深入学习AngularJS中数据的双向绑定机制

Angular JS (Angular.JS) 是一组用来开发Web页面的框架、模板以及数据绑定和丰富UI组件。它支持整个开发进程，提供web应用的架构，无需进行手工DOM操作。 AngularJS很小，只有60K，兼容主流浏览器，与 jQuery 配合良好。双向数据绑定可能是AngularJS最酷最实用的特性,将MVC的原理展现地淋漓尽致.

AngularJS的工作原理是:HTML模板将会被浏览器解析到DOM中, DOM结构成为AngularJS编译器的输入。AngularJS将会遍历DOM模板, 来生成相应的NG指令,所有的指令都负责针对view(即HTML中的ng-model)来设置数据绑定。因此, NG框架是在DOM加载完成之后, 才开始起作用的.

在html中:

<body ng-app="ngApp">
 <div ng-controller="ngCtl">
  <label ng-model="myLabel"></label>
  <input type="text" ng-model="myInput" />
  <button ng-model="myButton" ng-click="btnClicked"></button>
 </div>
</body>

在js中:

// angular app
var app = angular.module("ngApp", [], function(){
 console.log("ng-app : ngApp");
});
// angular controller
app.controller("ngCtl", [ '$scope', function($scope){
 console.log("ng-controller : ngCtl");
 $scope.myLabel = "text for label";
 $scope.myInput = "text for input";
 $scope.btnClicked = function() {
  console.log("Label is " + $scope.myLabel);
 }
}]);

如上,我们在html中先定义一个angular的app,指定一个angular的controller,则该controller会对应于一个作用域(可以用$scope前缀来指定作用域中的属性和方法等). 则在该ngCtl的作用域内的HTML标签, 其值或者操作都可以通过$scope的方式跟js中的属性和方法进行绑定.

这样, 就实现了NG的双向数据绑定: 即HTML中呈现的view与AngularJS中的数据是一致的. 修改其一, 则对应的另一端也会相应地发生变化.

这样的方式,使用起来真的非常方便. 我们仅关心HTML标签的样式, 及其对应在js中angular controller作用域下绑定的属性和方法. 仅此而已, 将众多复杂的DOM操作全都省略掉了.

这样的思想,其实跟jQuery的DOM查询和操作是完全不一样的, 因此也有很多人建议用AngularJS的时候,不要混合使用jQuery. 当然, 二者各有优劣, 使用哪个就要看自己的选择了.

NG中的app相当于一个模块module, 在每个app中可以定义多个controller, 每个controller都会有各自的作用域空间,不会相互干扰.

绑定数据是怎样生效的
初学AngularJS的人可能会踩到这样的坑，假设有一个指令：

var app = angular.module("test", []);

app.directive("myclick", function() {
  return function (scope, element, attr) {
    element.on("click", function() {
      scope.counter++;
    });
  };
});

app.controller("CounterCtrl", function($scope) {
  $scope.counter = 0;
});
<body ng-app="test">
  <div ng-controller="CounterCtrl">
    <button myclick>increase</button>
    <span ng-bind="counter"></span>
  </div>
</body>

这个时候，点击按钮，界面上的数字并不会增加。很多人会感到迷惑，因为他查看调试器，发现数据确实已经增加了，Angular不是双向绑定吗，为什么数据变化了，界面没有跟着刷新？

试试在scope.counter++;这句之后加一句scope.digest();再看看是不是好了？

为什么要这么做呢，什么情况下要这么做呢？我们发现第一个例子中并没有digest，而且，如果你写了digest，它还会抛出异常，说正在做其他的digest，这是怎么回事？

我们先想想，假如没有AngularJS，我们想要自己实现这么个功能，应该怎样？

<!DOCTYPE html>
<html>
  <head>
    <meta charset="utf-8" />
    <title>two-way binding</title>
  </head>
  <body onload="init()">
    <button ng-click="inc">
      increase 1
    </button>
    <button ng-click="inc2">
      increase 2
    </button>
    <span style="color:red" ng-bind="counter"></span>
    <span style="color:blue" ng-bind="counter"></span>
    <span style="color:green" ng-bind="counter"></span>

    <script type="text/javascript">
      /* 数据模型区开始 */
      var counter = 0;

      function inc() {
        counter++;
      }

      function inc2() {
        counter+=2;
      }
      /* 数据模型区结束 */

      /* 绑定关系区开始 */
      function init() {
        bind();
      }

      function bind() {
        var list = document.querySelectorAll("[ng-click]");
        for (var i=0; i<list.length; i++) {
          list[i].onclick = (function(index) {
            return function() {
              window[list[index].getAttribute("ng-click")]();
              apply();
            };
          })(i);
        }
      }

      function apply() {
        var list = document.querySelectorAll("[ng-bind='counter']");
        for (var i=0; i<list.length; i++) {
          list[i].innerHTML = counter;
        }
      }
      /* 绑定关系区结束 */
    </script>
  </body>
</html>

可以看到，在这么一个简单的例子中，我们做了一些双向绑定的事情。从两个按钮的点击到数据的变更，这个很好理解，但我们没有直接使用DOM的onclick方法，而是搞了一个ng-click，然后在bind里面把这个ng-click对应的函数拿出来，绑定到onclick的事件处理函数中。为什么要这样呢？因为数据虽然变更了，但是还没有往界面上填充，我们需要在此做一些附加操作。

从另外一个方面看，当数据变更的时候，需要把这个变更应用到界面上，也就是那三个span里。但由于Angular使用的是脏检测，意味着当改变数据之后，你自己要做一些事情来触发脏检测，然后再应用到这个数据对应的DOM元素上。问题就在于，怎样触发脏检测？什么时候触发？

我们知道，一些基于setter的框架，它可以在给数据设值的时候，对DOM元素上的绑定变量作重新赋值。脏检测的机制没有这个阶段，它没有任何途径在数据变更之后立即得到通知，所以只能在每个事件入口中手动调用apply()，把数据的变更应用到界面上。在真正的Angular实现中，这里先进行脏检测，确定数据有变化了，然后才对界面设值。

所以，我们在ng-click里面封装真正的click，最重要的作用是为了在之后追加一次apply()，把数据的变更应用到界面上去。

那么，为什么在ng-click里面调用$digest的话，会报错呢？因为Angular的设计，同一时间只允许一个$digest运行，而ng-click这种内置指令已经触发了$digest，当前的还没有走完，所以就出错了。

$digest和$apply
在Angular中，有$apply和$digest两个函数，我们刚才是通过$digest来让这个数据应用到界面上。但这个时候，也可以不用$digest，而是使用$apply，效果是一样的，那么，它们的差异是什么呢？

最直接的差异是，$apply可以带参数，它可以接受一个函数，然后在应用数据之后，调用这个函数。所以，一般在集成非Angular框架的代码时，可以把代码写在这个里面调用。

var app = angular.module("test", []);

app.directive("myclick", function() {
  return function (scope, element, attr) {
    element.on("click", function() {
      scope.counter++;
      scope.$apply(function() {
        scope.counter++;
      });
    });
  };
});

app.controller("CounterCtrl", function($scope) {
  $scope.counter = 0;
});

除此之外，还有别的区别吗？

在简单的数据模型中，这两者没有本质差别，但是当有层次结构的时候，就不一样了。考虑到有两层作用域，我们可以在父作用域上调用这两个函数，也可以在子作用域上调用，这个时候就能看到差别了。

对于$digest来说，在父作用域和子作用域上调用是有差别的，但是，对于$apply来说，这两者一样。我们来构造一个特殊的示例：

var app = angular.module("test", []);

app.directive("increasea", function() {
  return function (scope, element, attr) {
    element.on("click", function() {
      scope.a++;
      scope.$digest();
    });
  };
});

app.directive("increaseb", function() {
  return function (scope, element, attr) {
    element.on("click", function() {
      scope.b++;
      scope.$digest();  //这个换成$apply即可
    });
  };
});

app.controller("OuterCtrl", ["$scope", function($scope) {
  $scope.a = 1;

  $scope.$watch("a", function(newVal) {
    console.log("a:" + newVal);
  });

  $scope.$on("test", function(evt) {
    $scope.a++;
  });
}]);

app.controller("InnerCtrl", ["$scope", function($scope) {
  $scope.b = 2;

  $scope.$watch("b", function(newVal) {
    console.log("b:" + newVal);
    $scope.$emit("test", newVal);
  });
}]);
<div ng-app="test">
  <div ng-controller="OuterCtrl">
    <div ng-controller="InnerCtrl">
      <button increaseb>increase b</button>
      <span ng-bind="b"></span>
    </div>
    <button increasea>increase a</button>
    <span ng-bind="a"></span>
  </div>
</div>

这时候，我们就能看出差别了，在increase b按钮上点击，这时候，a跟b的值其实都已经变化了，但是界面上的a没有更新，直到点击一次increase a，这时候刚才对a的累加才会一次更新上来。怎么解决这个问题呢？只需在increaseb这个指令的实现中，把$digest换成$apply即可。

当调用$digest的时候，只触发当前作用域和它的子作用域上的监控，但是当调用$apply的时候，会触发作用域树上的所有监控。

因此，从性能上讲，如果能确定自己作的这个数据变更所造成的影响范围，应当尽量调用$digest，只有当无法精确知道数据变更造成的影响范围时，才去用$apply，很暴力地遍历整个作用域树，调用其中所有的监控。

从另外一个角度，我们也可以看到，为什么调用外部框架的时候，是推荐放在$apply中，因为只有这个地方才是对所有数据变更都应用的地方，如果用$digest，有可能临时丢失数据变更。

脏检测的利弊
很多人对Angular的脏检测机制感到不屑，推崇基于setter，getter的观测机制，在我看来，这只是同一个事情的不同实现方式，并没有谁完全胜过谁，两者是各有优劣的。

大家都知道，在循环中批量添加DOM元素的时候，会推荐使用DocumentFragment，为什么呢，因为如果每次都对DOM产生变更，它都要修改DOM树的结构，性能影响大，如果我们能先在文档碎片中把DOM结构创建好，然后整体添加到主文档中，这个DOM树的变更就会一次完成，性能会提高很多。

同理，在Angular框架里，考虑到这样的场景：

function TestCtrl($scope) {
  $scope.numOfCheckedItems = 0;

  var list = [];

  for (var i=0; i<10000; i++) {
    list.push({
      index: i,
      checked: false
    });
  }

  $scope.list = list;

  $scope.toggleChecked = function(flag) {
    for (var i=0; i<list.length; i++) {
      list[i].checked = flag;
      $scope.numOfCheckedItems++;
    }
  };
}

如果界面上某个文本绑定这个numOfCheckedItems，会怎样？在脏检测的机制下，这个过程毫无压力，一次做完所有数据变更，然后整体应用到界面上。这时候，基于setter的机制就惨了，除非它也是像Angular这样把批量操作延时到一次更新，否则性能会更低。

所以说，两种不同的监控方式，各有其优缺点，最好的办法是了解各自使用方式的差异，考虑出它们性能的差异所在，在不同的业务场景中，避开最容易造成性能瓶颈的用法。