【源码拾遗】从vue-router看前端路由的两种实现

后端路由简介

路由这个概念最先是后端出现的。在以前用模板引擎开发页面时，经常会看到这样

http://www.xxx.com/login

大致流程可以看成这样：

1. 浏览器发出请求
2. 服务器监听到 80 端口（或443）有请求过来，并解析url路径
3. 根据服务器的路由配置，返回相应信息（可以是 html 字串，也可以是 json 数据，图片等）
4. 浏览器根据数据包的 Content-Type 来决定如何解析数据

简单来说路由就是用来跟后端服务器进行交互的一种方式，通过不同的路径，来请求不同的资源，请求不同的页面是路由的其中一种功能。

前端路由

“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：

1. hash 模式

随着 ajax 的流行，异步数据请求交互运行在不刷新浏览器的情况下进行。而异步交互体验的更高级版本就是 SPA —— 单页应用。单页应用不仅仅是在页面交互是无刷新的，连页面跳转都是无刷新的，为了实现单页应用，所以就有了前端路由。
类似于服务端路由，前端路由实现起来其实也很简单，就是匹配不同的 url 路径，进行解析，然后动态的渲染出区域 html 内容。但是这样存在一个问题，就是 url 每次变化的时候，都会造成页面的刷新。那解决问题的思路便是在改变 url 的情况下，保证页面的不刷新。在 2014 年之前，大家是通过 hash 来实现路由，url hash 就是类似于：

http://www.xxx.com/#/login

这种 #。后面 hash 值的变化，并不会导致浏览器向服务器发出请求，浏览器不发出请求，也就不会刷新页面。另外每次 hash 值的变化，还会触发hashchange 这个事件，通过这个事件我们就可以知道 hash 值发生了哪些变化。然后我们便可以监听hashchange来实现更新页面部分内容的操作：

window.addEventListener('hashchange', matchAndUpdate)

2. history 模式

14年后，因为 HTML5 标准发布。多了两个 API，pushState 和 replaceState，通过这两个 API 可以改变 url 地址且不会发送请求。同时还有popstate 事件。通过这些就能用另一种方式来实现前端路由了，但原理都是跟 hash 实现相同的。用了 HTML5 的实现，单页路由的 url 就不会多出一个#，变得更加美观。但因为没有 # 号，所以当用户刷新页面之类的操作时，浏览器还是会给服务器发送请求。为了避免出现这种情况，所以这个实现需要服务器的支持，需要把所有路由都重定向到根页面。

window.addEventListener('popstate', matchAndUpdate)

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是用来判断当前mode = 'hash'是不是通过降级处理的
    this.fallback = mode === 'history' && !supportsPushState && options.fallback !== false // 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：

1. 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：

   modehistory 'history'HTML5History 'hash'HashHistory 'abstract'AbstractHistory

2. 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'

3. 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：

http://www.example.com/index.html#print

#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。

先来看看 hash的方式，当发生变得时候会判断当前浏览器环境是否支持 supportsPushState 来选择监听 popstate还是hashchange：

window.addEventListener(supportsPushState ? 'popstate' : 'hashchange', () => {
  const current = this.current
  if (!ensureSlash()) {
    return
  }
  this.transitionTo(getHash(), route => {
    if (supportsScroll) {
      handleScroll(this.router, route, current, true)
    }
    if (!supportsPushState) {
      replaceHash(route.fullPath)
    }
  })
})

对应的history其实也是差不多。只不过既然是history模式了，默认也就只用监听popstate就好了：

window.addEventListener('popstate', e => {
  const current = this.current

  // Avoiding first `popstate` event dispatched in some browsers but first
  // history route not updated since async guard at the same time.
  const location = getLocation(this.base)
  if (this.current === START && location === initLocation) {
    return
  }

  this.transitionTo(location, route => {
    if (supportsScroll) {
      handleScroll(router, route, current, true)
    }
  })
})

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，关于整体源码的阅读推荐滴滴前端的这篇文章

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。

参考

• vue-router 实现 -- 路由变更监听