JS `ShadowRealm` (提案) `Evaluation Semantics` 与 `Global Objects` 隔离

各位观众老爷们，今天咱们来聊聊 JavaScript 里的一个新玩意儿，叫做 ShadowRealm。这玩意儿可是个狠角色，它能把你的代码放到一个独立的空间里运行，让它和外面的世界隔离开来。听起来是不是有点像电影里的平行宇宙？咱们今天就来好好扒一扒这个“平行宇宙”的实现原理和应用场景。

开场白：全局变量的烦恼

在 JavaScript 的世界里，全局变量就像一个公共厕所，谁都能进去拉泡屎。问题就来了，万一有人拉完不冲，或者拉出来的东西味道太重，就会影响到其他人。全局变量污染就是这么个道理。

// 全局变量
var myGlobalVariable = '我是全局变量';

function modifyGlobal() {
  myGlobalVariable = '我被修改了！';
}

modifyGlobal();
console.log(myGlobalVariable); // 输出：我被修改了！

上面的代码很简单，一个函数修改了全局变量，结果就影响到了全局的状态。在大型项目中，全局变量污染很容易导致代码混乱，甚至出现难以调试的 bug。

ShadowRealm：隔离的利器

ShadowRealm 的出现，就是为了解决全局变量污染的问题。它提供了一种创建独立 JavaScript 执行环境的方式，每个 ShadowRealm 都有自己独立的全局对象和内置对象。这意味着，在一个 ShadowRealm 里修改全局变量，不会影响到其他的 ShadowRealm 或全局环境。

ShadowRealm 的基本用法

首先，你需要确保你的 JavaScript 引擎支持 ShadowRealm。目前，这个特性还在提案阶段，还没有被所有浏览器完全支持。你可能需要在 Node.js 中使用实验性的 flag 才能启用它。

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

// 在 ShadowRealm 中执行代码
const result = await realm.evaluate('1 + 1');
console.log(result); // 输出：2

上面的代码创建了一个 ShadowRealm 实例，然后在其中执行了一段简单的 JavaScript 代码。evaluate 方法会返回一个 Promise，Promise 的 resolve 值就是代码的执行结果。

Evaluation Semantics：内部的运行机制

ShadowRealm 的核心在于它的 evaluation semantics，也就是代码在 ShadowRealm 内部的执行方式。简单来说，ShadowRealm 提供了一个全新的 JavaScript 上下文，包括：

1. 新的全局对象 (Global Object)：每个 ShadowRealm 都有自己独立的全局对象，比如 window（在浏览器环境）或 global（在 Node.js 环境）。
2. 新的内置对象 (Built-in Objects)：每个 ShadowRealm 都有自己的一套内置对象，比如 Array、Object、Function 等。虽然这些内置对象的原型链和全局环境中的内置对象相同，但是它们是不同的实例。
3. 隔离的执行环境 (Execution Context)：在 ShadowRealm 中执行的代码，无法直接访问全局环境中的变量和函数。

代码示例：全局对象的隔离

// 全局环境
var globalVariable = '我是全局环境的变量';

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

// 在 ShadowRealm 中执行代码
const result = await realm.evaluate(`
  // 尝试访问全局变量
  try {
    console.log(globalVariable); // 会报错：globalVariable is not defined
  } catch (e) {
    console.log(e.message);
  }

  // 在 ShadowRealm 中定义一个同名变量
  var globalVariable = '我是 ShadowRealm 的变量';
  console.log(globalVariable); // 输出：我是 ShadowRealm 的变量

  // 返回 ShadowRealm 中的全局变量
  globalVariable;
`);

console.log(result); // 输出：我是 ShadowRealm 的变量
console.log(globalVariable); // 输出：我是全局环境的变量

上面的代码演示了 ShadowRealm 对全局对象的隔离。在 ShadowRealm 中，我们无法直接访问全局环境中的 globalVariable 变量。即使我们在 ShadowRealm 中定义了一个同名变量，也不会影响到全局环境中的变量。

代码示例：内置对象的隔离

// 全局环境
const globalArray = [];
globalArray.push(1);

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

// 在 ShadowRealm 中执行代码
const result = await realm.evaluate(`
  const shadowRealmArray = [];
  shadowRealmArray.push(2);

  // 比较数组的构造函数
  console.log(shadowRealmArray.constructor === Array); // 输出：true
  console.log(shadowRealmArray.constructor === globalThis.Array); // 输出：false

  // 返回 ShadowRealm 中的数组
  shadowRealmArray;
`);

console.log(result); // 输出：[2]
console.log(globalArray); // 输出：[1]
console.log(globalArray.constructor === Array); // 输出：true
console.log(globalArray.constructor === globalThis.Array); // 输出：true

上面的代码演示了 ShadowRealm 对内置对象的隔离。虽然 ShadowRealm 中的数组和全局环境中的数组都使用了相同的构造函数 Array，但是它们是不同的实例。这意味着，在一个 ShadowRealm 中修改数组，不会影响到其他的 ShadowRealm 或全局环境中的数组。

ShadowRealm 的应用场景

ShadowRealm 的隔离特性，使得它在很多场景下都非常有用。

1. 加载第三方代码：当你需要加载第三方代码时，可以使用 ShadowRealm 将其隔离起来，防止它污染你的全局环境。
2. 运行插件：插件通常需要访问全局对象，但是又不能影响到主程序的运行。ShadowRealm 可以为每个插件创建一个独立的运行环境。
3. 安全沙箱：ShadowRealm 可以用来创建一个安全沙箱，运行不受信任的代码，防止恶意代码攻击你的系统。
4. 模块热替换：在开发过程中，可以使用 ShadowRealm 实现模块热替换，避免全局状态的污染。
5. 测试：可以使用 ShadowRealm 创建独立的测试环境，避免测试用例之间的互相影响。

ShadowRealm 的局限性

虽然 ShadowRealm 提供了强大的隔离功能，但是它也有一些局限性。

1. 性能开销：创建和销毁 ShadowRealm 会有一定的性能开销，因为需要创建新的全局对象和内置对象。
2. 通信复杂：ShadowRealm 之间的通信比较复杂，需要使用 importValue 和 exportValue 方法进行数据传递。
3. 兼容性：ShadowRealm 还是一个提案，目前还没有被所有浏览器完全支持。

importValue 和 exportValue：跨越平行宇宙的桥梁

虽然 ShadowRealm 提供了隔离的环境，但是有时候我们还是需要在不同的 ShadowRealm 之间进行数据传递。importValue 和 exportValue 方法就是用来实现这个功能的。

• exportValue(name)：将当前 ShadowRealm 中的一个变量导出，使其可以被其他的 ShadowRealm 访问。
• importValue(realm, name)：从指定的 ShadowRealm 中导入一个变量。

代码示例：使用 importValue 和 exportValue 进行通信

// 创建两个 ShadowRealm
const realm1 = new ShadowRealm();
const realm2 = new ShadowRealm();

// 在 realm1 中导出变量
await realm1.evaluate(`
  export function sayHello(name) {
    return 'Hello, ' + name + '!';
  }
  globalThis.sayHello = sayHello; // 必须导出到 globalThis 才能被 exportValue 访问
`);

// 在 realm2 中导入变量
const sayHello = await realm2.importValue(realm1, 'sayHello');

// 在 realm2 中调用导入的函数
const message = await realm2.evaluate(`
  const sayHello = await importValue(realm1, 'sayHello');
  sayHello('World');
`, { importValue: realm2.importValue.bind(realm2), realm1 });

console.log(message); // 输出：Hello, World!

上面的代码演示了如何使用 importValue 和 exportValue 在不同的 ShadowRealm 之间进行通信。需要注意的是，我们必须先将要导出的变量赋值给 globalThis，才能被 exportValue 访问。

表格总结：ShadowRealm 的特性

特性	描述
全局对象隔离	每个 ShadowRealm 都有自己独立的全局对象，修改一个 ShadowRealm 中的全局变量不会影响到其他的 ShadowRealm 或全局环境。
内置对象隔离	每个 ShadowRealm 都有自己的一套内置对象，虽然这些内置对象的原型链和全局环境中的内置对象相同，但是它们是不同的实例。
代码执行隔离	在 ShadowRealm 中执行的代码，无法直接访问全局环境中的变量和函数。
importValue	用于从指定的 ShadowRealm 中导入一个变量。
exportValue	用于将当前 ShadowRealm 中的一个变量导出，使其可以被其他的 ShadowRealm 访问。
应用场景	加载第三方代码、运行插件、安全沙箱、模块热替换、测试等。
局限性	性能开销、通信复杂、兼容性问题。

总结：拥抱 ShadowRealm，告别全局变量污染

ShadowRealm 是一个非常有用的工具，它可以帮助我们隔离 JavaScript 代码，防止全局变量污染。虽然它还有一些局限性，但是随着 JavaScript 语言的不断发展，相信 ShadowRealm 会变得越来越完善，应用也会越来越广泛。

希望今天的讲座对大家有所帮助。记住，拥抱 ShadowRealm，告别全局变量污染，让你的代码更加健壮和可靠！

最后的彩蛋：一个思考题

ShadowRealm 真的能完全隔离 JavaScript 代码吗？有没有可能通过一些特殊的手段，绕过 ShadowRealm 的隔离机制？欢迎大家在评论区留言讨论！