JavaScript内核与高级编程之：`JavaScript`的`Shadow Realm`：其在沙箱和安全中的新提案。

各位听众，大家好！我是今天的主讲人，很高兴能和大家聊聊JavaScript领域一个非常酷炫的新提案——Shadow Realm。

咱们今天要聊的这个Shadow Realm，听起来就自带一种神秘感，对吧？它其实是为了解决JavaScript在安全性和隔离性上的一些固有问题而生的。想象一下，你是不是经常需要在网页里跑一些第三方代码，但又怕它们乱搞你的页面，污染你的全局环境？或者，你是不是想在Node.js里运行一些不可信的代码，但又不想让它们把你的服务器搞崩？Shadow Realm就是来拯救你的！

为什么要Shadow Realm？JavaScript的安全困境

在深入Shadow Realm之前，我们先来简单回顾一下JavaScript在安全方面面临的挑战。JavaScript天生就有很多全局变量和函数，这些东西就像城市里的公共设施一样，谁都可以用，但如果有人恶意破坏，那就麻烦了。

• 全局污染： 想象一下，你在你的项目里定义了一个变量 myVar，然后引入了一个第三方库，这个库也定义了一个 myVar，结果你的变量就被覆盖了，这就是全局污染。

• 原型链操纵： JavaScript 的原型链非常灵活，但也意味着你可以修改内置对象的原型，比如 Array.prototype，这可能会影响到其他代码的运行。

• 缺乏隔离： 在 Web Worker 中，虽然可以实现一定的隔离，但通信成本较高，而且无法共享内存。在 Node.js 中，虽然可以使用 vm 模块，但它的安全性也存在一些问题。

所以，我们需要一种更安全、更可靠的沙箱机制，来隔离不同的代码片段，防止它们互相干扰，而Shadow Realm就是为此而设计的。

Shadow Realm：一个安全的JavaScript沙箱

简单来说，Shadow Realm就是一个独立的JavaScript执行环境。它拥有自己的一套全局对象和内置函数，并且与主Realm（也就是你的主要代码运行的环境）完全隔离。这意味着，在Shadow Realm中运行的代码，无法访问主Realm的变量和函数，也无法修改主Realm的原型链。

你可以把Shadow Realm想象成一个独立的虚拟机，在这个虚拟机里运行的代码，就像在一个沙箱里玩耍的孩子，无论怎么折腾，都不会影响到外面世界的正常运行。

Shadow Realm的核心特性

• 隔离性： 这是Shadow Realm最重要的特性。每个Shadow Realm都有自己独立的全局对象，包括 window（在浏览器中）、global（在Node.js中）、Object、Array 等等。这意味着，在一个Shadow Realm中定义的变量和函数，不会影响到其他Shadow Realm或主Realm。

• 安全性： 由于Shadow Realm的隔离性，它可以有效地防止恶意代码的攻击。即使在Shadow Realm中运行的代码试图修改全局对象或原型链，也只会影响到Shadow Realm自身，而不会影响到主Realm。

• 可控的交互： 虽然Shadow Realm是隔离的，但它并不是完全封闭的。你可以通过特定的API，在Shadow Realm和主Realm之间进行安全、可控的交互。比如，你可以将一些数据传递给Shadow Realm，或者从Shadow Realm中获取一些结果。

Shadow Realm的API

Shadow Realm 提案引入了一个新的全局对象 ShadowRealm，它提供了一些API来创建和管理Shadow Realm。

• new ShadowRealm(): 创建一个新的 Shadow Realm 实例。
• evaluate(code: string): any: 在 Shadow Realm 中执行一段 JavaScript 代码，并返回结果。
• importValue(specifier: string, bindingName: string): Promise<any>: 从 Shadow Realm 导入一个值（需要 Shadow Realm 内部使用了 export）。

代码示例：Shadow Realm的简单使用

下面是一个简单的例子，演示了如何使用Shadow Realm来隔离代码：

// 创建一个 Shadow Realm 实例
const realm = new ShadowRealm();

// 在 Shadow Realm 中执行一段代码
const result = realm.evaluate(`
  // 在 Shadow Realm 中定义一个变量
  const myVar = 'Hello from Shadow Realm!';
  // 返回这个变量
  myVar;
`);

// 打印结果
console.log(result); // 输出: Hello from Shadow Realm!

// 尝试访问主 Realm 的变量
try {
  realm.evaluate(`
    console.log(mainRealmVar); // 尝试访问主 Realm 的变量
  `);
} catch (error) {
  console.error(error); // 输出: ReferenceError: mainRealmVar is not defined
}

// 在主 Realm 中定义一个变量
const mainRealmVar = 'Hello from Main Realm!';

// 再次尝试访问主 Realm 的变量
try {
  realm.evaluate(`
    console.log(mainRealmVar); // 尝试访问主 Realm 的变量
  `);
} catch (error) {
  console.error(error); // 输出: ReferenceError: mainRealmVar is not defined
}

在这个例子中，我们创建了一个Shadow Realm实例，然后在Shadow Realm中执行了一段代码。这段代码定义了一个变量 myVar，并返回了这个变量的值。我们还尝试在Shadow Realm中访问主Realm的变量 mainRealmVar，结果抛出了一个 ReferenceError，这说明Shadow Realm确实与主Realm是隔离的。

代码示例：Shadow Realm与模块导入

Shadow Realm 还支持模块导入，这使得我们可以将复杂的代码模块加载到 Shadow Realm 中。

// 创建一个 Shadow Realm 实例
const realm = new ShadowRealm();

// 在 Shadow Realm 中导入一个模块
realm.evaluate(`
  // 创建一个模块
  export function add(a, b) {
    return a + b;
  }
`);

// 从 Shadow Realm 中导入 add 函数
realm.importValue('./', 'add')
  .then(add => {
    // 使用 add 函数
    const result = add(1, 2);
    console.log(result); // 输出: 3
  })
  .catch(error => {
    console.error(error);
  });

在这个例子中，我们在Shadow Realm中定义了一个模块，这个模块导出了一个 add 函数。然后，我们使用 importValue 方法从Shadow Realm中导入了这个 add 函数，并在主Realm中使用了它。

Shadow Realm的应用场景

Shadow Realm的应用场景非常广泛，只要你需要隔离代码、提高安全性，都可以考虑使用Shadow Realm。

• 运行第三方代码： 这是Shadow Realm最常见的应用场景。你可以将第三方代码放到Shadow Realm中运行，防止它们污染你的全局环境或进行恶意操作。

• 插件系统： 你可以使用Shadow Realm来构建插件系统，允许用户安装和运行插件，而不用担心插件会影响到你的应用程序。

• 代码评估： 你可以使用Shadow Realm来评估用户输入的代码，例如在在线代码编辑器中。

• 微前端： Shadow Realm 可以作为微前端架构中的一种隔离手段，防止不同团队开发的前端应用互相干扰。

Shadow Realm的优势与劣势

特性	优势	劣势
隔离性	提供了强大的代码隔离能力，防止全局污染和恶意代码攻击。	由于完全隔离，主Realm和Shadow Realm之间的数据共享和通信需要通过特定的API进行，增加了复杂性。
安全性	可以有效地防止恶意代码修改全局对象或原型链，提高应用程序的安全性。	需要仔细设计主Realm和Shadow Realm之间的交互方式，以确保安全。
性能	由于Shadow Realm是独立的执行环境，可以并行执行代码，提高性能。	创建和销毁Shadow Realm实例以及在主Realm和Shadow Realm之间传递数据可能会带来一定的性能开销。
易用性	API设计简洁明了，易于学习和使用。	仍在提案阶段，浏览器支持情况有限，需要使用polyfill。
应用场景	适用于运行第三方代码、插件系统、代码评估、微前端等需要隔离代码的场景。	对于不需要隔离代码的简单应用，使用Shadow Realm可能会增加不必要的复杂性。
模块化	支持模块导入，可以将复杂的代码模块加载到Shadow Realm中。	需要确保模块之间的依赖关系在Shadow Realm中正确解析。
兼容性	与现有的JavaScript代码兼容，可以逐步迁移到Shadow Realm。	可能会与一些依赖全局对象或原型链的第三方库不兼容。
开发调试	可以使用浏览器的开发者工具来调试Shadow Realm中的代码。	调试Shadow Realm中的代码可能比调试主Realm中的代码更复杂。
可维护性	通过隔离代码，可以提高应用程序的可维护性。	需要仔细规划Shadow Realm的架构，以确保代码的可维护性。
扩展性	可以通过自定义API来扩展Shadow Realm的功能。	需要确保自定义API的安全性。

Shadow Realm的未来展望

Shadow Realm目前还是一个提案，但它已经引起了JavaScript社区的广泛关注。随着WebAssembly和ECMAScript Modules等技术的不断发展，Shadow Realm有望成为JavaScript安全领域的重要组成部分。

我们可以期待，在未来的JavaScript开发中，Shadow Realm将发挥越来越重要的作用，帮助我们构建更安全、更可靠的应用程序。

总结

Shadow Realm是JavaScript安全领域的一个非常有前景的新提案。它提供了一种安全、可靠的沙箱机制，可以隔离不同的代码片段，防止它们互相干扰。虽然Shadow Realm目前还处于提案阶段，但它已经引起了JavaScript社区的广泛关注。相信在不久的将来，Shadow Realm将会成为JavaScript开发中不可或缺的一部分。

好了，今天的讲座就到这里。感谢大家的聆听！希望大家对Shadow Realm有了一个初步的了解。如果大家还有什么问题，欢迎提问。咱们一起深入探讨！