从vue-router看前端路由的两种实现

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随着前端应用的业务功能越来越复杂、用户对于使用体验的要求越来越高，单页应用（SPA）成为前端应用的主流形式。大型单页应用最显著特点之一就是采用前端路由系统，通过改变URL，在不重新请求页面的情况下，更新页面视图。

“更新视图但不重新请求页面”是前端路由原理的核心之一，目前在浏览器环境中这一功能的实现主要有两种方式：

利用URL中的hash（“#”）
利用History interface在 HTML5中新增的方法

vue-router是Vue.js框架的路由插件，下面我们从它的源码入手，边看代码边看原理，由浅入深观摩vue-router是如何通过这两种方式实现前端路由的。

模式参数

在vue-router中是通过mode这一参数控制路由的实现模式的：

const router = new VueRouter({
  mode: 'history',
  routes: [...]
})

创建VueRouter的实例对象时，mode以构造函数参数的形式传入。带着问题阅读源码，我们就可以从VueRouter类的定义入手。一般插件对外暴露的类都是定义在源码src根目录下的index.js文件中，打开该文件，可以看到VueRouter类的定义，摘录与mode参数有关的部分如下：

export default class VueRouter {
  
  mode: string; // 传入的字符串参数，指示history类别
  history: HashHistory | HTML5History | AbstractHistory; // 实际起作用的对象属性，必须是以上三个类的枚举
  fallback: boolean; // 如浏览器不支持，'history'模式需回滚为'hash'模式
  
  constructor (options: RouterOptions = {}) {
    
    let mode = options.mode || 'hash' // 默认为'hash'模式
    this.fallback = mode === 'history' && !supportsPushState // 通过supportsPushState判断浏览器是否支持'history'模式
    if (this.fallback) {
      mode = 'hash'
    }
    if (!inBrowser) {
      mode = 'abstract' // 不在浏览器环境下运行需强制为'abstract'模式
    }
    this.mode = mode

    // 根据mode确定history实际的类并实例化
    switch (mode) {
      case 'history':
        this.history = new HTML5History(this, options.base)
        break
      case 'hash':
        this.history = new HashHistory(this, options.base, this.fallback)
        break
      case 'abstract':
        this.history = new AbstractHistory(this, options.base)
        break
      default:
        if (process.env.NODE_ENV !== 'production') {
          assert(false, `invalid mode: ${mode}`)
        }
    }
  }

  init (app: any /* Vue component instance */) {
    
    const history = this.history

    // 根据history的类别执行相应的初始化操作和监听
    if (history instanceof HTML5History) {
      history.transitionTo(history.getCurrentLocation())
    } else if (history instanceof HashHistory) {
      const setupHashListener = () => {
        history.setupListeners()
      }
      history.transitionTo(
        history.getCurrentLocation(),
        setupHashListener,
        setupHashListener
      )
    }

    history.listen(route => {
      this.apps.forEach((app) => {
        app._route = route
      })
    })
  }

  // VueRouter类暴露的以下方法实际是调用具体history对象的方法
  push (location: RawLocation, onComplete?: Function, onAbort?: Function) {
    this.history.push(location, onComplete, onAbort)
  }

  replace (location: RawLocation, onComplete?: Function, onAbort?: Function) {
    this.history.replace(location, onComplete, onAbort)
  }
}

可以看出：

作为参数传入的字符串属性mode只是一个标记，用来指示实际起作用的对象属性history的实现类，两者对应关系如下：

mode	history	hash	abstract
history	HTML5History	HashHistory	AbstractHistory

在初始化对应的history之前，会对mode做一些校验：若浏览器不支持HTML5History方式（通过supportsPushState变量判断），则mode强制设为'hash'；若不是在浏览器环境下运行，则mode强制设为'abstract'

VueRouter类中的onReady(), push()等方法只是一个代理，实际是调用的具体history对象的对应方法，在init()方法中初始化时，也是根据history对象具体的类别执行不同操作

在浏览器环境下的两种方式，分别就是在HTML5History，HashHistory两个类中实现的。他们都定义在src/history文件夹下，继承自同目录下base.js文件中定义的History类。History中定义的是公用和基础的方法，直接看会一头雾水，我们先从HTML5History，HashHistory两个类中看着亲切的push(), replace()方法的说起。

HashHistory

看源码前先回顾一下原理：

hash（“#”）符号的本来作用是加在URL中指示网页中的位置：

www.example.com/index.html#…

#符号本身以及它后面的字符称之为hash，可通过window.location.hash属性读取。它具有如下特点：

hash虽然出现在URL中，但不会被包括在HTTP请求中。它是用来指导浏览器动作的，对服务器端完全无用，因此，改变hash不会重新加载页面
可以为hash的改变添加监听事件：

window.addEventListener("hashchange", funcRef, false)

每一次改变hash（window.location.hash），都会在浏览器的访问历史中增加一个记录

利用hash的以上特点，就可以来实现前端路由“更新视图但不重新请求页面”的功能了。

HashHistory.push()

我们来看HashHistory中的push()方法：

push (location: RawLocation, onComplete?: Function, onAbort?: Function) {
  this.transitionTo(location, route => {
    pushHash(route.fullPath)
    onComplete && onComplete(route)
  }, onAbort)
}

function pushHash (path) {
  window.location.hash = path
}

transitionTo()方法是父类中定义的是用来处理路由变化中的基础逻辑的，push()方法最主要的是对window的hash进行了直接赋值：

window.location.hash = route.fullPath

hash的改变会自动添加到浏览器的访问历史记录中。

那么视图的更新是怎么实现的呢，我们来看父类History中transitionTo()方法的这么一段：

transitionTo (location: RawLocation, onComplete?: Function, onAbort?: Function) {
  const route = this.router.match(location, this.current)
  this.confirmTransition(route, () => {
    this.updateRoute(route)
    ...
  })
}

updateRoute (route: Route) {
  
  this.cb && this.cb(route)
  
}

listen (cb: Function) {
  this.cb = cb
}

可以看到，当路由变化时，调用了History中的this.cb方法，而this.cb方法是通过History.listen(cb)进行设置的。回到VueRouter类定义中，找到了在init()方法中对其进行了设置：

init (app: any /* Vue component instance */) {
    
  this.apps.push(app)

  history.listen(route => {
    this.apps.forEach((app) => {
      app._route = route
    })
  })
}

根据注释，app为Vue组件实例，但我们知道Vue作为渐进式的前端框架，本身的组件定义中应该是没有有关路由内置属性_route，如果组件中要有这个属性，应该是在插件加载的地方，即VueRouter的install()方法中混合入Vue对象的，查看install.js源码，有如下一段：

export function install (Vue) {
  
  Vue.mixin({
    beforeCreate () {
      if (isDef(this.$options.router)) {
        this._router = this.$options.router
        this._router.init(this)
        Vue.util.defineReactive(this, '_route', this._router.history.current)
      }
      registerInstance(this, this)
    },
  })
}

通过Vue.mixin()方法，全局注册一个混合，影响注册之后所有创建的每个 Vue 实例，该混合在beforeCreate钩子中通过Vue.util.defineReactive()定义了响应式的_route属性。所谓响应式属性，即当_route值改变时，会自动调用Vue实例的render()方法，更新视图。

总结一下，从设置路由改变到视图更新的流程如下：

$router.push() --> HashHistory.push() --> History.transitionTo() --> History.updateRoute() --> {app._route = route} --> vm.render()

HashHistory.replace()

replace()方法与push()方法不同之处在于，它并不是将新路由添加到浏览器访问历史的栈顶，而是替换掉当前的路由：

replace (location: RawLocation, onComplete?: Function, onAbort?: Function) {
  this.transitionTo(location, route => {
    replaceHash(route.fullPath)
    onComplete && onComplete(route)
  }, onAbort)
}
  
function replaceHash (path) {
  const i = window.location.href.indexOf('#')
  window.location.replace(
    window.location.href.slice(0, i >= 0 ? i : 0) + '#' + path
  )
}

可以看出，它与push()的实现结构上基本相似，不同点在于它不是直接对window.location.hash进行赋值，而是调用window.location.replace方法将路由进行替换。

监听地址栏

以上讨论的VueRouter.push()和VueRouter.replace()是可以在vue组件的逻辑代码中直接调用的，除此之外在浏览器中，用户还可以直接在浏览器地址栏中输入改变路由，因此VueRouter还需要能监听浏览器地址栏中路由的变化，并具有与通过代码调用相同的响应行为。在HashHistory中这一功能通过setupListeners实现：

setupListeners () {
  window.addEventListener('hashchange', () => {
    if (!ensureSlash()) {
      return
    }
    this.transitionTo(getHash(), route => {
      replaceHash(route.fullPath)
    })
  })
}

该方法设置监听了浏览器事件hashchange，调用的函数为replaceHash，即在浏览器地址栏中直接输入路由相当于代码调用了replace()方法

HTML5History

History interface是浏览器历史记录栈提供的接口，通过back(), forward(), go()等方法，我们可以读取浏览器历史记录栈的信息，进行各种跳转操作。

从HTML5开始，History interface提供了两个新的方法：pushState(), replaceState()使得我们可以对浏览器历史记录栈进行修改：

window.history.pushState(stateObject, title, URL)
window.history.replaceState(stateObject, title, URL)

stateObject: 当浏览器跳转到新的状态时，将触发popState事件，该事件将携带这个stateObject参数的副本
title: 所添加记录的标题
URL: 所添加记录的URL

这两个方法有个共同的特点：当调用他们修改浏览器历史记录栈后，虽然当前URL改变了，但浏览器不会立即发送请求该URL（the browser won't attempt to load this URL after a call to pushState()），这就为单页应用前端路由“更新视图但不重新请求页面”提供了基础。

我们来看vue-router中的源码：

push (location: RawLocation, onComplete?: Function, onAbort?: Function) {
  const { current: fromRoute } = this
  this.transitionTo(location, route => {
    pushState(cleanPath(this.base + route.fullPath))
    handleScroll(this.router, route, fromRoute, false)
    onComplete && onComplete(route)
  }, onAbort)
}

replace (location: RawLocation, onComplete?: Function, onAbort?: Function) {
  const { current: fromRoute } = this
  this.transitionTo(location, route => {
    replaceState(cleanPath(this.base + route.fullPath))
    handleScroll(this.router, route, fromRoute, false)
    onComplete && onComplete(route)
  }, onAbort)
}

// src/util/push-state.js
export function pushState (url?: string, replace?: boolean) {
  saveScrollPosition()
  // try...catch the pushState call to get around Safari
  // DOM Exception 18 where it limits to 100 pushState calls
  const history = window.history
  try {
    if (replace) {
      history.replaceState({ key: _key }, '', url)
    } else {
      _key = genKey()
      history.pushState({ key: _key }, '', url)
    }
  } catch (e) {
    window.location[replace ? 'replace' : 'assign'](url)
  }
}

export function replaceState (url?: string) {
  pushState(url, true)
}

代码结构以及更新视图的逻辑与hash模式基本类似，只不过将对window.location.hash直接进行赋值window.location.replace()改为了调用history.pushState()和history.replaceState()方法。

在HTML5History中添加对修改浏览器地址栏URL的监听是直接在构造函数中执行的：

constructor (router: Router, base: ?string) {
  
  window.addEventListener('popstate', e => {
    const current = this.current
    this.transitionTo(getLocation(this.base), route => {
      if (expectScroll) {
        handleScroll(router, route, current, true)
      }
    })
  })
}

当然了HTML5History用到了HTML5的新特特性，是需要特定浏览器版本的支持的，前文已经知道，浏览器是否支持是通过变量supportsPushState来检查的：

// src/util/push-state.js
export const supportsPushState = inBrowser && (function () {
  const ua = window.navigator.userAgent

  if (
    (ua.indexOf('Android 2.') !== -1 || ua.indexOf('Android 4.0') !== -1) &&
    ua.indexOf('Mobile Safari') !== -1 &&
    ua.indexOf('Chrome') === -1 &&
    ua.indexOf('Windows Phone') === -1
  ) {
    return false
  }

  return window.history && 'pushState' in window.history
})()

以上就是hash模式与history模式源码的导读，这两种模式都是通过浏览器接口实现的，除此之外vue-router还为非浏览器环境准备了一个abstract模式，其原理为用一个数组stack模拟出浏览器历史记录栈的功能。当然，以上只是一些核心逻辑，为保证系统的鲁棒性，源码中还有大量的辅助逻辑，也很值得学习。此外在vue-router中还有路由匹配、router-view视图组件等重要部分

两种模式比较

在一般的需求场景中，hash模式与history模式是差不多的，但几乎所有的文章都推荐使用history模式，理由竟然是："#" 符号太丑...0_0 "

如果不想要很丑的 hash，我们可以用路由的 history 模式 ——官方文档

当然，严谨的我们肯定不应该用颜值评价技术的好坏。根据MDN的介绍，调用history.pushState()相比于直接修改hash主要有以下优势：

pushState设置的新URL可以是与当前URL同源的任意URL；而hash只可修改#后面的部分，故只可设置与当前同文档的URL
pushState设置的新URL可以与当前URL一模一样，这样也会把记录添加到栈中；而hash设置的新值必须与原来不一样才会触发记录添加到栈中
pushState通过stateObject可以添加任意类型的数据到记录中；而hash只可添加短字符串
pushState可额外设置title属性供后续使用

history模式的一个问题

我们知道对于单页应用来讲，理想的使用场景是仅在进入应用时加载index.html，后续在的网络操作通过Ajax完成，不会根据URL重新请求页面，但是难免遇到特殊情况，比如用户直接在地址栏中输入并回车，浏览器重启重新加载应用等。

hash模式仅改变hash部分的内容，而hash部分是不会包含在HTTP请求中的：

http://oursite.com/#/user/id   // 如重新请求只会发送http://oursite.com/

故在hash模式下遇到根据URL请求页面的情况不会有问题。

而history模式则会将URL修改得就和正常请求后端的URL一样

http://oursite.com/user/id

在此情况下重新向后端发送请求，如后端没有配置对应/user/id的路由处理，则会返回404错误。官方推荐的解决办法是在服务端增加一个覆盖所有情况的候选资源：如果 URL 匹配不到任何静态资源，则应该返回同一个 index.html 页面，这个页面就是你 app 依赖的页面。同时这么做以后，服务器就不再返回 404 错误页面，因为对于所有路径都会返回 index.html 文件。为了避免这种情况，在 Vue 应用里面覆盖所有的路由情况，然后在给出一个 404 页面。或者，如果是用 Node.js 作后台，可以使用服务端的路由来匹配 URL，当没有匹配到路由的时候返回 404，从而实现 fallback。

直接加载应用文件

Tip: built files are meant to be served over an HTTP server.

Opening index.html over file:// won't work.

Vue项目通过vue-cli的webpack打包完成后，命令行会有这么一段提示。通常情况，无论是开发还是线上，前端项目都是通过服务器访问，不存在 "Opening index.html over file://" ，但程序员都知道，需求和场景永远是千奇百怪的，只有你想不到的，没有产品经理想不到的。

本文写作的初衷就是遇到了这样一个问题：需要快速开发一个移动端的展示项目，决定采用WebView加载Vue单页应用的形式，但没有后端服务器提供，所以所有资源需从本地文件系统加载：

// AndroidAppWrapper
public class MainActivity extends AppCompatActivity {

    private WebView webView;

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);

        webView = new WebView(this);
        webView.getSettings().setJavaScriptEnabled(true);
        webView.loadUrl("file:///android_asset/index.html");
        setContentView(webView);
    }

    @Override
    public boolean onKeyDown(int keyCode, KeyEvent event) {
        if ((keyCode == KeyEvent.KEYCODE_BACK) && webView.canGoBack()) {
            webView.goBack();
            return true;
        }
        return false;
    }
}

此情此景看来是必须 "Opening index.html over file://" 了，为此，我首先要进行了一些设置

在项目config.js文件中将assetsPublicPath字段的值改为相对路径 './'
调整生成的static文件夹中图片等静态资源的位置与代码中的引用地址一致

这是比较明显的需要改动之处，但改完后依旧无法顺利加载，经过反复排查发现，项目在开发时，router设置为了history模式（为了美观...0_0"），当改为hash模式后就可正常加载了。

为什么会出现这种情况呢？我分析原因可能如下：

当从文件系统中直接加载index.html时，URL为：

file:///android_asset/index.html

而首页视图需匹配的路径为path: '/' :

export default new Router({
  mode: 'history',
  routes: [
    {
      path: '/',
      name: 'index',
      component: IndexView
    }
  ]
})

我们先来看history模式，在HTML5History中：

ensureURL (push?: boolean) {
  if (getLocation(this.base) !== this.current.fullPath) {
    const current = cleanPath(this.base + this.current.fullPath)
    push ? pushState(current) : replaceState(current)
  }
}

export function getLocation (base: string): string {
  let path = window.location.pathname
  if (base && path.indexOf(base) === 0) {
    path = path.slice(base.length)
  }
  return (path || '/') + window.location.search + window.location.hash
}

逻辑只会确保存在URL，path是通过剪切的方式直接从window.location.pathname获取到的，它的结尾是index.html，因此匹配不到 '/' ，故 "Opening index.html over file:// won't work" 。

再看hash模式，在HashHistory中：

export class HashHistory extends History {
  constructor (router: Router, base: ?string, fallback: boolean) {
    ...
    ensureSlash()
  }

  // this is delayed until the app mounts
  // to avoid the hashchange listener being fired too early
  setupListeners () {
    window.addEventListener('hashchange', () => {
      if (!ensureSlash()) {
        return
      }
      ...
    })
  }

  getCurrentLocation () {
    return getHash()
  }
}

function ensureSlash (): boolean {
  const path = getHash()
  if (path.charAt(0) === '/') {
    return true
  }
  replaceHash('/' + path)
  return false
}

export function getHash (): string {
  const href = window.location.href
  const index = href.indexOf('#')
  return index === -1 ? '' : href.slice(index + 1)
}

我们看到在代码逻辑中，多次出现一个函数ensureSlash()，当#符号后紧跟着的是'/'，则返回true，否则强行插入这个'/'，故我们可以看到，即使是从文件系统打开index.html，URL依旧会变为以下形式：