在 React 中使用 Shadow DOM

2022-03-27 04:14:40

1. Shadow DOM 是什么

Shadow DOM 是什么？我们先来打开 Chrome 的 DevTool，并在 'Settings -> Preferences -> Elements' 中把 ' Show user agent shadow DOM' 打上勾。然后，打开一个支持 HTML5 播放的视频网站。比如 Youtube：

在 React 中使用 Shadow DOM

可以看到 video 内部有一个 #shadow-root ，在 ShadowRoot 之下还能看到 div 这样的普通 HTML 标签。我们能知道 video 会有「播放/暂停按钮、进度条、视频时间显示、音量控制」等控件，那其实，就是由 ShadowRoot 中的这些子元素构成的。而我们最常用的 input 其实也附加了 Shadow DOM，比如，我们在 Chrome 中尝试给一个 Input 加上 placeholder ，通过 DevTools 便能看到，其实文字是在 ShadowRoot 下的一个 Id 为 palcehoder 的 div 中。

在 React 中使用 Shadow DOM

Shadow DOM 允许在文档（Document）渲染时插入一棵「子 DOM  树」，并且这棵子树不在主 DOM 树中，同时为子树中的 DOM 元素和 CSS 提供了封装的能力。Shadow DOM 使得子树 DOM 与主文档的 DOM 保持分离，子 DOM 树中的 CSS 不会影响到主 DOM 树的内容，如下图所示：

在 React 中使用 Shadow DOM

这里有几个需要了解和 Shadow DOM 相关的技术概念：

  • Shadow host： 一个常规 DOM 节点，Shadow DOM 会被附加到这个节点上。
  • Shadow tree：Shadow DOM 内部的 DOM 树。
  • Shadow boundary：Shadow DOM 结束的地方，也是常规 DOM 开始的地方。
  • Shadow root:  Shadow tree 的根节点。

2. Shadwo DOM 有何用

2.1. 浏览器内建的原生组件

Shadow DOM 最大的用处应该是隔离外部环境用于封装组件。估计浏览器的开发者们也意识到通过 HTML/CSS 来实现浏览器内建的原生组件更容易，如上边提到的浏览器原生组件 input，video，还有 textarea，select，audio 等，也都是由 HTML/CSS 渲染出来的。

2.2. Web Components

Web Components 允许开发者创建可重用的自定义元素，它们可以一起使用来创建封装功能的自定义元素，并可以像浏览器原生的元素一样在任何地方重用，而不必担心样式和 DOM 的冲突问题，主要由三项主要技术组成：

  • Custom Elements（自定义元素）：一组 JavaScript API，允许您定义 Custom Elements 及其行为，然后可以在您的用户界面中按照需要使用它们。
  • HTML Templates（ HTML 模板）： template 和 slot 元素使您可以编写不在呈现页面中显示的标记模板。然后它们可以作为自定义元素结构的基础被多次重用。
  • Shadow DOM（影子 DOM）：一组 JavaScript API 用于将「影子 DOM 树」附加到元素上，与主文档 DOM 树隔离，并能控制其关联的功能。通过这种方式，可以保持元素的私有，并能不用担心「样式」与文档的其他部分发生冲突。

在 Web Components 中的一个重要特性是「封装」，可以将「HTML 标签结构、CSS 样式、行为」隐藏起来，并从页面上的其他代码中分离开来，这样不同的功能不会混在一起，代码看起来也会更加干净整洁，其中 Shadow DOM 便是 DOM 和 CSS 封装所依赖的关键特性。

2.3 其他需要隔离的场景

不少人大概会听说过「微前端」，微前端作为一种「架构风格」，其中可由多个「可独立交付的前端子应用」组合成一个大的整体。那么在「微前端架构」下，每一个独立的子应用间及子应用间的如何保证不会冲突？样式不会相互覆盖？那么，是否可以将每个「子应用」通过 Shadow DOM 进行隔离？答案是肯定的，我就在部分项目中有过实践。

其他，在需要进行 DOM/CSS 隔离的场景，都有可能是 Shadow DOM 的用武之地。比如像 「阿里云购物车」这种需要「嵌入集成」到不同产品售卖页的「公共组件」，就很需要避免和宿主页面的样式冲突，即不影响宿主页面，也不要受宿主页面的影响。

在 React 中使用 Shadow DOM

3. 主流浏览器的支持情况

其中 Chrome，Opera 和 Safari 默认就支持 Shadow DOM，而 Firefox 从 63 版本开始已经支持，可以看到支持最好的是 Chrome，而 IE 直到 11 也都是不支持的，微软的另一款浏览器 Edge 要换成和 Chrome 相同内核了，那换核后的 Edge 肯定会支持 Shadow DOM 了。

在 React 中使用 Shadow DOM

各浏览器支持详细情况，请参考 https://caniuse.com/#feat=shadowdomv1

4. 如何创建 Shadow DOM

Shadow DOM 必须附加在一个元素上，可以是通过 HTML 声明的一个元素，也可以是通过脚本动态创建的元素。可以是原生的元素，如 div、p ，也可以是「自定义元素」如 my-element ，语法如下：

const shadowroot = element.attachShadow(shadowRootInit);

参考如下例所示：

<html>
  <head>
    <title>Shadow Demo</title>
  </head>
  <body>
    <h1>Shadow Demo</h1>
    <div id="host"></div>
    <script>
      const host = document.querySelector('#host');
      // 通过 attachShadow 向元素附加 Shadow DOM
      const shodowRoot = host.attachShadow({ mode: 'open' });
      // 向 shodowRoot 中添加一些内容
      shodowRoot.innerHTML = `<style>*{color:red;}</style><h2>haha!</h2>`;
    </script>
  </body>
</html>

通过这个简单的示例可以看到「在 Shadow DOM 中定义的样式，并不会影响到主文档中的元素」，如下图

在 React 中使用 Shadow DOM

Element.attachShadow  的参数 shadowRootInit  的 mode  选项用于设定「封装模式」。它有两个可选的值 ：

  • "open" ：可 Host 元素上通过 host.shadowRoot  获取 shadowRoot 引用，这样任何代码都可以通过 shadowRoot 来访问的子 DOM 树。
  • "closed"：在 Host 元素上通过 host.shadowRoot  获取的是 null，我们只能通过 Element.attachShadow 的返回值拿到 shadowRoot 的引用（通常可能隐藏在类中）。例如，浏览器内建的 input、video 等就是关闭的，我们没有办法访问它们。

5. 哪些元素可以附加 Shadow DOM

并非所有 HTML 元素都可以开启 Shadow DOM 的，只有一组有限的元素可以附加 Shadow DOM。有时尝试将 Shadow DOM 树附加到某些元素将会导致 DOMException 错误，例如：

document.createElement('img').attachShadow({mode: 'open'});    
// => DOMException

用 <img> 这样的非容器素作为 Shadow Host 是不合理的，因此这段代码将抛出 DOMException 错误。此外因为安全原因一些元素也不能附加 Shadow DOM（比如 A 元素），会出现错误的另一个原因是浏览器已经用该元素附加了 Shadow DOM，比如 Input 等。

下表列出了所有支持的元素：

                +----------------+----------------+----------------+
                |    article     |      aside     |   blockquote   |
                +----------------+----------------+----------------+
                |     body       |       div      |     footer     |
                +----------------+----------------+----------------+
                |      h1        |       h2       |       h3       |
                +----------------+----------------+----------------+
                |      h4        |       h5       |       h6       |
                +----------------+----------------+----------------+
                |    header      |      main      |      nav       |
                +----------------+----------------+----------------+
                |      p         |     section    |      span      |
                +----------------+----------------+----------------+

6. 在 React 中如何应用 Shadow DOM

在基于 React 的项目中应该如何使用 Shadow DOM 呢？比如你正在基于 React 编写一个面向不同产品或业务，可嵌入集成使用的公共组件，比如你正在基于 React 做一个「微前端架构」应用的设计或开发。

我们在编写 React 应用时一般不希望到处是 DOM 操作，因为这很不 React (形容词)。那是否能封装成一下用更 React (形容词) 的组件风格去使用 Shadow DOM 呢? 

6.1. 尝试写一个 React 组件:

import React from "react";
import ReactDOM from "react-dom";

export class ShadowView extends React.Component {
  attachShadow = (host: Element) => {
    host.attachShadow({ mode: "open" });
  }
  render() {
    const { children } = this.props;
    return <div ref={this.attachShadow}>
      {children}
    </div>;
  }
}

export function App() {
  return <ShadowView>
    <span>这儿是隔离的</span>
  </ShadowView>
}

ReactDOM.render(<App />, document.getElementById("root"));

跑起来看看效果，一定会发现「咦？什么也没有显示」：

在 React 中使用 Shadow DOM

在这里需要稍注意一下，在一个元素上附加了 Shadow DOM 后，元素原本的「子元素」将不会再显示，并且这些子元素也不在 Shadow DOM 中，只有 host.shadowRoot  的子元素才是「子 DOM 树」中一部分。也就是说这个「子 DOM 树」的「根节点」是 host.shadowRoot 而非 host。 host.shadowRoot 是 ShadowRoot 的实例，而 ShadowRoot 则继承于 DocumentFragment，可通过原生 DOM API 操作其子元素。

我们需通过 Element.attachShadow 附加到元素，然后就能拿到附加后的 ShadowRoot 实例。 针对 ShadowRoot 这样一个原生 DOM Node 的的引用，除了利用 ReactDOM.render 或 ReactDOM.createPortal  ，我们并不能轻易的将 React.Element 渲染到其中，除非直接接操作 DOM。

6.2. 基于直接操作 DOM 改造一版:

在 React 中通过 ref 拿到真实的 DOM 引用后，是否能通过原生的 DOM  API，将 host 的 children 移动到 host.shadowRoot 中？

import React from "react";
import ReactDOM from "react-dom";

// 基于直接操作 DOM 的方式改造的一版
export class ShadowView extends React.Component {
  attachShadow = (host: Element) => {
    const shadowRoot = host.attachShadow({ mode: "open" });
    //将所有 children 移到 shadowRoot 中
    [].slice.call(host.children).forEach(child => {
      shadowRoot.appendChild(child);
    });
  }
  render() {
    const { children } = this.props;
    return <div ref={this.attachShadow}>
      {children}
    </div>;
  }
}

// 验证一下
export class App extends React.Component {
  state = { message: '...' };
  onBtnClick = () => {
    this.setState({ message: 'haha' });
  }
  render() {
    const { message } = this.state;
    return <div>
      <ShadowView>
        <div>{message}</div>
        <button onClick={this.onBtnClick}>内部单击</button>
      </ShadowView>
      <button onClick={this.onBtnClick}>外部单击</button>
    </div>
  }
}

ReactDOM.render(<App />, document.getElementById("root"));

在浏览器中看看效果，可以看到是可以正常显示的。但与此同时会发现一个问题「隔离在 ShadowRoot 中的元素上的事件无法被触发了」，这是什么原因呢？

是由于 React 的「合成事件机制」的导致的，我们知道在 React 中「事件」并不会直接绑定到具体的 DOM 元素上，而是通过在 document 上绑定的 ReactEventListener 来管理， 当时元素被单击或触发其他事件时，事件被 dispatch 到 document 时将由 React 进行处理并触发相应合成事件的执行。

那为什么合成事件在 Shadow DOM 中不能被正常触发？是因为当在 Shadow DOM 外部捕获时浏览器会对事件进行「重定向」，也就是说在 Shadow DOM 中发生的事件在外部捕获时将会使用 host 元素作为事件源。这将让 React 在处理合成事件时，不认为 ShadowDOM 中元素基于 JSX 语法绑定的事件被触发了。

在 React 中使用 Shadow DOM

6.3. 尝试利用 ReactDOM.render 改造一下:

ReactDOM.render 的第二个参数，可传入一个 DOM 元素。那是不是能通过 ReactDOM.render 将 React Eements 渲染到 Shodaw DOM 中呢？看一下如下尝试：

import React from "react";
import ReactDOM from "react-dom";

// 换用 ReactDOM.render 实现
export class ShadowView extends React.Component {
  attachShadow = (host: Element) => {
    const { children } = this.props;
    const shadowRoot = host.attachShadow({ mode: "open" });
    ReactDOM.render(children, shadowRoot);
  }
  render() {
    return <div ref={this.attachShadow}></div>;
  }
}

// 试试效果如何
export class App extends React.Component {
  state = { message: '...' };
  onBtnClick = () => {
    this.setState({ message: 'haha' });
    alert('haha');
  }
  render() {
    const { message } = this.state;
    return <ShadowView>
      <div>{message}</div>
      <button onClick={this.onBtnClick}>单击我</button>
    </ShadowView>
  }
}

ReactDOM.render(<App />, document.getElementById("root"));

可以看到通过 ReactDOM.render 进行 children 的渲染，是能够正常渲染到 Shadow Root 中，并且在 Shadow DOM 中合成事件也是能正常触发执行的。

为什么此时「隔离在 Shadow DOM 中的元素事件」能够被触发了呢？ 因为在 Reac 在发现渲染的目标在 ShadowRoot 中时，将会将事件绑定在通过 Element.getRootNode() 获取的 DocumentFragment 的 RootNode 上。

在 React 中使用 Shadow DOM

看似一切顺利，但却会发现父组件的 state 更新时，而 ShadowView 组件并没有更新。如上边的示例，其中的 message 显示的还是旧的，而原因就在我们使用 ReactDOM.render 时，Shadow DOM 的元素和父组件不在一个 React 渲染上下文中了。

6.4. 利用 ReactDOM.createPortal 实现一版：

我们知道 createPortal 的出现为「弹窗、提示框」等脱离文档流的组件开发提供了便利，替换了之前不稳定的 API unstable_renderSubtreeIntoContainer。

ReactDOM.createPortal 有一个特性是「通过 createPortal 渲染的 DOM，事件可以从 Portal 的入口端冒泡上来」，这一特性很关键，没有父子关系的 DOM ，合成事件能冒泡过来，那通过  createPortal 渲染到 Shadow DOM 中的元素的事件也能正常触发吧？并且能让所有元素的渲染在一个上下文中。那就基于 createPortal 实现一下：

import React from "react";
import ReactDOM from "react-dom";

// 利用 ReactDOM.createPortal 的实现
export function ShadowContent({ root, children }) {
  return ReactDOM.createPortal(children, root);
}

export class ShadowView extends React.Component {
  state = { root: null };
  setRoot = eleemnt => {
    const root = eleemnt.attachShadow({ mode: "open" });
    this.setState({ root });
  };
  render() {
    const { children } = this.props;
    const { root } = this.state;
    return <div ref={this.setRoot}>
      {root && <ShadowContent root={root} >
        {children}
      </ShadowContent>}
    </div>;
  }
}

// 试试如何
export class App extends React.Component {
  state = { message: '...' };
  onBtnClick = () => {
    this.setState({ message: 'haha' });
  }
  render() {
    const { message } = this.state;
    return <ShadowView>
      <div>{message}</div>
      <button onClick={this.onBtnClick}>单击我</button>
    </ShadowView>
  }
}

ReactDOM.render(<App />, document.getElementById("root"));

在 React 中使用 Shadow DOM

Wow! 一切正常，有一个小问题是 createPortal 不支持 React 16 以下的版本，但大多数情况下这并不是个什么大问题。

7. 面向 React 的 ShadowView 组件

上边提到了几种在 React 中实现 Shadwo DOM 组件的方法，而 ShadowView 是一个写好的可开箱即用的面向 React 的 Shadow DOM 容器组件，利用 ShadowView 可以像普通组件一样方便的在 React 应用中创建启用 Shadow DOM 的容器元素。

ShadowView 目前完整兼容支持 React 15/16，组件的「事件处理、组件渲染更新」等行为在两个版中都是一致的。

GitHub: https://github.com/Houfeng/shadow-view

7.1. 安装组件

npm i shadow-view --save

7.2. 使用组件

import * as React from "react";
import * as ReactDOM from "react-dom";
import { ShadowView } from "shadow-view";

function App() {
  return (
    <ShadowView 
        styleContent={`*{color:red;}`} 
            styleSheets={[
            'your_style1_url.css',
          'your_style2_url.css'
        ]}
        >
      <style>{`在这儿也可写内部样式`}</style>
      <div>这是一个测试</div>
    </ShadowView>
  );
}

ReactDOM.render(<App/>, document.getElementById('root'));

7.3. 组件属性

属性名 类型 说明
className string 组件自身 className
style any 组件自身的内联样式
styleContent string 作用于 ShadowView 内部的样式
styleSheets string[] 作用于 ShadowView 内部的外联样式表
scoped boolean 是否开始隔离，默认为 true
tagName string 外层容器 tagName，默认为 shadow-view

那么，ShadowView 是如何兼容支持 React 15 的呢？ 可在 https://github.com/Houfeng/shadow-view 一探究竟。

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