背景
前不久,我参与开发了团队中的一个 web 应用,其中的一个页面操作如下图所示:
GIF
这个制作间页面有着类似 PPT 的交互:从左侧的工具栏中选择元素放入中间的画布、在画布中可以删除、操作(拖动、缩放、旋转等)这些元素。
在这个编辑过程中,让用户能够进行操作的撤销、重做会提高编辑效率,大大提高用户体验,而本文要讲的正是在这个功能实现中的探索与总结。
功能分析
用户的一系列操作会改变页面的状态:
在进行了某个操作后,用户有能力回到之前的某个状态,即撤销:
在撤销某个操作后,用户有能力再次恢复这个操作,即重做:
当页面处于某个历史状态时,这时用户进行了某个操作后,这个状态后面的状态会被抛弃,此时产生一个新的状态分支:
下面,开始实现这些逻辑。
功能初实现
基于以上的分析,实现撤销重做功能需要实现:
- 保存用户的每个操作;
- 针对每个操作设计与之对应的一个撤销逻辑;
- 实现撤销重做的逻辑;
第一步:数据化每一个操作
操作造成的状态改变可以用语言来描述,如下图,页面上有一个绝对定位的 div
和 一个 button
,每次点击 button
会让 div
向右移动 10px
。这个点击操作可以被描述为:div
的样式属性 left
增加 10px
。
显然,JavaScript 并不认识这样的描述,需要将这份描述翻译成 JavaScript 认识的语言:
const action = {name: 'changePosition',params: {target: 'left',value: 10,},
};
上面代码中使用变量 name
表示操作具体的名称,params
存储了该操作的具体数据。不过 JavaScript 目前仍然不知道如何使用这个它,还需要一个执行函数来指定如何使用上面的数据:
function changePosition(data, params) {const { property, distance } = params;data = { ...data };data[property] += distance;return data;
}
其中,data
为应用的状态数据,params
为 action.params
。
第二步:编写操作对应的撤销逻辑
撤销函数中结构与执行函数类似,也应该能获取到 data
和 action
:
function changePositionUndo(data, params) {const { property, distance } = params;data = { ...data };data[property] -= distance;return data;
}
所以,action
的设计应当同时满足执行函数和撤销函数的逻辑。
第三步:撤销、重做处理
上述的 action
、执行函数、撤销函数三者作为一个整体共同描述了一个操作,所以存储时三者都要保存下来。
这里基于约定进行绑定:执行函数名等于操作的 name
,撤销函数名等于 name + 'Undo'
,这样就只需要存储 action
,隐式地也存储了执行函数和撤销函数。
编写一个全局模块存放函数、状态等:src/manager.js
:
const functions = {changePosition(state, params) {...},changePositionUndo(state, params) {...}
};export default {data: {},actions: [],undoActions: [],getFunction(name) {return functions[name];}
};
那么,点击按钮会产生一个新的操作,我们需要做的事情有三个:
- 存储操作的
action
; - 执行该操作;
- 如果处于历史节点,需要产生新的操作分支;
import manager from 'src/manager.js';buttonElem.addEventListener('click', () => {manager.actions.push({name: 'changePosition',params: { target: 'left', value: 10 }});const execFn = manager.getFunction(action.name);manager.data = execFn(manager.data, action.params);if (manager.undoActions.length) {manager.undoActions = [];}
});
其中,undoActions
存放的是撤销的操作的 action
,这里清空表示抛弃当前节点以后的操作。将 action
存进 manager.actions
,这样需要撤销操作的时候,直接取出 manager.actions
中最后一个 action
,找到对应撤销函数并执行即可。
import manager from 'src/manager.js';function undo() {const action = manager.actions.pop();const undoFn = manager.getFunction(`${action.name}Undo`);manager.data = undoFn(manager.data, action.params);manager.undoActions.push(action);
}
需要重做的时候,取出 manager.undoActions
中最后的 action
,找到对应执行函数并执行。
import manager from 'src/manager.js';function redo() {const action = manager.undoActions.pop();const execFn = manager.getFunction(action.name);manager.data = execFn(manager.data, action.params);
}
模式优化:命令模式
以上代码可以说已经基本满足了功能需求,但是在我看来仍然存在一些问题:
- 管理分散:某个操作的
action
、执行函数、撤销函数分开管理。当项目越来越大时将会维护困难; - 职责不清:并没有明确规定执行函数、撤销函数、状态的改变该交给业务组件执行还是给全局管理者执行,这不利于组件和操作的复用;
想有效地解决以上问题,需要找到一个合适的新模式来组织代码,我选择了命令模式。
命令模式简介
简单来说,命令模式将方法、数据都封装到单一的对象中,对调用方与执行方进行解耦,达到职责分离的目的。
以顾客在餐厅吃饭为例子:
- 顾客点餐时,选择想吃的菜,提交一份点餐单
- 厨师收到这份点餐单后根据内容做菜
期间,顾客和厨师之间并没有见面交谈,而是通过一份点餐单来形成联系,这份点餐单就是一个命令对象,这样的交互模式就是命令模式。
action + 执行函数 + 撤销函数 = 操作命令对象
为了解决管理分散的问题,可以把一个操作的 action
、执行函数、撤销函数作为一个整体封装成一个命令对象:
class ChangePositionCommand {constructor(property, distance) {this.property = property; // 如:'left'this.distance = distance; // 如: 10}execute(state) {const newState = { ...state }newState[this.property] += this.distance;return newState;}undo(state) {const newState = { ...state }newState[this.property] -= this.distance;return newState;}
}
业务组件只关心命令对象的生成和发送
在状态数据处理过程中往往伴随着一些副作用,这些与数据耦合的逻辑会大大降低组件的复用性。因此,业务组件不用关心数据的修改过程,而是专注自己的职责:生成操作命令对象并发送给状态管理者。
import manager from 'src/manager';
import { ChangePositionCommand } from 'src/commands';buttonElem.addEventListener('click', () => {const command = new ChangePositionCommand('left', 10);manager.addCommand(command);
});
状态管理者只关心数据变更和操作命令对象治理
class Manager {constructor(initialState) {this.state = initialState;this.commands = [];this.undoCommands = [];}addCommand(command) {this.state = command.execute(this.state);this.commands.push(command);this.undoCommands = []; // 产生新分支}undo() {const command = this.commands.pop();this.state = command.undo(this.state);this.undoCommands.push(command);}redo() {const command = this.undoCommands.pop();this.state = command.execute(this.state);this.commands.push(command);}
}export default new Manger({});
这样的模式已经可以让项目的代码变得健壮,看起来已经很不错了,但是能不能更好呢?
模式进阶:数据快照式
命令模式要求开发者针对每一个操作都要额外开发一个撤销函数,这无疑是麻烦的。接下来要介绍的数据快照式就是要改进这个缺点。
数据快照式通过保存每次操作后的数据快照,然后在撤销重做的时候通过历史快照恢复页面,模式模型如下:
要使用这种模式是有要求的:
- 应用的状态数据需要集中管理,不应该分散在各个组件;
- 数据更改流程中有统一的地方可以做数据快照存储;
这些要求不难理解,既然要产生数据快照,集中管理才会更加便利。基于这些要求,我选择了市面上较为流行的 Redux 来作为状态管理器。
状态数据结构设计
按照上面的模型图,Redux 的 state
可以设计成:
const state = {timeline: [],current: -1,limit: 1000,
};
代码中,各个属性的含义为:
timeline
:存储数据快照的数组;current
:当前数据快照的指针,为timeline
的索引;limit
:规定了timeline
的最大长度,防止存储的数据量过大;
数据快照生成的方式
假设应用初始的状态数据为:
const data = { left: 100 };
const state = {timeline: [data],current: 0,limit: 1000,
};
进行了某个操作后,left
加 100,有些新手可能会直接这么做:
cont newData = data;
newData.left += 100;
state.timeline.push(newData);
state.current += 1;
这显然是错误的,因为 JavaScript 的对象是引用类型,变量名只是保存了它们的引用,真正的数据存放在堆内存中,所以 data
和 newData
共享一份数据,所以历史数据和当前数据都会发生变化。
方式一:使用深拷贝
深拷贝的实现最简单的方法就是使用 JSON 对象的原生方法:
const newData = JSON.parse(JSON.stringify(data));
或者,借助一些工具比如 lodash:
const newData = lodash.cloneDeep(data);
不过,深拷贝可能出现循环引用而引起的死循环问题,而且,深拷贝会拷贝每一个节点,这样的方式带来了无谓的性能损耗。
方式二:构建不可变数据
假设有个对象如下,需要修改第一个 component
的 width
为 200
:
const state = {components: [{ type: 'rect', width: 100, height: 100 },{ type: 'triangle': width: 100, height: 50}]
}
目标属性的在对象树中的路径为:['components', 0, 'width']
,这个路径上有些数据是引用类型,为了不造成共享数据的变化,这个引用类型要先变成一个新的引用类型,如下:
const newState = { ...state };
newState.components = [...state.components];
newState.components[0] = { ...state.components[0] };
这时你就可以放心修改目标值了:
newState.components[0].width = 200;
console.log(newState.components[0].width, state.components[0].width); // 200, 100
这样的方式只修改了目标属性节点的路径上的引用类型值,其他分支上的值是不变的,这样节省了不少内存。为了避免每次都一层一层去修改,可以将这个处理封装成一个工具函数:
const newState = setIn(state, ['components', 0, 'width'], 200)
setIn
源码:https://github.com/cwajs/cwa-immutable/blob/master/src/setIn.js
数据快照处理逻辑
进行某个操作,reducer
代码为:
function operationReducer(state, action) {state = { ...state };const { current, limit } = state;const newData = ...; // 省略过程state.timeline = state.timeline.slice(0, current + 1);state.timeline.push(newData);state.timeline = state.timeline.slice(-limit);state.current = state.timeline.length - 1;return state;
}
有两个地方需要解释:
timline.slice(0, current + 1)
:这个操作是前文提到的,进行新操作时,应该抛弃当前节点后的操作,产生一个新的操作分支;timline.slice(-limit)
:表示只保留最近的limit
个数据快照;
使用高阶 reducer
在实际项目中,通常会使用 combineReducers 来模块化 reducer
,这种情况下,在每个 reducer
中都要重复处理以上的逻辑。这时候就可以使用高阶 reducer
函数来抽取公用逻辑:
const highOrderReducer = (reducer) => {return (state, action) => {state = { ...state };const { timeline, current, limit } = state;// 执行真实的业务reducerconst newState = reducer(timeline[current], action);// timeline处理state.timeline = timeline.slice(0, current + 1);state.timeline.push(newState);state.timeline = state.timeline.slice(-limit);state.current = state.timeline.length - 1;return state;};
}// 真实的业务reducer
function reducer(state, action) {switch (action.type) {case 'xxx':newState = ...;return newState;}
}const store = createStore(highOrderReducer(reducer), initialState);
这个高阶 reducer
使用 const newState = reducer(timeline[current], action)
来对业务 reducer
隐藏数据快照队列的数据结构,使得业务 reducer
对撤销重做逻辑无感知,实现功能可拔插。
增强高阶 reducer,加入撤销重做逻辑
撤销重做时也应该遵循 Redux 的数据修改方式使用 store.dispatch
,为:
store.dispatch({ type: 'undo' })
;store.dispatch({ type: 'redo' })
;
这两种 action
不应该进入到业务 reducer
,需要进行拦截:
const highOrderReducer = (reducer) => {return (state, action) => {// 进行 undo、redo 的拦截if (action.type === 'undo') {return {...state,current: Math.max(0, state.current - 1),};}// 进行 undo、redo 的拦截if (action.type === 'redo') {return {...state,current: Math.min(state.timeline.length - 1, state.current + 1),};}state = { ...state };const { timeline, current, limit } = state;const newState = reducer(timeline[current], action);state.timeline = timeline.slice(0, current + 1);state.timeline.push(newState);state.timeline = state.timeline.slice(-limit);state.current = state.timeline.length - 1;return state;};
}
使用 react-redux 在组件中获取状态
我在项目中使用的是 React 和 react-redux,由于 state
的数据结构发生了变化,所以在组件中获取状态的写法也要相应作出调整:
import React from 'react';
import { connect } from 'react-redux';function mapStateToProps(state) {const currentState = state.timeline[state.current];return {};
}class SomeComponent extends React.Component {}export default connect(mapStateToProps)(SomeComponent);
然而,这样的写法让组件感知到了撤销重做的数据结构,与上面所说的功能可拔插明显相悖,我通过重写 store.getState
方法来解决:
const store = createStore(reducer, initialState);const originGetState = store.getState.bind(store);store.getState = (...args) => {const state = originGetState(...args);return state.timeline[state.current];
}
总结
本文围绕撤销重做功能实现的讲解到此结束,在实现该功能后引入了命令模式来使得代码结构更加健壮,最后改进成数据快照式,从而让整个应用架构更加优雅。
参考资料
- 《JavaScript设计模式》Addy Osmani著
- Redux Documentation
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