前端开发技术的发展

前端开发技术,从狭义的定义来看,是指围绕HTML、JavaScript、CSS这样一套体系的开发技术,它的运行宿主是浏览器。从广义的定义来看,包括了:

  • 专门为手持终端设计的类似WML这样的类HTML语言,类似WMLScript这样的类JavaScript语言。
  • VML和SVG等基于XML的描述图形的语言。
  • 从属于XML体系的XML,XPath,DTD等技术。
  • 用于支撑后端的ASP,JSP,ASP.net,PHP,nodejs等语言或者技术。
  • 被第三方程序打包的一种类似浏览器的宿主环境,比如Adobe AIR和使用HyBird方式的一些开发技术,如PhoneGap(它使用Android中的WebView等技术,让开发人员使用传统Web开发技术来开发本地应用)
  • Adobe Flash,Flex,Microsoft Silverlight,Java Applet,JavaFx等RIA开发技术。

本文从狭义的前端定义出发,探讨一下这方面开发技术的发展过程。

从前端开发技术的发展来看,大致可以分为以下几个阶段:

 

一. 刀耕火种

1. 静态页面

最早期的Web界面基本都是在互联网上使用,人们浏览某些内容,填写几个表单,并且提交。当时的界面以浏览为主,基本都是HTML代码,有时候穿插一些JavaScript,作为客户端校验这样的基础功能。代码的组织比较简单,而且CSS的运用也是比较少的。

最简单的是这样一个文件:

2. 带有简单逻辑的界面

这个界面带有一段JavaScript代码,用于拼接两个输入框中的字符串,并且弹出窗口显示。

3. 结合了服务端技术的混合编程

由于静态界面不能实现保存数据等功能,出现了很多服务端技术,早期的有CGI(Common Gateway Interface,多数用C语言或者Perl实现的),ASP(使用VBScript或者JScript),JSP(使用Java),PHP等等,Python和Ruby等语言也常被用于这类用途。

有了这类技术,在HTML中就可以使用表单的post功能提交数据了,比如:

在这个阶段,由于客户端和服务端的职责未作明确的划分,比如生成一个字符串,可以由前端的JavaScript做,也可以由服务端语言做,所以通常在一个界面里,会有两种语言混杂在一起,用<%和%>标记的部分会在服务端执行,输出结果,甚至经常有把数据库连接的代码跟页面代码混杂在一起的情况,给维护带来较大的不便。

4.组件化的萌芽

这个时代,也逐渐出现了组件化的萌芽。比较常见的有服务端的组件化,比如把某一类服务端功能单独做成片段,然后其他需要的地方来include进来,典型的有:ASP里面数据库连接的地方,把数据源连接的部分写成conn.asp,然后其他每个需要操作数据库的asp文件包含它。

上面所说的是在服务端做的,浏览器端通常有针对JavaScript的,把某一类的Javascript代码写到单独的js文件中,界面根据需要,引用不同的js文件。针对界面的组件方式,通常利用frameset和iframe这两个标签。某一大块有独立功能的界面写到一个html文件,然后在主界面里面把它当作一个frame来载入,一般的B/S系统集成菜单的方式都是这样的。

此外,还出现了一些基于特定浏览器的客户端组件技术,比如IE浏览器的HTC(HTML Component)。这种技术最初是为了对已有的常用元素附加行为的,后来有些场合也用它来实现控件。微软ASP.net的一些版本里,使用这种技术提供了树形列表,日历,选项卡等功能。HTC的优点是允许用户自行扩展HTML标签,可以在自己的命名空间里定义元素,然后,使用HTML,JavaScript和CSS来实现它的布局、行为和观感。这种技术因为是微软的私有技术,所以逐渐变得不那么流行。

Firefox浏览器里面推出过一种叫XUL的技术,也没有流行起来。

 

二. 铁器时代

这个时代的典型特征是Ajax的出现。

1. AJAX

AJAX其实是一系列已有技术的组合,早在这个名词出现之前,这些技术的使用就已经比较广泛了,GMail因为恰当地应用了这些技术,获得了很好的用户体验。

由于Ajax的出现,规模更大,效果更好的Web程序逐渐出现,在这些程序中,JavaScript代码的数量迅速增加。出于代码组织的需要,“JavaScript框架”这个概念逐步形成,当时的主流是prototype和mootools,这两者各有千秋,提供了各自方式的面向对象组织思路。

2. JavaScript基础库

Prototype框架主要是为JavaScript代码提供了一种组织方式,对一些原生的JavaScript类型提供了一些扩展,比如数组、字符串,又额外提供了一些实用的数据结构,如:枚举,Hash等,除此之外,还对dom操作,事件,表单和Ajax做了一些封装。

Mootools框架的思路跟Prototype很接近,它对JavaScript类型扩展的方式别具一格,所以在这类框架中,经常被称作“最优雅的”对象扩展体系。

从这两个框架的所提供的功能来看,它们的定位是核心库,在使用的时候一般需要配合一些外围的库来完成。

jQuery与这两者有所不同,它着眼于简化DOM相关的代码。 例如:

  • DOM的选择

jQuery提供了一系列选择器用于选取界面元素,在其他一些框架中也有类似功能,但是一般没有它的简洁、强大。

  • 链式表达式:

在jQuery中,可以使用链式表达式来连续操作dom,比如下面这个例子:

如果不使用链式表达式,可能我们需要这么写:

但是有了链式表达式,我们只需要这么一行代码就可以完成这些:

除此之外,jQuery还提供了一些动画方面的特效代码,也有大量的外围库,比如jQuery UI这样的控件库,jQuery mobile这样的移动开发库等等。

3. 模块代码加载方式

以上这些框架提供了代码的组织能力,但是未能提供代码的动态加载能力。动态加载JavaScript为什么重要呢?因为随着Ajax的普及,jQuery等辅助库的出现,Web上可以做很复杂的功能,因此,单页面应用程序(SPA,Single Page Application)也逐渐多了起来。

单个的界面想要做很多功能,需要写的代码是会比较多的,但是,并非所有的功能都需要在界面加载的时候就全部引入,如果能够在需要的时候才加载那些代码,就把加载的压力分担了,在这个背景下,出现了一些用于动态加载JavaScript的框架,也出现了一些定义这类可被动态加载代码的规范。

在这些框架里,知名度比较高的是RequireJS,它遵循一种称为AMD(Asynchronous Module Definition)的规范。

比如下面这段,定义了一个动态的匿名模块,它依赖math模块

假设上面的代码存放于adder.js中,当需要使用这个模块的时候,通过如下代码来引入adder:

RequireJS除了提供异步加载方式,也可以使用同步方式加载模块代码。AMD规范除了使用在前端浏览器环境中,也可以运行于nodejs等服务端环境,nodejs的模块就是基于这套规范定义的。(修订,这里弄错了,nodejs是基于类似的CMD规范的)

 

三. 工业革命

这个时期,随着Web端功能的日益复杂,人们开始考虑这样一些问题:

  • 如何更好地模块化开发
  • 业务数据如何组织
  • 界面和业务数据之间通过何种方式进行交互

在这种背景下,出现了一些前端MVC、MVP、MVVM框架,我们把这些框架统称为MV*框架。这些框架的出现,都是为了解决上面这些问题,具体的实现思路各有不同,主流的有Backbone,AngularJS,Ember,Spine等等,本文主要选用Backbone和AngularJS来讲述以下场景。

1. 数据模型

在这些框架里,定义数据模型的方式与以往有些差异,主要在于数据的get和set更加有意义了,比如说,可以把某个实体的get和set绑定到RESTful的服务上,这样,对某个实体的读写可以更新到数据库中。另外一个特点是,它们一般都提供一个事件,用于监控数据的变化,这个机制使得数据绑定成为可能。

在一些框架中,数据模型需要在原生的JavaScript类型上做一层封装,比如Backbone的方式是这样:

上述例子中,defaults方法用于提供模型的默认值,initialize方法用于做一些初始化工作,这两个都是约定的方法,toggle是自定义的,用于保存todo的选中状态。

除了对象,Backbone也支持集合类型,集合类型在定义的时候要通过model属性指定其中的元素类型。

数据模型也可以包含一些方法,比如自身的校验,或者跟后端的通讯、数据的存取等等,在上面两个例子中,也都有体现。

AngularJS的模型定义方式与Backbone不同,可以不需要经过一层封装,直接使用原生的JavaScript简单数据、对象、数组,相对来说比较简便。

2. 控制器

在Backbone中,是没有独立的控制器的,它的一些控制的职责都放在了视图里,所以其实这是一种MVP(Model View Presentation)模式,而AngularJS有很清晰的控制器层。

还是以这个todo为例,在AngularJS中,会有一些约定的注入,比如$scope,它是控制器、模型和视图之间的桥梁。在控制器定义的时候,将$scope作为参数,然后,就可以在控制器里面为它添加模型的支持。

本例中为$scope添加了todos这个数组,addTodo,remaining和archive三个方法,然后,可以在视图中对他们进行绑定。

3. 视图

在这些主流的MV*框架中,一般都提供了定义视图的功能。在Backbone中,是这样定义视图的:

上面这个例子是一个典型的“部件”视图,它对于界面上的已有元素没有依赖。也有那么一些视图,需要依赖于界面上的已有元素,比如下面这个,它通过el属性,指定了HTML中id为todoapp的元素,并且还在initialize方法中引用了另外一些元素,通常,需要直接放置到界面的顶层试图会采用这种方式,而“部件”视图一般由主视图来创建、布局。

对于AngularJS来说,基本不需要有额外的视图定义,它采用的是直接定义在HTML上的方式,比如:

在这个例子中,使用ng-controller注入了一个TodoCtrl的实例,然后,在TodoCtrl的$scope中附加的那些变量和方法都可以直接访问了。注意到其中的ng-repeat部分,它遍历了todos数组,然后使用其中的单个todo对象创建了一些HTML元素,把相应的值填到里面。这种做法和ng-model一样,都创造了双向绑定,即:

  • 改变模型可以随时反映到界面上
  • 在界面上做的操作(输入,选择等等)可以实时反映到模型里。

而且,这种绑定都会自动忽略其中可能因为空数据而引起的异常情况。

4. 模板

模板是这个时期一种很典型的解决方案。我们常常有这样的场景:在一个界面上重复展示类似的DOM片段,例如微博。以传统的开发方式,也可以轻松实现出来,比如:

但是使用模板技术,这一切可以更加优雅,以常用的模板框架UnderScore为例,实现这段功能的代码为:

也可以这么定义:

除此之外,UnderScore还提供了一些很方便的集合操作,使得模板的使用更加方便。如果你打算使用BackBone框架,并且需要用到模板功能,那么UnderScore是一个很好的选择,当然,也可以选用其它的模板库,比如Mustache等等。

如果使用AngularJS,可以不需要额外的模板库,它自身就提供了类似的功能,比如上面这个例子可以改写成这样:

主流的模板技术都提供了一些特定的语法,有些功能很强。值得注意的是,他们虽然与JSP之类的代码写法类似甚至相同,但原理差别很大,这些模板框架都是在浏览器端执行的,不依赖任何服务端技术,即使界面文件是.html也可以,而传统比如JSP模板是需要后端支持的,执行时间是在服务端。

5. 路由

通常路由是定义在后端的,但是在这类MV*框架的帮助下,路由可以由前端来解析执行。比如下面这个Backbone的路由示例:

在上述例子中,定义了一些路由的映射关系,那么,在实际访问的时候,如果在地址栏输入”#search/obama/p2″,就会匹配到”search/:query/p:page”这条路由,然后,把”obama”和”2″当作参数,传递给search方法。

AngularJS中定义路由的方式有些区别,它使用一个$routeProvider来提供路由的存取,每一个when表达式配置一条路由信息,otherwise配置默认路由,在配置路由的时候,可以指定一个额外的控制器,用于控制这条路由对应的html界面:

注意,在AngularJS中,路由的template并非一个完整的html文件,而是其中的一段,文件的头尾都可以不要,也可以不要那些包含的外部样式和JavaScript文件,这些在主界面中载入就可以了。

6. 自定义标签

用过XAML或者MXML的人一定会对其中的可扩充标签印象深刻,对于前端开发人员而言,基于标签的组件定义方式一定是优于其他任何方式的,看下面这段HTML:

即使是刚刚接触这种东西的新手,也能够理解它的意思,并且能够照着做出类似的东西,如果使用传统的面向对象语言去描述界面,效率远远没有这么高,这就是在界面开发领域,声明式编程比命令式编程适合的最重要原因。

但是,HTML的标签是有限的,如果我们需要的功能不在其中,怎么办?在开发过程中,我们可能需要一个选项卡的功能,但是,HTML里面不提供选项卡标签,所以,一般来说,会使用一些li元素和div的组合,加上一些css,来实现选项卡的效果,也有的框架使用JavaScript来完成这些功能。总的来说,这些代码都不够简洁直观。

如果能够有一种技术,能够提供类似这样的方式,该多么好呢?

回忆一下,我们在章节1.4 组件化的萌芽 里面,提到过一种叫做HTC的技术,这种技术提供了类似的功能,而且使用起来也比较简便,问题是,它属于一种正在消亡的技术,于是我们的目光投向了更为现代的前端世界,AngularJS拯救了我们。

在AngularJS的首页,可以看到这么一个区块“Create Components”,在它的演示代码里,能够看到类似的一段:

那么,它是怎么做到的呢?秘密在这里:

这段代码里,定义了tabs和pane两个标签,并且限定了pane标签不能脱离tabs而单独存在,tabs的controller定义了它的行为,两者的template定义了实际生成的html,通过这种方式,开发者可以扩展出自己需要的新元素,对于使用者而言,这不会增加任何额外的负担。

 

四. 一些想说的话

关于ExtJS

注意到在本文中,并未提及这样一个比较流行的前端框架,主要是因为他自成一系,思路跟其他框架不同,所做的事情,层次介于文中的二和三之间,所以没有单独列出。

 

写作目的

在我10多年的Web开发生涯中,经历了Web相关技术的各种变革,从2003年开始,接触并使用到了HTC,VML,XMLHTTP等当时比较先进的技术,目睹了网景浏览器的衰落,IE的后来居上,Firefox和Chrome的逆袭,各类RIA技术的风起云涌,对JavaScript的模块化有过持续的思考。未来究竟是什么样子?我说不清楚,只能凭自己的一些认识,把这些年一些比较主流的发展过程总结一下,供有需要了解的朋友们作个参考,错漏在所难免,欢迎大家指教。

个人邮箱:xu.fei@outlook.com
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