性能优化之懒加载 - 基于观察者模式和单例模式的实现

一、引入

在前端性能优化中，关于图片/视频等内容的懒加载一直都是优化利器。当用户看到对应的视图模块时，才去请求加载对应的图像。原理也很简单，通过浏览器提供的 IntersectionObserver - Web API 接口参考 | MDN (mozilla.org)，观察“哪个元素和视口交叉”，从而进行懒加载。

这个API具有很好的性能，因为它的监听是异步的，不会影响JS的主线程，所以比传统的“监听页面滚动”更佳。关于API的使用，这里就不做过多说明了，主要操作如下：

const DOM = document.querySelector('img')
const io = new IntersectionObserver((entries) => {
    entries.forEach((k) => {
        //回调函数，可以利用 k.target 是否和我们要监听的DOM元素相等，来判断当前是否是我们要监听的目标元素
        if(k.target === DOM){ /* 做懒加载的操作 */}
    });
}, {/*一些配置，详见MDN文档*/});
io.observe(DOM) //添加监听

二、可优化的点

值得注意的是，一个observer实例，可以监听多个DOM元素。如果我们需要封装一个图片组件，并实现它的懒加载，那么“每个组件都创建一个IntersectionObserver实例” 显然是不划算的，如果页面上有上百个图片，就会创建出上百个实例。

针对这种情况，并且不想破坏组件的封装性，于是考虑把实例提升到全局，封装一个hook，从而每个组件都能自行添加入该实例的观察对象中。但是，监听的回调函数是创建实例的时候就决定的，后续添加进入的DOM元素，在回调函数中无法判断“是否轮到自己”了。

三、观察者模式

有什么办法能够让DOM元素动态的进入回调函数呢？我们可以利用对象引用地址不变的特性，动态的往对象里添加数据，这样在回调函数触发时，就能够取出正确的数据了

这里我的灵感其实来源于Vue3的响应式原理，收集依赖 --> 监听 --> 触发依赖。（Vue3是多对多的发布-订阅模式，这里是一对多的观察者模式）

/**回调函数的类型*/
type ObserverCallback = (entryData: IntersectionObserverEntry) => void
/** 键是DOM元素，值是该元素的回调函数Set （考虑到可能一个元素会有多个回调） */ 
const watchMap = new WeakMap<Element, Set<ObserverCallback>>()
const io = new IntersectionObserver((entries) => {
    entries.forEach((k) => {
        const set = watchMap.get(k.target)
        if(set){
            set.forEach((fn) => fn(k)) //从weakMap中取出对应的监听事件触发
        } 
    });
}, {/*一些配置，详见MDN文档*/});

剩下要做的就是“依赖收集”了。基于面向对象的思想（可以创建多个实例，多处复用，互不干扰）。

当有DOM元素需要被监听时，添加进weakMap中；需要取消监听时，移除； observer触发回调时，取出对应的元素的依赖，执行回调函数。

手写过观察者模式或者发布订阅模式的小伙伴，应该对下面的代码构造很熟悉。

/**视口监听器 - 观察者模式 */
export class ViewportObserverWatcher {
    /**IntersectionObserver 实例 */
    io: IntersectionObserver
    /**当前正在监听的元素的weakMap */
    watchMap = new WeakMap<Element, Set<ObserverCallback>>()
    constructor(options?: IntersectionObserverInit) {
        this.io = new IntersectionObserver((entries) => {
            entries.forEach((k) => {
                this.watchMap.get(k.target)?.forEach((fn) => fn(k)) //从weakMap中取出对应的监听事件触发
            });
        }, options);
    }
    /**添加对元素的一个监听回调，可以选择触发条件
     * @param target 目标元素
     * @param callback 回调函数
     * @param condition 触发回调条件 `true | false | undefined` 分别对应 `与视口边界交叉 | 不与视口交叉 | 都`
     */
    addWatch = (target: Element, callback: ObserverCallback, condition?: boolean) => {
        const _callback: ObserverCallback = (k) => {
            if (condition == undefined) { }//无论如何都触发 
            else if ((condition !== k.isIntersecting)) return //当触发条件和实际情况不相同时，不触发 
            callback(k)
        }
        if (this.watchMap.has(target)) {
            this.watchMap.get(target)!.add(_callback)
        } else {
            this.io.observe(target)
            this.watchMap.set(target, new Set([_callback]))
        }
    }
    /**取消对元素的某个回调 */
    removeWatch = (target: Element, callback: ObserverCallback) => {
        const set = this.watchMap.get(target)
        if (set) {
            set.delete(callback)
            if (set.size === 0) {
                this.watchMap.delete(target)
                this.io.unobserve(target)
            }
        }
    }
    /**取消对该元素的全部回调 */
    cancelWatch = (target: Element) => {
        this.watchMap.delete(target)
        this.io.unobserve(target)
    }
}

四、写个Hook吧

1. 元素创建时，加入io的监听；

2. 触发懒加载之后，取消对该元素的监听。

3. 依赖项变化后，重复前面的逻辑。
4. 只要是元素，都能进行监听，不只是图片/视频。有需要使用到该功能的元素都能使用。

import { DependencyList, RefObject, useEffect, useRef } from "react";

/**视口监听器 - 单例模式 */
const viewportObserver = new ViewportObserverWatcher() //注：如果你是NextJs, 在NextJS build的时候，不能直接实例化IntersectionObserver，否则会报错 （因为在走服务端代码） 可以先设置为null，后续给这个变量赋值


/**懒加载Hook。懒加载触发后，将会取消监听
 * @param watchRef 要监听的DOM元素
 * @param onEntering 元素进入视口的回调函数
 * @param onDestroy useEffect的return中要做的事
 * @param deps useEffect的依赖数组 （当什么变化时，需要重新开始懒加载流程）
 */
const useLazyLoad = (watchRef: RefObject<HTMLElement>, onEntering: ObserverCallback, onDestroy?: () => void, deps: DependencyList = []) => {
    /**是否完成懒加载 */
    const isLazySuccess = useRef(false);
    useEffect(() => {
        if (!watchRef.current) return; 
        const callback: ObserverCallback = (k) => {
            //因为只要和视口在交叉，就会不断触发这个函数，故需要使用一个标识符来限制 
            if (isLazySuccess.current === false) {
                onEntering(k)
                isLazySuccess.current = true;
                viewportObserver!.removeWatch(watchRef.current!, callback) //加载完成就取消监听
                onEntering(k)
            }
        }
        viewportObserver.addWatch(watchRef.current, callback, true)
        return () => {
            if (watchRef.current && viewportObserver) viewportObserver.removeWatch(watchRef.current, callback); //卸载时也要取消监听 
            isLazySuccess.current = false;
            onDestroy && onDestroy()
        };
    }, deps)
}

使用方法：核心思想：到了视口才赋值真实路径，其它时候使用占位符。

/**视频组件 */
export default function Video({ src, className, otherProps }: VideoProps) {
  const outRef = useRef<HTMLDivElement>(null); //被监听的元素
  const [realSrc, setRealSrc] = useState<string>(); //存放展示的src，如果还没到视口就不展示
  useLazyLoad(outRef, () => setRealSrc(src));

  return (
    <div className={cn(className, "rounded")} ref={outRef}>
      {/* 其它逻辑.... */}

      {/* 正常展示视频 */}
      {realSrc && <video src={realSrc} {...otherProps} />}

      {/* 其它逻辑.... */}
    </div>
  );
}