JS `Realm` `Global Object` `Proxy` 与 `Compartment` `Evaluator` 设计

各位观众，晚上好！今天咱们不聊风花雪月，聊聊JavaScript引擎里那些深藏功与名的技术，保证让你听完之后，感觉自己也能去手撸一个JavaScript虚拟机。

咱们的主题是：JS Realm、Global Object、Proxy 与 Compartment、Evaluator 设计。听起来有点吓人，但别怕，我会用最通俗易懂的方式，带着大家一起扒开它们神秘的面纱。

首先，咱们先来个“热身运动”，了解几个关键概念：

1. Realm（领域）

你可以把Realm想象成一个独立的JavaScript“宇宙”。每个Realm都有自己的一套完整的JavaScript运行环境，包括：

Global Object（全局对象）: 比如浏览器里的window，Node.js里的global。它是所有JavaScript代码的根。
内置对象: 比如Object、Array、String、Number等等，JavaScript语言本身提供的对象。
执行上下文栈: 用来管理函数调用和变量作用域。
Job Queue（任务队列）: 处理异步任务，比如setTimeout的回调函数。

也就是说，不同的Realm之间是完全隔离的。一个Realm里的代码，不能直接访问另一个Realm里的变量或对象。这种隔离性非常重要，可以保证代码的安全性和稳定性。

2. Global Object（全局对象）

刚才说了，Global Object是每个Realm的根。它提供了一些全局的属性和方法，可以在任何地方访问。比如：

window (浏览器环境) 或者 global (Node.js环境)
parseInt()、parseFloat()、isNaN()等全局函数
Math、Date、JSON等全局对象

3. Proxy（代理）

Proxy是一个非常强大的特性，可以用来拦截和修改对象的操作。你可以把它想象成一个“中间人”，所有对目标对象的操作都要经过它。

Proxy可以拦截的操作包括：

get：读取属性值
set：设置属性值
has：检查属性是否存在
deleteProperty：删除属性
apply：调用函数
construct：使用new运算符创建对象

通过Proxy，你可以实现很多有趣的功能，比如：

数据验证： 在设置属性值之前，先进行验证，确保值的合法性。
权限控制： 限制对某些属性的访问。
日志记录： 记录所有对对象的操作。
远程调用： 将对象的操作转发到远程服务器。

4. Compartment（隔间） & Evaluator（求值器）

现在，咱们要进入“高能区”了。 Compartment和Evaluator是ES提案中用来增强JavaScript安全性的两个特性，目前还没有完全标准化，但已经有一些实验性的实现。

Compartment: 可以理解为“安全沙箱”。它提供了一个受限的JavaScript执行环境，可以控制代码的访问权限。每个Compartment都有自己的Global Object和内置对象，但可以限制代码访问外部资源，比如文件系统、网络等。
Evaluator: 用来在Compartment中执行代码。它可以动态地编译和执行JavaScript代码，但受到Compartment的安全限制。

好了，概念介绍完了，现在咱们来一些“硬核”的例子：

例子 1：Realm的隔离性

// 创建一个新的iframe，相当于一个新的Realm
const iframe = document.createElement('iframe');
document.body.appendChild(iframe);

// 获取iframe的window对象，也就是新的Realm的Global Object
const iframeWindow = iframe.contentWindow;

// 在当前Realm和iframe的Realm中分别定义一个变量
let x = 10;
iframeWindow.x = 20;

console.log('当前Realm的x:', x); // 输出: 当前Realm的x: 10
console.log('iframe的Realm的x:', iframeWindow.x); // 输出: iframe的Realm的x: 20

这个例子演示了不同Realm之间的变量是相互隔离的。即使变量名相同，它们也是不同的变量，存储在不同的内存空间中。

例子 2：使用Proxy进行数据验证

const person = {
  name: '张三',
  age: 20,
};

const validator = {
  set: function(obj, prop, value) {
    if (prop === 'age') {
      if (!Number.isInteger(value)) {
        throw new TypeError('Age must be an integer');
      }
      if (value < 0) {
        throw new RangeError('Age must be a non-negative integer');
      }
    }
    // 默认行为：保存属性
    obj[prop] = value;
    return true; // 表示设置成功
  },
  get: function(obj, prop) {
    // 拦截读取操作
    console.log(`正在读取属性 ${prop}`);
    return obj[prop];
  }
};

const proxy = new Proxy(person, validator);

// 正确的设置
proxy.age = 25;
console.log(proxy.age); // 输出: 正在读取属性 age   25

// 错误的设置
try {
  proxy.age = 'abc'; // 抛出 TypeError: Age must be an integer
} catch (error) {
  console.error(error);
}

try {
  proxy.age = -5; // 抛出 RangeError: Age must be a non-negative integer
} catch (error) {
  console.error(error);
}

这个例子演示了如何使用Proxy来验证age属性的值。如果age不是整数或者小于0，就会抛出错误。 get 拦截器记录了属性读取的操作。

例子 3：Compartment 和 Evaluator (概念性示例，需要polyfill或实验环境支持)

// 假设我们有一个 Compartment 的 polyfill
const { Compartment, Evaluator } = require('compartment-polyfill'); // 或者类似的模块

// 创建一个新的 Compartment
const compartment = new Compartment({
  // 可选：定义 Compartment 的 Global Object
  globalThis: {
    console: {
      log: (...args) => {
        //  限制 log 的输出
        console.realLog(...args); // 假设 console.realLog 指向原始的 console.log
      }
    }
  },
  // 可选：定义模块加载器
  resolveHook: (specifier, referrerModule) => {
    //  限制模块的加载
    if (specifier.startsWith('allowed-module')) {
      return specifier; // 返回模块路径
    }
    throw new Error(`Module ${specifier} is not allowed`);
  },
  importHook: async (specifier) => {
    // 加载模块
    //  （这里需要实际的模块加载逻辑，例如从字符串或文件加载）
    return {
      namespace: {
        default: 'Module Content' // 示例内容
      }
    };
  }
});

// 在 Compartment 中创建一个 Evaluator
const evaluator = compartment.makeEvaluator();

// 在 Compartment 中执行代码
const result = evaluator(`
  console.log('Hello from Compartment!');
  // 尝试访问外部资源（可能会被限制）
  //  例如： const fs = require('fs');  // 可能会抛出错误
  import('allowed-module').then(module => console.log(module.default));
  1 + 1; // 返回值
`);

console.log('执行结果:', result); // 输出: 执行结果: 2

// 尝试在 Compartment 外部访问其 Global Object (通常是不允许的)
// console.log(compartment.globalThis.someValue); // 可能会抛出错误

表格总结:

特性	描述	作用	例子
Realm	一个独立的JavaScript执行环境，包含Global Object、内置对象、执行上下文栈、任务队列等。	隔离不同的JavaScript代码，保证安全性和稳定性。	使用iframe创建新的Realm，不同Realm中的变量相互隔离。
Global Object	每个Realm的根对象，提供全局属性和方法。	提供全局访问的API，例如`window`、`parseInt()`、`Math`等。	浏览器中的`window`对象，Node.js中的`global`对象。
Proxy	对象的代理，可以拦截和修改对象的操作。	实现数据验证、权限控制、日志记录、远程调用等功能。	使用Proxy进行数据验证，限制`age`属性的值。
Compartment	一个受限的JavaScript执行环境（安全沙箱），可以控制代码的访问权限。	增强JavaScript安全性，限制代码访问外部资源。	创建一个Compartment，限制代码访问文件系统和网络。（需要polyfill或实验环境支持）
Evaluator	用来在Compartment中执行代码。	在受限的环境中动态地编译和执行JavaScript代码。	在Compartment中使用Evaluator执行代码，并受到Compartment的安全限制。（需要polyfill或实验环境支持）

总结与展望

今天咱们聊了JS Realm、Global Object、Proxy、Compartment和Evaluator这些“高大上”的概念。希望通过这些例子，大家能对它们有一个更直观的理解。

Realm: 是隔离的基础，保证了不同JavaScript环境的互不干扰。
Global Object: 是JavaScript代码的“根”，提供了全局访问的入口。
Proxy: 是灵活的“拦截器”，可以用来增强对象的行为。
Compartment 和 Evaluator: 是未来的趋势，将进一步提升JavaScript的安全性。

这些技术在实际开发中有很多应用场景，比如：

Web Worker: 每个Web Worker都在一个独立的Realm中运行，避免了与主线程的相互干扰。
沙箱环境: 在沙箱环境中运行不可信的代码，防止恶意代码攻击。
模块化: 使用模块化技术，可以更好地组织代码，避免全局变量污染。
权限控制: 使用Proxy和Compartment可以实现更精细的权限控制，保护敏感数据。

当然，这些技术还在不断发展和完善中。相信未来JavaScript会变得更加强大、安全和可靠。

好了，今天的讲座就到这里。希望大家有所收获！谢谢大家！

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