資料來改變類別的行為

#以@Component()為例，該裝飾器的作用包括：

• 將類別標記為Angular 元件。

• 提供可配置的元數據，用來決定在執行時應如何處理、實例化和使用該元件。

關於@Component()該如何使用可以參考，這裡不多介紹。讓我們來看看這個裝飾器的定義：

// 提供 Angular 组件的配置元数据接口定义
// Angular 中，组件是指令的子集，始终与模板相关联
export interface Component extends Directive {
  // changeDetection 用于此组件的变更检测策略
  // 实例化组件时，Angular 将创建一个更改检测器，该更改检测器负责传播组件的绑定。
  changeDetection?: ChangeDetectionStrategy;
  // 定义对其视图 DOM 子对象可见的可注入对象的集合
  viewProviders?: Provider[];
  // 包含组件的模块的模块ID，该组件必须能够解析模板和样式的相对 URL
  moduleId?: string;
  ...
  // 模板和 CSS 样式的封装策略
  encapsulation?: ViewEncapsulation;
  // 覆盖默认的插值起始和终止定界符（`{{`和`}}`）
  interpolation?: [string, string];
}

// 组件装饰器和元数据
export const Component: ComponentDecorator = makeDecorator(
    'Component',
    // 使用默认的 CheckAlways 策略，在该策略中，更改检测是自动进行的，直到明确停用为止。
    (c: Component = {}) => ({changeDetection: ChangeDetectionStrategy.Default, ...c}),
    Directive, undefined,
    (type: Type<any>, meta: Component) => SWITCH_COMPILE_COMPONENT(type, meta));

以上便是元件裝飾、元件元資料的定義，我們來看看裝飾器的創建過程。

裝飾器的建立過程

我們可以從原始碼中找到，元件和指令的裝飾器都會透過makeDecorator() 來產生：

export function makeDecorator<T>(
    name: string, props?: (...args: any[]) => any, parentClass?: any, // 装饰器名字和属性
    additionalProcessing?: (type: Type<T>) => void,
    typeFn?: (type: Type<T>, ...args: any[]) => void):
    {new (...args: any[]): any; (...args: any[]): any; (...args: any[]): (cls: any) => any;} {
  // noSideEffects 用于确认闭包编译器包装的函数没有副作用
  return noSideEffects(() => { 
    const metaCtor = makeMetadataCtor(props);
    // 装饰器工厂
    function DecoratorFactory(
        this: unknown|typeof DecoratorFactory, ...args: any[]): (cls: Type<T>) => any {
      if (this instanceof DecoratorFactory) {
        // 赋值元数据
        metaCtor.call(this, ...args);
        return this as typeof DecoratorFactory;
      }
      // 创建装饰器工厂
      const annotationInstance = new (DecoratorFactory as any)(...args);
      return function TypeDecorator(cls: Type<T>) {
        // 编译类
        if (typeFn) typeFn(cls, ...args);
        // 使用 Object.defineProperty 很重要，因为它会创建不可枚举的属性，从而防止该属性在子类化过程中被复制。
        const annotations = cls.hasOwnProperty(ANNOTATIONS) ?
            (cls as any)[ANNOTATIONS] :
            Object.defineProperty(cls, ANNOTATIONS, {value: []})[ANNOTATIONS];
        annotations.push(annotationInstance);
        // 特定逻辑的执行
        if (additionalProcessing) additionalProcessing(cls);

        return cls;
      };
    }
    if (parentClass) {
      // 继承父类
      DecoratorFactory.prototype = Object.create(parentClass.prototype);
    }
    DecoratorFactory.prototype.ngMetadataName = name;
    (DecoratorFactory as any).annotationCls = DecoratorFactory;
    return DecoratorFactory as any;
  });
}

在上面的範例中，我們透過makeDecorator()產生了一個用於定義元件的Component裝飾器工廠。當使用@Component()建立元件時，Angular 會根據元資料來編譯元件。

根據裝飾器元資料編譯元件

Angular 會根據該裝飾器元數據，來編譯Angular 元件，然後將產生的元件定義（ɵcmp）修補到元件類型上：

export function compileComponent(type: Type<any>, metadata: Component): void {
  // 初始化 ngDevMode
  (typeof ngDevMode === &#39;undefined&#39; || ngDevMode) && initNgDevMode();
  let ngComponentDef: any = null;
  // 元数据可能具有需要解析的资源
  maybeQueueResolutionOfComponentResources(type, metadata);
  // 这里使用的功能与指令相同，因为这只是创建 ngFactoryDef 所需的元数据的子集
  addDirectiveFactoryDef(type, metadata);
  Object.defineProperty(type, NG_COMP_DEF, {
    get: () => {
      if (ngComponentDef === null) {
        const compiler = getCompilerFacade();
        // 根据元数据解析组件
        if (componentNeedsResolution(metadata)) {
          ...
          // 异常处理
        }
        ...
        // 创建编译组件需要的完整元数据
        const templateUrl = metadata.templateUrl || `ng:///${type.name}/template.html`;
        const meta: R3ComponentMetadataFacade = {
          ...directiveMetadata(type, metadata),
          typeSourceSpan: compiler.createParseSourceSpan(&#39;Component&#39;, type.name, templateUrl),
          template: metadata.template || &#39;&#39;,
          preserveWhitespaces,
          styles: metadata.styles || EMPTY_ARRAY,
          animations: metadata.animations,
          directives: [],
          changeDetection: metadata.changeDetection,
          pipes: new Map(),
          encapsulation,
          interpolation: metadata.interpolation,
          viewProviders: metadata.viewProviders || null,
        };
        // 编译过程需要计算深度，以便确认编译是否最终完成
        compilationDepth++;
        try {
          if (meta.usesInheritance) {
            addDirectiveDefToUndecoratedParents(type);
          }
          // 根据模板、环境和组件需要的元数据，来编译组件
          ngComponentDef = compiler.compileComponent(angularCoreEnv, templateUrl, meta);
        } finally {
          // 即使编译失败，也请确保减少编译深度
          compilationDepth--;
        }
        if (compilationDepth === 0) {
          // 当执行 NgModule 装饰器时，我们将模块定义加入队列，以便仅在所有声明都已解析的情况下才将队列出队，并将其自身作为模块作用域添加到其所有声明中
          // 此调用运行检查以查看队列中的任何模块是否可以出队，并将范围添加到它们的声明中
          flushModuleScopingQueueAsMuchAsPossible();
        }
        // 如果组件编译是异步的，则声明该组件的 @NgModule 批注可以执行并在组件类型上设置 ngSelectorScope 属性
        // 这允许组件在完成编译后，使用模块中的 directiveDefs 对其自身进行修补
        if (hasSelectorScope(type)) {
          const scopes = transitiveScopesFor(type.ngSelectorScope);
          patchComponentDefWithScope(ngComponentDef, scopes);
        }
      }
      return ngComponentDef;
    },
    ...
  });
}

编译组件的过程可能是异步的（比如需要解析组件模板或其他资源的 URL）。如果编译不是立即进行的，compileComponent会将资源解析加入到全局队列中，并且将无法返回ɵcmp，直到通过调用resolveComponentResources解决了全局队列为止。

编译过程中的元数据

元数据是有关类的信息，但它不是类的属性。因此，用于配置类的定义和行为的这些数据，不应该存储在该类的实例中，我们还需要在其他地方保存此数据。

在 Angular 中，编译过程产生的元数据，会使用CompileMetadataResolver来进行管理和维护，这里我们主要看指令（组件）相关的逻辑：

export class CompileMetadataResolver {
  private _nonNormalizedDirectiveCache =
      new Map<Type, {annotation: Directive, metadata: cpl.CompileDirectiveMetadata}>();
  // 使用 Map 的方式来保存
  private _directiveCache = new Map<Type, cpl.CompileDirectiveMetadata>(); 
  private _summaryCache = new Map<Type, cpl.CompileTypeSummary|null>();
  private _pipeCache = new Map<Type, cpl.CompilePipeMetadata>();
  private _ngModuleCache = new Map<Type, cpl.CompileNgModuleMetadata>();
  private _ngModuleOfTypes = new Map<Type, Type>();
  private _shallowModuleCache = new Map<Type, cpl.CompileShallowModuleMetadata>();

  constructor(
      private _config: CompilerConfig, private _htmlParser: HtmlParser,
      private _ngModuleResolver: NgModuleResolver, private _directiveResolver: DirectiveResolver,
      private _pipeResolver: PipeResolver, private _summaryResolver: SummaryResolver<any>,
      private _schemaRegistry: ElementSchemaRegistry,
      private _directiveNormalizer: DirectiveNormalizer, private _console: Console,
      private _staticSymbolCache: StaticSymbolCache, private _reflector: CompileReflector,
      private _errorCollector?: ErrorCollector) {}
  // 清除特定某个指令的元数据
  clearCacheFor(type: Type) {
    const dirMeta = this._directiveCache.get(type);
    this._directiveCache.delete(type);
    ...
  }
  // 清除所有元数据
  clearCache(): void {
    this._directiveCache.clear();
    ...
  }
  /**
   * 加载 NgModule 中，已声明的指令和的管道
   */
  loadNgModuleDirectiveAndPipeMetadata(moduleType: any, isSync: boolean, throwIfNotFound = true):
      Promise<any> {
    const ngModule = this.getNgModuleMetadata(moduleType, throwIfNotFound);
    const loading: Promise<any>[] = [];
    if (ngModule) {
      ngModule.declaredDirectives.forEach((id) => {
        const promise = this.loadDirectiveMetadata(moduleType, id.reference, isSync);
        if (promise) {
          loading.push(promise);
        }
      });
      ngModule.declaredPipes.forEach((id) => this._loadPipeMetadata(id.reference));
    }
    return Promise.all(loading);
  }
  // 加载指令（组件）元数据
  loadDirectiveMetadata(ngModuleType: any, directiveType: any, isSync: boolean): SyncAsync<null> {
    // 若已加载，则直接返回
    if (this._directiveCache.has(directiveType)) {
      return null;
    }
    directiveType = resolveForwardRef(directiveType);
    const {annotation, metadata} = this.getNonNormalizedDirectiveMetadata(directiveType)!;
    // 创建指令（组件）元数据
    const createDirectiveMetadata = (templateMetadata: cpl.CompileTemplateMetadata|null) => {
      const normalizedDirMeta = new cpl.CompileDirectiveMetadata({
        isHost: false,
        type: metadata.type,
        isComponent: metadata.isComponent,
        selector: metadata.selector,
        exportAs: metadata.exportAs,
        changeDetection: metadata.changeDetection,
        inputs: metadata.inputs,
        outputs: metadata.outputs,
        hostListeners: metadata.hostListeners,
        hostProperties: metadata.hostProperties,
        hostAttributes: metadata.hostAttributes,
        providers: metadata.providers,
        viewProviders: metadata.viewProviders,
        queries: metadata.queries,
        guards: metadata.guards,
        viewQueries: metadata.viewQueries,
        entryComponents: metadata.entryComponents,
        componentViewType: metadata.componentViewType,
        rendererType: metadata.rendererType,
        componentFactory: metadata.componentFactory,
        template: templateMetadata
      });
      if (templateMetadata) {
        this.initComponentFactory(metadata.componentFactory!, templateMetadata.ngContentSelectors);
      }
      // 存储完整的元数据信息，以及元数据摘要信息
      this._directiveCache.set(directiveType, normalizedDirMeta);
      this._summaryCache.set(directiveType, normalizedDirMeta.toSummary());
      return null;
    };

    if (metadata.isComponent) {
      // 如果是组件，该过程可能为异步过程，则需要等待异步过程结束后的模板返回
      const template = metadata.template !;
      const templateMeta = this._directiveNormalizer.normalizeTemplate({
        ngModuleType,
        componentType: directiveType,
        moduleUrl: this._reflector.componentModuleUrl(directiveType, annotation),
        encapsulation: template.encapsulation,
        template: template.template,
        templateUrl: template.templateUrl,
        styles: template.styles,
        styleUrls: template.styleUrls,
        animations: template.animations,
        interpolation: template.interpolation,
        preserveWhitespaces: template.preserveWhitespaces
      });
      if (isPromise(templateMeta) && isSync) {
        this._reportError(componentStillLoadingError(directiveType), directiveType);
        return null;
      }
      // 并将元数据进行存储
      return SyncAsync.then(templateMeta, createDirectiveMetadata);
    } else {
      // 指令，直接存储元数据
      createDirectiveMetadata(null);
      return null;
    }
  }
  // 获取给定指令（组件）的元数据信息
  getDirectiveMetadata(directiveType: any): cpl.CompileDirectiveMetadata {
    const dirMeta = this._directiveCache.get(directiveType)!;
    ...
    return dirMeta;
  }
  // 获取给定指令（组件）的元数据摘要信息
  getDirectiveSummary(dirType: any): cpl.CompileDirectiveSummary {
    const dirSummary =
        <cpl.CompileDirectiveSummary>this._loadSummary(dirType, cpl.CompileSummaryKind.Directive);
    ...
    return dirSummary;
  }
}

可以看到，在编译过程中，不管是组件、指令、管道，还是模块，这些类在编译过程中的元数据，都使用Map来存储。

总结

本节我们介绍了 Angular 中的装饰器和元数据，其中元数据用于描述类的定义和行为。

在 Angular 编译过程中，会使用Map的数据结构来维护和存储装饰器的元数据，并根据这些元数据信息来编译组件、指令、管道和模块等。

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