什么是 Web Components？Shadow DOM, Custom Elements, HTML Templates 的作用和它们如何实现组件化？ - 智猿学院-前后端，数据库，人工智能，云计算等领域前沿技术讲座

各位听众，早上好（或者下午好、晚上好，取决于你现在身处哪个时区）。今天咱们来聊聊 Web Components，这个听起来高大上，但实际上用起来却非常亲民的技术。我会尽量用大白话把 Web Components 拆解开，让大家彻底明白它到底是个什么玩意儿，以及它怎么帮助我们实现组件化。

开场白：组件化的必要性

在咱们开始之前，先简单聊聊为什么我们需要组件化。想象一下，你要盖一栋房子。你是想一块砖一块砖地自己砌，还是想直接买一些预制好的墙板、门窗，然后像搭积木一样把它们拼起来？

显然，后一种方式效率更高，也更容易维护。这就是组件化的魅力：

复用性： 相同的组件可以在不同的地方重复使用，避免重复造轮子。
可维护性： 组件内部的修改不会影响到其他部分，方便维护和升级。
可测试性： 可以单独测试每个组件，确保其功能正常。
可组合性： 可以将多个组件组合成更复杂的组件，构建更强大的应用。

Web Components：组件化的原生解决方案

好了，现在进入正题。Web Components 是一套 Web 标准，它提供了一套原生的方式来创建可重用的自定义 HTML 元素。这意味着，你可以像使用 <div>、<p> 这样的内置 HTML 元素一样，使用你自定义的元素。

Web Components 主要由三个核心技术组成：

Custom Elements (自定义元素): 定义新的 HTML 元素。
Shadow DOM (影子 DOM): 封装组件的内部结构和样式。
HTML Templates (HTML 模板): 定义组件的结构，可以延迟渲染。

接下来，我们一个一个地来扒一扒它们。

1. Custom Elements：创造属于你的 HTML 标签

Custom Elements 允许你定义自己的 HTML 标签，并赋予它们特定的行为。你可以创建全新的元素，也可以扩展已有的元素。

1.1 定义自定义元素

要创建一个自定义元素，你需要使用 customElements.define() 方法。这个方法接受两个参数：

tag name (标签名): 你要定义的元素的名称，必须包含一个短横线 "-"，比如 my-element。这是为了避免与未来的标准 HTML 元素冲突。
constructor (构造函数): 一个 JavaScript 类，用来定义元素的行为。

class MyElement extends HTMLElement {
  constructor() {
    super(); // 必须调用 super()
    // 在这里初始化你的元素
    this.innerHTML = '<h1>Hello, Web Components!</h1>';
  }
}

customElements.define('my-element', MyElement);

这段代码定义了一个名为 my-element 的自定义元素。当你把 <my-element> 放到你的 HTML 中时，它就会显示 "Hello, Web Components!"。

1.2 自定义元素生命周期回调函数

Custom Elements 提供了一些生命周期回调函数，让你可以在元素的不同阶段执行特定的操作：

connectedCallback(): 当元素被添加到 DOM 时调用。
disconnectedCallback(): 当元素从 DOM 中移除时调用。
attributeChangedCallback(name, oldValue, newValue): 当元素的属性发生变化时调用。需要通过 observedAttributes 静态属性来声明需要监听的属性。
adoptedCallback(): 当元素被移动到新的 document 时调用（很少用到）。

class MyElement extends HTMLElement {
  constructor() {
    super();
    console.log('Constructor called');
  }

  connectedCallback() {
    console.log('Element added to DOM');
  }

  disconnectedCallback() {
    console.log('Element removed from DOM');
  }

  static get observedAttributes() {
    return ['name']; // 监听 name 属性的变化
  }

  attributeChangedCallback(name, oldValue, newValue) {
    console.log(`Attribute ${name} changed from ${oldValue} to ${newValue}`);
  }
}

customElements.define('my-element', MyElement);

现在，当你添加、移除或修改 <my-element name="World"> 的 name 属性时，控制台都会打印相应的消息。

1.3 扩展现有元素

除了创建全新的元素，你还可以扩展已有的元素。比如，你可以扩展 HTMLButtonElement 来创建一个自定义的按钮。

class MyButton extends HTMLButtonElement {
  constructor() {
    super();
    this.addEventListener('click', () => {
      alert('Button clicked!');
    });
  }
}

customElements.define('my-button', MyButton, { extends: 'button' });

注意，这里使用了 extends 选项，指定了要扩展的元素是 button。现在，你就可以这样使用你的自定义按钮：

<button is="my-button">Click Me</button>

2. Shadow DOM：给组件穿上隐身衣

Shadow DOM 允许你将组件的内部结构和样式封装起来，使其与外部的 DOM 隔离。这意味着，组件内部的样式不会影响到外部的元素，外部的样式也不会影响到组件内部的元素。这就像给组件穿上了一件隐身衣，让它免受外部世界的干扰。

2.1 创建 Shadow DOM

要创建一个 Shadow DOM，你需要使用 attachShadow() 方法。这个方法接受一个参数：

mode (模式): 可以是 open 或 closed。open 模式允许你通过 JavaScript 访问 Shadow DOM 的内部，closed 模式则不允许。

class MyElement extends HTMLElement {
  constructor() {
    super();
    const shadow = this.attachShadow({ mode: 'open' }); // 创建 Shadow DOM
    shadow.innerHTML = `
      <style>
        h1 {
          color: blue;
        }
      </style>
      <h1>Hello, Shadow DOM!</h1>
    `;
  }
}

customElements.define('my-element', MyElement);

这段代码创建了一个 Shadow DOM，并在其中添加了一个带有蓝色标题的 "Hello, Shadow DOM!"。即使你的页面上有其他的 <h1> 标签，它们的颜色也不会变成蓝色，因为 Shadow DOM 将组件的样式隔离了起来。

2.2 访问 Shadow DOM

如果你的 Shadow DOM 的模式是 open，你可以通过元素的 shadowRoot 属性来访问它。

const myElement = document.querySelector('my-element');
const shadow = myElement.shadowRoot;
const h1 = shadow.querySelector('h1');
console.log(h1.textContent); // 输出 "Hello, Shadow DOM!"

如果 Shadow DOM 的模式是 closed，你就无法通过 shadowRoot 属性来访问它。

3. HTML Templates：组件的蓝图

HTML Templates 允许你定义一段 HTML 代码，但不会立即渲染到页面上。你可以使用 JavaScript 来克隆模板的内容，并将其添加到 DOM 中。这非常适合用来定义组件的结构，可以避免重复编写 HTML 代码。

3.1 定义 HTML 模板

要定义一个 HTML 模板，你需要使用 <template> 标签。

<template id="my-template">
  <style>
    p {
      font-style: italic;
    }
  </style>
  <p>This is a template.</p>
</template>

注意，模板中的内容不会立即显示在页面上。

3.2 使用 HTML 模板

要使用 HTML 模板，你需要使用 JavaScript 来获取模板，克隆其内容，并将其添加到 DOM 中。

const template = document.getElementById('my-template');
const clone = template.content.cloneNode(true); // 克隆模板的内容
document.body.appendChild(clone); // 将克隆的内容添加到 DOM 中

这段代码会将模板中的内容添加到 <body> 标签中，并显示在页面上。

Web Components 的组合：构建完整的组件

现在，让我们把 Custom Elements、Shadow DOM 和 HTML Templates 组合起来，创建一个完整的 Web Component。

<template id="my-card-template">
  <style>
    .card {
      border: 1px solid #ccc;
      padding: 10px;
      margin: 10px;
      width: 200px;
      text-align: center;
    }
    .card h2 {
      color: green;
    }
  </style>
  <div class="card">
    <h2></h2>
    <p></p>
  </div>
</template>

<script>
  class MyCard extends HTMLElement {
    constructor() {
      super();
      const shadow = this.attachShadow({ mode: 'open' });
      const template = document.getElementById('my-card-template');
      const clone = template.content.cloneNode(true);
      shadow.appendChild(clone);

      this.titleElement = shadow.querySelector('h2');
      this.contentElement = shadow.querySelector('p');
    }

    static get observedAttributes() {
      return ['title', 'content'];
    }

    attributeChangedCallback(name, oldValue, newValue) {
      if (name === 'title') {
        this.titleElement.textContent = newValue;
      } else if (name === 'content') {
        this.contentElement.textContent = newValue;
      }
    }
  }

  customElements.define('my-card', MyCard);
</script>

现在，你就可以像这样使用你的自定义卡片组件：

<my-card title="My Title" content="My Content"></my-card>
<my-card title="Another Title" content="Another Content"></my-card>

这段代码会创建两个卡片，每个卡片都有自己的标题和内容。而且，卡片的样式是封装在 Shadow DOM 中的，不会影响到页面上的其他元素。

Web Components 的优势

原生支持： Web Components 是 Web 标准，不需要额外的库或框架支持。
互操作性： Web Components 可以与任何 JavaScript 框架一起使用，比如 React、Angular、Vue.js 等。
封装性： Shadow DOM 提供了强大的封装能力，可以避免样式冲突和命名冲突。
复用性： Web Components 可以被轻松地复用到不同的项目中，提高开发效率。

Web Components 的局限性

IE11 支持： 需要 polyfill 才能在 IE11 中使用 Web Components。
SEO： 早期 Shadow DOM 对 SEO 不友好，不过现在已经有了解决方案。
学习曲线： 相比于使用现成的组件库，学习 Web Components 需要一定的成本。

Web Components 的应用场景

UI 组件库： 创建可重用的 UI 组件，比如按钮、表单、对话框等。
Web 应用： 构建模块化的 Web 应用，提高代码的可维护性和可测试性。
第三方组件： 发布可供其他开发者使用的 Web Components。

总结

Web Components 是一套强大的 Web 标准，它提供了一种原生的方式来创建可重用的自定义 HTML 元素。通过 Custom Elements、Shadow DOM 和 HTML Templates 的组合使用，你可以构建出封装性好、复用性高、互操作性强的 Web 组件。虽然 Web Components 还有一些局限性，但随着 Web 技术的不断发展，相信它会变得越来越完善，并在未来的 Web 开发中扮演越来越重要的角色。

最后，给大家留个小作业：

尝试创建一个简单的 Web Component，比如一个计数器组件，或者一个可以显示用户信息的组件。通过实践，你才能真正掌握 Web Components 的精髓。

今天的讲座就到这里，谢谢大家！希望大家有所收获！

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