JavaScript 是如何工作：Shadow DOM 的内部结

摘要： 深入JS系列17。

• 原文：JavaScript 是如何工作: Shadow DOM 的内部结构+如何编写独立的组件！
• 作者：前端小智

Fundebug经授权转载，版权归原作者所有。

这是专门探索 JavaScript 及其所构建的组件的系列文章的第 17 篇。

如果你错过了前面的章节，可以在这里找到它们：

• JavaScript 是如何工作的：引擎，运行时和调用堆栈的概述！
• JavaScript 是如何工作的：深入V8引擎&编写优化代码的5个技巧！
• JavaScript 是如何工作的：内存管理+如何处理4个常见的内存泄漏！
• JavaScript 是如何工作的：事件循环和异步编程的崛起+ 5种使用 async/await 更好地编码方式！
• JavaScript 是如何工作的：深入探索 websocket 和HTTP/2与SSE +如何选择正确的路径！
• JavaScript 是如何工作的：与 WebAssembly比较 及其使用场景！
• JavaScript 是如何工作的：Web Workers的构建块+ 5个使用他们的场景!
• JavaScript 是如何工作的：Service Worker 的生命周期及使用场景!
• JavaScript 是如何工作的：Web 推送通知的机制!
• JavaScript是如何工作的：使用 MutationObserver 跟踪 DOM 的变化!
• JavaScript是如何工作的：渲染引擎和优化其性能的技巧!
• JavaScript是如何工作的：深入网络层 + 如何优化性能和安全!
• JavaScript是如何工作的：CSS 和 JS 动画底层原理及如何优化它们的性能！
• JavaScript的如何工作的：解析、抽象语法树（AST）+ 提升编译速度5个技巧!
• JavaScript是如何工作的：深入类和继承内部原理+Babel和 TypeScript 之间转换!
• JavaScript是如何工作的：存储引擎+如何选择合适的存储API!

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概述

Web Components 是一套不同的技术，允许你创建可重用的定制元素，它们的功能封装在你的代码之外，你可以在 Web 应用中使用它们。

Web组件由四部分组成:

• Shadow DOM（影子DOM）
• HTML templates（HTML模板）
• Custom elements（自定义元素）
• HTML Imports（HTML导入）

在本文中主要讲解 Shadow DOM（影子DOM）

Shadow DOM 这款工具旨在构建基于组件的应用。因此，可为网络开发中的常见问题提供解决方案：

• 隔离 DOM：组件的 DOM 是独立的（例如，document.querySelector() 不会返回组件 shadow DOM 中的节点）。
• 作用域 CSS：shadow DOM 内部定义的 CSS 在其作用域内。样式规则不会泄漏，页面样式也不会渗入。
• 组合：为组件设计一个声明性、基于标记的 API。
• 简化 CSS - 作用域 DOM 意味着您可以使用简单的 CSS 选择器，更通用的 id/类名称，而无需担心命名冲突。

Shadow DOM

本文假设你已经熟悉 DOM 及其它的 Api 的概念。如果不熟悉，可以在这里阅读关于它的详细文章—— https://developer.mozilla.org...。

阴影 DOM 只是一个普通的 DOM，除了两个区别:

• 创建/使用的方式

• 与页面其他部分有关的行为方式

  通常，你创建 DOM 节点并将其附加至其他元素作为子项。 借助于 shadow DOM，您可以创建作用域 DOM 树，该 DOM 树附加至该元素上，但与其自身真正的子项分离开来。这一作用域子树称为影子树。被附着的元素称为影子宿主。 您在影子中添加的任何项均将成为宿主元素的本地项，包括 <style>。 这就是 shadow DOM 实现 CSS 样式作用域的方式

通常，创建 DOM 节点并将它们作为子元素追加到另一个元素中。借助于 shadow DOM，创建一个作用域 DOM 树，附该 DOM 树附加到元素上，但它与实际的子元素是分离的。这个作用域的子树称为 影子树，被附着的元素称为影子宿主。向影子树添加的任何内容都将成为宿主元素的本地元素，包括 <style>，这就是 影子DOM 实现 CSS 样式作用域的方式。

创建 shadow DOM

影子根是附加到“宿主”元素的文档片段，元素通过附加影子根来获取其 shadow DOM。要为元素创建阴影 DOM，调用 element.attachShadow() :

var header = document.createElement('header');
var shadowRoot = header.attachShadow({mode: 'open'});
var paragraphElement = document.createElement('p');

paragraphElement.innerText = 'Shadow DOM';
shadowRoot.appendChild(paragraphElement);

规范定义了元素列表，这些元素无法托管影子树，元素之所以在所选之列，其原因如下：

• 浏览器已为该元素托管其自身的内部 shadow DOM（<textarea>、<input>）。
• 让元素托管 shadow DOM 毫无意义 (<img>)。

例如，以下方法行不通：

document.createElement('input').attachShadow({mode: 'open'});
// Error. `<input>` cannot host shadow dom.

Light DOM

这是组件用户写入的标记。该 DOM 不在组件 shadow DOM 之内，它是元素的实际孩子。假设已经创建了一个名为<extended-button> 的定制组件，它扩展了原生 HTML 按钮组件，此时希望在其中添加图像和一些文本。代码如下:

<extended-button>
  <!-- the image and span are extended-button's light DOM -->
  <img src="boot.png" slot="image">
  <span>Launch</span>
</extended-button>

“extension -button” 是定义的定制组件，其中的 HTML 称为 Light DOM，该组件由用户自己添加。

这里的 Shadow DOM 是你创建的组件 extension-button。Shadow DOM是 组件的本地组件，它定义了组件的内部结构、作用域 CSS 和 封装实现细节。

扁平 DOM 树

浏览器将用户创建的 Light DOM 分发到 Shadow DOM，并对最终产品进行渲染。扁平树是最终在 DevTools 中看到的以及页面上呈渲染的对象。

<extended-button>
  #shadow-root
  <style>…</style>
  <slot name="image">
    <img src="boot.png" slot="image">
  </slot>
  <span id="container">
    <slot>
      <span>Launch</span>
    </slot>
  </span>
</extended-button>

模板 (Templates)

如果需要 Web 页面上重复使用相同的标签结构时，最好使用某种类型的模板，而不是一遍又一遍地重复相同的结构。这在以前也是可以实现，但是 HTML <template> 元素(在现代浏览器中得到了很好的支持)使它变得容易得多。此元素及其内容不在 DOM 中渲染，但可以使用 JavaScript 引用它。

一个简单的例子:

<template id="my-paragraph">
  <p> Paragraph content. </p>
</template>

这不会出现在页面中，直到使用 JavaScrip t引用它，然后使用如下方式将其追加到 DOM 中:

var template = document.getElementById('my-paragraph');
var templateContent = template.content;
document.body.appendChild(templateContent);

到目前为止，已经有其他技术可以实现类似的行为，但是，正如前面提到的，将其原生封装起来是非常好的，Templates 也有相当不错的浏览器支持:

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模板本身是有用的，但它们与自定义元素配合会更好。 可以 customElement Api 能定义一个自定义元素，并且告知 HTML 解析器如何正确地构造一个元素，以及在该元素的属性变化时执行相应的处理。

让我们定义一个 Web 组件名为 <my-paragraph>，该组件使用之前模板作为它的 Shadow DOM 的内容：

customElements.define('my-paragraph',
 class extends HTMLElement {
   constructor() {
     super();

     let template = document.getElementById('my-paragraph');
     let templateContent = template.content;
     const shadowRoot = this.attachShadow({mode: 'open'}).appendChild(templateContent.cloneNode(true));
  }
});

这里需要注意的关键点是，我们向影子根添加了模板内容的克隆，影子根是使用 Node.cloneNode() 方法创建的。

因为将其内容追加到一个 Shadow DOM 中，所以可以在模板中使用 元素的形式包含一些样式信息，然后将其封装在自定义元素中。如果只是将其追加到标准 DOM 中，它是无法工作。

例如，可以将模板更改为:

<template id="my-paragraph">
  <style>
    p {
      color: white;
      background-color: #666;
      padding: 5px;
    }
  </style>
  <p>Paragraph content. </p>
</template>

现在自定义组件可以这样使用:

<my-paragraph></my-paragraph>

<slot> 元素

模板有一些缺点，主要是静态内容，它不允许我们渲染变量/数据，好可以让我们按照一般使用的标准 HTML 模板的习惯来编写代码。Slot 是组件内部的占位符，用户可以使用自己的标记来填充。让我们看看上面的模板怎么使用 slot ：

<template id="my-paragraph">
  <p> 
    <slot name="my-text">Default text</slot> 
  </p>
</template>

如果在标记中包含元素时没有定义插槽的内容，或者浏览器不支持插槽，<my-paragraph> 就只展示文本 “Default text”。

为了定义插槽的内容，应该在 <my-paragraph> 元素中包含一个 HTML 结构，其中的 slot 属性的值为我们定义插槽的名称：

<my-paragraph>
 <span slot="my-text">Let's have some different text!</span>
</my-paragraph>

可以插入插槽的元素称为 Slotable; 当一个元素插入一个插槽时，它被称为开槽 (slotted)。

注意，在上面的例子中，插入了一个 <span> 元素，它是一个开槽元素，它有一个属性 slot，它等于 my-text，与模板中的 slot 定义中的 name 属性的值相同。

在浏览器中渲染后，上面的代码将构建以下扁平 DOM 树:

<my-paragraph>
  #shadow-root
  <p>
    <slot name="my-text">
      <span slot="my-text">Let's have some different text!</span>
    </slot>
  </p>
</my-paragraph>

设定样式

使用 shadow DOM 的组件可通过主页来设定样式，定义其自己的样式或提供钩子（以 CSS 自定义属性的形式）让用户替换默认值。

代码部署后可能存在的BUG没法实时知道，事后为了解决这些BUG，花了大量的时间进行log 调试，这边顺便给大家推荐一个好用的BUG监控工具 Fundebug。

组件定义的样式

作用域 CSS 是 Shadow DOM 最大的特性之一:

• 外部页面的 CSS 选择器不应用于组件内部
• 组件内定义的样式不会影响页面的其他元素，它们的作用域是宿主元素

shadow DOM 内部使用的 CSS 选择器在本地应用于组件实际上，这意味着我们可以再次使用公共vid/类名，而不用担心页面上其他地方的冲突,最佳做法是在 Shadow DOM 内使用更简单的 CSS 选择器,它们在性能上也不错。

看看在 #shadow-root 定义了一些样式的:

#shadow-root
<style>
  #container {
    background: white;
  }
  #container-items {
    display: inline-flex;
  }
</style>

<div id="container"></div>
<div id="container-items"></div>

上面例子中的所有样式都是#shadow-root的本地样式。使用<link>元素在#shadow-root中引入样式表，这些样式表也都属于本地的。

:host 伪类选择器

使用 :host 伪类选择器，用来选择组件宿主元素中的元素 (相对于组件模板内部的元素)。

<style>
  :host {
    display: block; /* by default, custom elements are display: inline */
  }
</style>

当涉及到 :host 选择器时，应该小心一件事:父页面中的规则具有比元素中定义的 :host 规则具有更高的优先级，这允许用户从外部覆盖顶级样式。而且 :host 只在影子根目录下工作，所以你不能在Shadow DOM 之外使用它。

如果 :host(<selector>) 的函数形式与 <selector> 匹配，你可以指定宿主，对于你的组件而言，这是一个很好的方法，它可让你基于宿主将对用户互动或状态的反应行为进行封装，或对内部节点进行样式设定：

<style>
  :host {
    opacity: 0.4;
  }
  
  :host(:hover) {
    opacity: 1;
  }
  
  :host([disabled]) { /* style when host has disabled attribute. */
    background: grey;
    pointer-events: none;
    opacity: 0.4;
  }
  
  :host(.pink) > #tabs {
    color: pink; /* color internal #tabs node when host has class="pink". */
  }
</style>

:host-context(<selector>)

:host-context(<selector>) 或其任意父级与 <selector> 匹配，它将与组件匹配。 例如，在文档的元素上可能有一个用于表示样式主题 (theme) 的 CSS 类，而我们应当基于它来决定组件的样式。
比如，很多人都通过将类应用到 <html> 或 <body> 进行主题化：

<body class="lightheme">
  <custom-container>
  …
  </custom-container>
</body>

在下面的例子中，只有当某个祖先元素有 CSS 类theme-light时，我们才会把background-color样式应用到组件内部的所有元素中：

:host-context(.theme-light) h2 {
  background-color: #eef;
}

/deep/

组件样式通常只会作用于组件自身的 HTML 上，我们可以使用 /deep/ 选择器，来强制一个样式对各级子组件的视图也生效，它不但作用于组件的子视图，也会作用于组件的内容。

在下面例子中，我们以所有的元素为目标，从宿主元素到当前元素再到 DOM 中的所有子元素：

:host /deep/ h3 {
  font-style: italic;
}

/deep/ 选择器还有一个别名 >>>，可以任意交替使用它们。

/deep/ 和 >>> 选择器只能被用在仿真 (emulated)模式下。 这种方式是默认值，也是用得最多的方式。

从外部为组件设定样式

有几种方法可从外部为组件设定样式：最简单的方法是使用标记名称作为选择器，如下

custom-container {
  color: red;
}

外部样式比在 Shadow DOM 中定义的样式具有更高的优先级。

例如，如果用户编写选择器:

custom-container {
  width: 500px;
}

它将覆盖组件的样式:

:host {
  width: 300px;
}

对组件本身进行样式化只能到此为止。但是如果人想要对组件的内部进行样式化，会发生什么情况呢？为此，我们需要 CSS 自定义属性。

使用 CSS 自定义属性创建样式钩子

如果组件的开发者通过 CSS 自定义属性提供样式钩子，则用户可调整内部样式。其思想类似于<slot>，但适用于样式。

看看下面的例子：

<!-- main page -->
<style>
  custom-container {
    margin-bottom: 60px;
     - custom-container-bg: black;
  }
</style>

<custom-container background>…</custom-container>

在其 shadow DOM 内部：

:host([background]) {
  background: var( - custom-container-bg, #CECECE);
  border-radius: 10px;
  padding: 10px;
}

在本例中，该组件将使用 black 作为背景值，因为用户指定了该值，否则，背景颜色将采用默认值 #CECECE。

作为组件的作者，是有责任让开发人员了解他们可以使用的 CSS 定制属性，将其视为组件的公共接口的一部分。

在 JS 中使用 slot

Shadow DOM API 提供了使用 slot 和分布式节点的实用程序，这些实用程序在编写自定义元素时迟早派得上用场。

slotchange 事件

当 slot 的分布式节点发生变化时，slotchange 事件将触发。例如，如果用户从 light DOM 中添加/删除子元素。

var slot = this.shadowRoot.querySelector('#some_slot');
slot.addEventListener('slotchange', function(e) {
  console.log('Light DOM change');
});

要监视对 light DOM 的其他类型的更改，可以在元素的构造函数中使用 MutationObserver。以前讨论过 MutationObserver 的内部结构以及如何使用它。

assignedNodes() 方法

有时候，了解哪些元素与 slot 相关联非常有用。调用 slot.assignedNodes() 可查看 slot 正在渲染哪些元素。 {flatten: true} 选项将返回 slot 的备用内容（前提是没有分布任何节点）。

让我们看看下面的例子:

<slot name=’slot1’><p>Default content</p></slot>

假设这是在一个名为 <my-container> 的组件中。

看看这个组件的不同用法，以及调用 assignedNodes() 的结果是什么:

在第一种情况下，我们将向 slot 中添加我们自己的内容:

<my-container>
  <span slot="slot1"> container text </span>
</my-container>

调用 assignedNodes() 会得到 [<span slot= " slot1 " > container text </span>]，注意，结果是一个节点数组。

在第二种情况下，将内容置空:

<my-container> </my-container>

调用 assignedNodes() 的结果将返回一个空数组 []。

在第三种情况下，调用 slot.assignedNodes({flatten: true})，得到结果是: [<p>默认内容</p>]。

此外，要访问 slot 中的元素，可以调用 assignedNodes() 来查看元素分配给哪个组件 slot。

事件模型

值得注意的是，当发生在 Shadow DOM 中的事件冒泡时，会发生什么。

当事件从 Shadow DOM 中触发时，其目标将会调整为维持 Shadow DOM 提供的封装。也就是说，事件的目标重新进行了设定，因此这些事件看起来像是来自组件，而不是来自 Shadow DOM 中的内部元素。

下面是从 Shadow DOM 传播出去的事件列表(有些没有):

• 聚焦事件：blur、focus、focusin、focusout
• 鼠标事件：click、dblclick、mousedown、mouseenter、mousemove，等等
• 滚轮事件：wheel
• 输入事件：beforeinput、input
• 键盘事件：keydown、keyup
• 组合事件：compositionstart、compositionupdate、compositionend
• 拖放事件：dragstart、drag、dragend、drop，等等

自定义事件

默认情况下，自定义事件不会传播到 Shadow DOM 之外。如果希望分派自定义事件并使其传播，则需要添加 bubbles: true 和 composed: true 选项。

让我们看看派发这样的事件是什么样的:

var container = this.shadowRoot.querySelector('#container');
container.dispatchEvent(new Event('containerchanged', {bubbles: true, composed: true}));

浏览器支持

如希望获得 shadow DOM 检测功能，请查看是否存在 attachShadow：

const supportsShadowDOMV1 = !!HTMLElement.prototype.attachShadow;

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有史以来第一次，我们拥有了实施适当 CSS 作用域、DOM 作用域的 API 原语，并且有真正意义上的组合。 与自定义元素等其他网络组件 API 组合后，shadow DOM 提供了一种编写真正封装组件的方法，无需花多大的功夫或使用如 <iframe> 等陈旧的东西。

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