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Quill编辑器实现原理初探

  从事前端开发的同学,对富文本编辑器都不是很陌生。但是大多数富文本编辑器都是开箱即用,很少会对其实现原理进行深入的探讨。假如静下心去细细品味,会发现想要做好一款富文本编辑器,需要对整个前端生态有较深入的理解。在某种意义上说,富文本编辑器是前端一个集大成者。
  富文本编辑器根据其实现方式,业内将其划分为L0 ~ L2  ,层层递进,功能的支撑也越来越强大。
  阶段
  描述
  典型产品
  L0
  视图层基于contenteditable  ,逻辑层基于document.execCommand  ,直接操作DOM
  UEditor  、TinyMCE
  L1
  视图层基于contenteditable  ,逻辑层对DOM  进行抽象,用数据去驱动视图更新
  Quill  、Prosemirror  、slate  、Draft
  L2
  自己实现内容排版,不依赖于浏览器原生操作
  Google Docs  、WPS
  L0  级编辑器,基于contenteditable  与document.execCommand  指令,直接操作DOM  ,简单粗暴,所见即所得,其优点是简单,我们只需要聚焦在视图层,document.execCommand  自身也提供一些操作指令,可以满足基本的文本操作需求,个性化的需求也可以通过封装自定义指令来满足;同理,缺点也很明显,只关注视图层,没有逻辑抽象,对于操作记录,文档结构变化,是黑盒,对于文档的版本管理、协同办公之类的需求,无能为力,因此,带着痛点,孕育出了L1  级编辑器。
  L1  级编辑器核心亮点为增加了一层DOM  抽象,用数据去驱动视图的更新。HTML  是一门标记语言,没有较强逻辑性,而且可以层层嵌套,元素的种类又分为行内元素、行内块元素、块级元素,每个元素的表现形式又有区别,删繁就简,客观描述出每个元素的结构与行为,会让整个文档变得自主可控。字符是分散在不同的DOM  节点中,树形结构遍历的时间复杂度是O(n*h)  ,这无疑是一种巨大的性能消耗,因此L1  级编辑器,用一种扁平化的数据结构去描述字符的位置、样式,这样对于字符查找、字符操作,会提升不少性能,具体实现细节也是很复杂的,后面会慢慢介绍。
  L0  、L1  级编辑器,自身并没有脱离DOM  ,底层还是依赖于contenteditable  ,还是受限于浏览器自身,比如页面排版、焦点、选区等。但是到了L2  级编辑器,就脱离了浏览器原生操作。使用canvas  或svg  来实现内容编排,焦点、选区等操作都是自身手动去实现。这部分过于复杂,也只有Google  、WPS  之类的厂商才有实力去研发,我们不做过多的深究。
  Quill  编辑器API  比较简单,概念比较清晰,上手也比prosemirror  简单,又有底层定制开发能力,使用范围较广。本文将简单介绍Quill  的一些核心概念和操作过程,实现细节在后续的文章中慢慢介绍。Quill 基本原理
  通过简介中的介绍,我们知道L1  级编辑器的几个核心概念,document  文档数据模型(对应Quill  中的Parchment  )DOM  节点Node  的描述(对应Quill  中的Blot  )一种扁平化的字符位置、样式描述(对应Quill  中的Delta  )
  下文我们对以上Quill  中的概念做进一步的描述。核心概念Delta
  套用官网的话,什么是Delta  ?
  这段话翻译为中文为:"Deltas是一种简单而富有表现力的格式,可以用来描述Quill的内容和变化。该格式是JSON的严格子集,是人类可读的,机器很容易解析。Deltas可以描述任何Quill文档,包括所有文本和格式信息,没有HTML的歧义和复杂性。"
  一个Delta  数据结构表现形式:// 编辑器初始值 {   "ops": [     { "insert": "Hello " },     { "insert": "World" },   ] } // 给World加粗后的值 // 3种动作:insert: 插入,retain:保留, delete:删除 {   "ops": [     { "retain": 6 },     { "retain": 5, "attributes": { "bold": true } }   ] }
  这个能力使文档协同编辑成为了可能。最简单的协同编辑,通过以下几步操作即可:监听编辑器文本改变text-change  ,获取数据改变的描述Delta  通过websocket  将Delta  分发给每位协同编辑用户调用Quill  实例中UpdateContents  ,更新协同编辑文档
  Delta  对于文档的位置、样式描述,极大的简化文档操作,最原始的文档查找替换,需要深度优先遍历,还需要递归查找,十分不便,有了Delta  ,它精准的描述了每个字符的位置,我们就可以像处理纯文本一样处理富文本。Parchment  与Blot
  Parchment  是document  的数据抽象,而Blot  是对Node  节点的抽象。也就是说,Parchment  是Blot  的父级,很多个Blot  组装成一个Parchment  。
  Blot  分类:ContainerBlot  (容器节点)ScrollBlot   root  (文档的根节点,不可格式化)BlockBlot   块级(可格式化的父级节点)InlineBlot   内联(可格式化的父级节点)
  ScrollBlot  的实例数据结构:{   "domNode": {}, // 真实的DOM节点   "prev": null, // 前一个元素   "next": null, // 后一个元素   "uiNode": null,   "registry": { // 注册的信息     "attributes": {},     "classes": {},     "tags": {},     "types": {}   },   "children": { // 子元素的节点描述,为一个链表     "head": null, // 第一个元素     "tail": null, // 最后一个元素     "length": 0 // 子元素长度   },   "observer": {} // DOM监听器 } DOM变化与Parchment之间的数据同步
  文档数据描述固然好,但是真实DOM  和数据模型如何实现实时同步呢?
  在ScrollBlot  中,有个MutationObserver  ,去实时监测DOM  变化。当DOM  发生变化时,会根据侦测到的真实DOM  ,去查找对应节点的blot  信息,真实DOM  与blot  缓存在Registry  中,以一个WeakMap  的形式存储,具体缓存可见:// parchmentsrcregistry.ts public static blots = new WeakMap();
  根据MutationObserver  回调的变化信息,执行对应的blot update  ,以blockBlot  为例,其update  方法如下://  public update(   mutations: MutationRecord[],   _context: { [key: string]: any }, ): void {   // 调用ParentBlot中update方法,对新增和删除节点做逻辑同步   super.update(mutations, context);   // 更新样式的逻辑同步   const attributeChanged = mutations.some(     (mutation) =>       mutation.target === this.domNode && mutation.type === "attributes",   );   if (attributeChanged) {     this.attributes.build();   } } Parchment映射成Delta的过程
  有了Parchment  对DOM  的抽象,就方便对文档字符位置和样式进行扁平化的描述,以编辑器初始化为例,看看Quill  是如何获取文档模型的Delta  。获取ScrollBlot  中所有的Block  ,默认从Block  开始处理,即最小颗粒度是块级元素// editor.ts中获取delta方法 getDelta(): Delta {   return this.scroll.lines().reduce((delta, line) => {     // 以Block为维度,分别获取每行的delta描述     return delta.concat(line.delta());   }, new Delta()); } // scroll.ts中获取所有line的方法,即Block lines(index = 0, length = Number.MAX_VALUE): (Block | BlockEmbed)[] {     const getLines = (       blot: ParentBlot,       blotIndex: number,       blotLength: number,     ) => {       let lines = [];       let lengthLeft = blotLength;       blot.children.forEachAt(         blotIndex,         blotLength,         (child, childIndex, childLength) => {           // 最小颗粒度为Block           if (isLine(child)) {             lines.push(child);           } else if (child instanceof ContainerBlot) {             lines = lines.concat(getLines(child, childIndex, lengthLeft));           }           lengthLeft -= childLength;         },       );       return lines;     };     return getLines(this, index, length);   } 获取每行数据的delta描述// block.ts delta(): Delta {   if (this.cache.delta == null) {     this.cache.delta = blockDelta(this);   }   return this.cache.delta; }  function blockDelta(blot: BlockBlot, filter = true) {   return (     blot       // @ts-expect-error       .descendants(LeafBlot) // 获取所有叶子节点       .reduce((delta, leaf: LeafBlot) => {         if (leaf.length() === 0) { // 叶子节点的长度           return delta;         }         // 插入一个delta描述符,包含位置,样式描述         return delta.insert(leaf.value(), bubbleFormats(leaf, {}, filter));       }, new Delta())       .insert(" ", bubbleFormats(blot))   ); }
  获取delta  的过程也是遍历至叶子节点,根据叶子节点的位置进行计算。结语
  以上只是对Quill  的核心概念的简单描述,还有很多细节没有做过多的阐述,如如何注册自定义扩展、Quill  的渲染流程、Parchment  架构等,后续文章会慢慢进行阐述。

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