JavaScript Reflect Metadata 详解

引言

在 ES6 的规范当中,就已经存在 Reflect API 了。简单来说这个 API 的作用就是可以实现对变量操作的函数化,也就是反射。具体的关于这个 API 的内容,可以查看这个教程

然而我们在这里讲到的,却是 Reflect 里面还没有的一个规范,那么就是 Reflect Metadata

Metadata

想必对于其他语言的 Coder 来说,比如说 Java 或者 C#,Metadata 是很熟悉的。最简单的莫过于通过反射来获取类属性上面的批注(在 JS 当中,也就是所谓的装饰器)。从而可以更加优雅的对代码进行控制。

而 JS 现在有装饰器,虽然现在还在 Stage2 阶段。但是 JS 的装饰器更多的是存在于对函数或者属性进行一些操作,比如修改他们的值,代理变量,自动绑定 this 等等功能。

所以,后文当中我就使用 TypeScript 来进行讲解,因为 TypeScript 已经完整的实现了装饰器。
虽然 Babel 也可以,但是需要各种配置,人懒,不想配置那么多。

但是却无法实现通过反射来获取究竟有哪些装饰器添加到这个类/方法上。

于是 Reflect Metadata 应运而生。

Reflect Metadata

Relfect Metadata,简单来说,你可以通过装饰器来给类添加一些自定义的信息。然后通过反射将这些信息提取出来。当然你也可以通过反射来添加这些信息。 就像是下面这个例子所示。

@Reflect.metadata('name', 'A')
class A {
  @Reflect.metadata('hello', 'world')
  public hello(): string {
    return 'hello world'
  }
}

Reflect.getMetadata('name', A) // 'A'
Reflect.getMetadata('hello', new A()) // 'world'
// 这里为什么要用 new A(),用 A 不行么?后文会讲到

是不是很简单,那么我简单来介绍一下~

概念

首先,在这里有四个概念要区分一下:

  1. Metadata Key {Any} 后文简写 k。元数据的 Key,对于一个对象来说,他可以有很多元数据,每一个元数据都对应有一个 Key。一个很简单的例子就是说,你可以在一个对象上面设置一个叫做 'name' 的 Key 用来设置他的名字,用一个 'created time' 的 Key 来表示他创建的时间。这个 Key 可以是任意类型。在后面会讲到内部本质就是一个 Map 对象。
  2. Metadata Value {Any} 后文简写 v。元数据的类型,任意类型都行。
  3. Target {Object} 后文简写 o。表示要在这个对象上面添加元数据
  4. Property {String|Symbol} 后文简写 p。用于设置在那个属性上面添加元数据。大家可能会想,这个是干什么用的,不是可以在对象上面添加元数据了么?其实不仅仅可以在对象上面添加元数据,甚至还可以在对象的属性上面添加元数据。其实大家可以这样理解,当你给一个对象定义元数据的时候,相当于你是默认指定了 undefined 作为 Property。 下面有一个例子大家可以看一下。

大家明白了上面的概念之后,我之前给的那个例子就很简单了~不用我多说了。

安装/使用

下面不如正题,我们怎么开始使用 Reflect Metadata 呢?
首先,你需要安装 reflect-metadata polyfill,然后引入之后就可以看到在 Reflect 对象下面有很多关于 Metadata 的函数了。因为这个还没有进入正式的协议,所以需要安装垫片使用。

啥,Reflect 是啥,一个全局变量而已。

你不需要担心这个垫片的质量,因为连 Angular 都在使用呢,你怕啥。

之后你就可以安装我上面写的示例,在 TypeScript 当中去跑了。

类/属性/方法 装饰器

看这个例子。

@Reflect.metadata('name', 'A')
class A {
  @Reflect.metadata('name', 'hello')
  hello() {}
}

const objs = [A, new A, A.prototype]
const res = objs.map(obj => [
  Reflect.getMetadata('name', obj),
  Reflect.getMetadata('name', obj, 'hello'),
  Reflect.getOwnMetadata('name', obj),
  Reflect.getOwnMetadata('name', obj ,'hello')
])
// 大家猜测一下 res 的值会是多少?

想好了么?再给你 10 秒钟

10
9
8
7
6
5
4
3
2
1

res

[
  ['A', undefined, 'A', undefined],
  [undefined, 'hello', undefined, undefined],
  [undefined, 'hello', undefined, 'hello'],
]

那么我来解释一下为什么回是这样的结果。

首先所有的对类的修饰,都是定义在类这个对象上面的,而所有的对类的属性或者方法的修饰,都是定义在类的原型上面的,并且以属性或者方法的 key 作为 property,这也就是为什么 getMetadata 会产生这样的效果了。

那么带 Own 的又是什么情况呢?

这就要从元数据的查找规则开始讲起了

原型链查找

类似于类的继承,查找元数据的方式也是通过原型链进行的。

就像是上面那个例子,我实例化了一个 new A(),但是我依旧可以找到他原型链上的元数据。

举个例子

class A {
  @Reflect.metadata('name', 'hello')
  hello() {}
}

const t1 = new A()
const t2 = new A()
Reflect.defineMetadata('otherName', 'world', t2, 'hello')
Reflect.getMetadata('name', t1, 'hello') // 'hello'
Reflect.getMetadata('name', t2, 'hello') // 'hello'
Reflect.getMetadata('otherName', t2, 'hello') // 'world'

Reflect.getOwnMetadata('name', t2, 'hello') // undefined
Reflect.getOwnMetadata('otherName', t2, 'hello') // 'world'

用途

其实所有的用途都是一个目的,给对象添加额外的信息,但是不影响对象的结构。这一点很重要,当你给对象添加了一个原信息的时候,对象是不会有任何的变化的,不会多 property,也不会有的 property 被修改了。
但是可以衍生出很多其他的用途。

  • Anuglar 中对特殊字段进行修饰 (Input),从而提升代码的可读性。
  • 可以让装饰器拥有真正装饰对象而不改变对象的能力。让对象拥有更多语义上的功能。

API

namespace Reflect {
  // 用于装饰器
  metadata(k, v): (target, property?) => void
  
  // 在对象上面定义元数据
  defineMetadata(k, v, o, p?): void
  
  // 是否存在元数据
  hasMetadata(k, o, p?): boolean
  hasOwnMetadata(k, o, p?): boolean
  
  // 获取元数据
  getMetadata(k, o, p?): any
  getOwnMetadata(k, o, p?): any
  
  // 获取所有元数据的 Key
  getMetadataKeys(o, p?): any[]
  getOwnMetadataKeys(o, p?): any[]
  
  // 删除元数据
  deleteMetadata(k, o, p?): boolean
}

大家可能注意到,针对某些操作,会有 Own 的函数。这是因为有的操作是可以通过原型链进行操作的。这个后文讲解。

深入 Reflect Metadata

实现原理

如果你去翻看官网的文档,他会和你说,所有的元数据都是存在于对象下面的 [[Metadata]] 属性下面。一开始我也是这样认为的,新建一个 Symbol('Metadata'),然后将元数据放到这个 Symbol 对应的 Property 当中。直到我看了源码才发现并不是这样。请看例子

@Reflect.metadata('name', 'A')
class A {}

Object.getOwnPropertySymbols(A) // []

哈哈,并没有所谓的 Symbol,那么这些元数据都存在在哪里呢?

其实是内部的一个 WeakMap 中。他正是利用了 WeakMap 不增加引用计数的特点,将对象作为 Key,元数据集合作为 Value,存到 WeakMap 中去。

如果你认真探寻的话,你会发现其内部的数据结构其实是这样的

WeakMap<any, Map<any, Map<any, any>>>

是不是超级绕,但是我们从调用的角度来思考,这就一点都不绕了。

weakMap.get(o).get(p).get(k)

先根据对象获取,然后在根据属性,最后根据元数据的 Key 获取最终要的数据。

End

因为 Reflect Metadata 实在是比较简单,这里就不多讲解了。更多内容请查看 Spec

题外话

其实看了源码之后还是挺惊讶的,按照一般的套路,很多 polyfill 会让你提供一些前置的 polyfill 之后,当前的 polyfill 才能使用。但是 reflect-metadata 竟然内部自己实现了很多的 polyfill 和算法。比如 Map, Set, WeakMap, UUID。最惊讶的莫过于 WeakMap 了。不是很仔细的阅读了一下,好像还是会增加引用计数。

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