了解CSS Module作用域隔离原理

Posted on by hackdl

CSS Module出现的背景

我们知道，Javascript发展到现在出现了众多模块化规范，比如AMD、CMD、 Common JS、ESModule等，这些模块化规范能够让我们的JS实现作用域隔离。但CSS却并没有这么幸运，发展到现在却一直没有模块化规范，由于CSS是 根据选择器去全局匹配元素的，所以如果你在页面的两个不同的地方定义了一个相同的类名，先定义的样式就会被后定义的覆盖掉。由于这个原因，CSS的命名冲突一直困扰着前端人员。

这种现状是前端开发者不能接受的，所以CSS社区也诞生了各种各样的CSS模块化解决方案（这并不是规范），比如：

  • 命名方法： 人为约定命名规则
  • scoped： vue中常见隔离方式
  • CSS Module： 每个文件都是一个独立的模块
  • CSS-in-JS： 这个常见于react、 JSX中

现在来看CSS Module是目前最为流行的一种解决方案，它能够与CSS预处理器搭配使用在各种框架中。

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CSS Module

CSS Module的流行源于React社区，它获得了社区的迅速采用，后面由于Vue-cli对其集成后开箱即用的支持，将其推到了一个新高度。

局部作用域

在w3c 规范中，CSS 始终是「全局生效的」。在传统的 web 开发中，最为头痛的莫过于处理 CSS 问题。因为全局性，明明定义了样式，但就是不生效，原因可能是被其他样式定义所强制覆盖。

产生局部作用域的唯一方法就是为样式取一个独一无二的名字，CSS Module也就是用这个方法来实现作用域隔离的。

在CSS Module中可以使用:local(className)来声明一个局部作用域的CSS规则。

:local(.qd_btn) {
    border-radius: 8px;
    color: #fff;
}
:local(.qd_btn):nth(1) {
    color: pink;
}

:local(.qd_title) {
    font-size: 20px;
}

CSS Module会对:local()包含的选择器做localIdentName规则处理，也就是为其生成一个唯一的选择器名称，以达到作用域隔离的效果。

以上css经过编译后会生成这样的代码：

这里的:export是CSS Module为解决导出而新增的伪类，后面再进行介绍

全局作用域

当然CSS Module也允许使用:global(className)来声明一个全局作用域的规则。

:global(.qd_text) {
    color: chocolate;
}

而对于:global()包含的选择器CSS Module则不会做任何处理，因为CSS规则默认就是全局的。

或许很多了会好奇我们在开发过程好像很少使用到:local()，比如在vue中，我们只要在style标签上加上module就能自动达到作用域隔离的效果。

是的，为了我们开发过程方便，postcss-modules-local-by-default插件已经默认帮我们处理了这一步，只要我们开启了CSS模块化，里面的CSS在编译过程会默认加上:local()。

Composing(组合)

组合的意思就是一个选择器可以继承另一个选择器的规则。

继承当前文件内容

:local(.qd_btn) {
    border-radius: 8px;
    color: #fff;
}

:local(.qd_title) {
    font-size: 20px;
    composes: qd_btn;
}

继承其它文件

Composes 还可以继承外部文件中的样式

/* a.css */
:local(.a_btn) {
    border: 1px solid salmon;
}

/** default.css **/
.qd_box {
    border: 1px solid #ccc;
    composes: a_btn from 'a.css'
}

编译后会生成如下代码：

导入导出

从上面的这些编译结果我们会发现有两个我们平时没用过的伪类：:import、:export。

CSS Module 内部通过ICSS来解决CSS的导入导出问题，对应的就是上面两个新增的伪类。

Interoperable CSS (ICSS) 是标准 CSS 的超集。

:import

语句:import允许从其他 CSS 文件导入变量。它执行以下操作：

  • 获取并处理依赖项
  • 根据导入的令牌解析依赖项的导出，并将它们匹配到localAlias
  • 在当前文件中的某些地方（如下所述）查找和替换使用localAlias依赖项的exportedValue.

:export

一个:export块定义了将要导出给消费者的符号。可以认为它在功能上等同于以下 JS：

module.exports = {
	"exportedKey": "exportedValue"
}

语法上有以下限制:export：

  • 它必须在顶层，但可以在文件中的任何位置。
  • 如果一个文件中有多个，则将键和值组合在一起并一起导出。
  • 如果exportedKey重复某个特定项，则最后一个（按源顺序）优先。
  • AnexportedValue可以包含对 CSS 声明值有效的任何字符（包括空格）。
  • exportedValue不需要引用an ，它已被视为文字字符串。

以下是输出可读性所需要的，但不是强制的：

  • 应该只有一个:export块
  • 它应该位于文件的顶部，但在任何:import块之后

CSS Module原理

大概了解完CSS Module语法后，我们可以再来看看它的内部实现，以及它的核心原理 —— 作用域隔离。

一般来讲，我们平时在开发中使用起来没有这么麻烦，比如我们在vue项目中能够做到开箱即用，最主要的插件就是css-loader，我们可以从这里入手一探究竟。

这里大家可以思考下，css-loader主要会依赖哪些库来进行处理？

我们要知道，CSS Module新增的这些语法其实并不是CSS 内置语法，那么它就一定需要进行编译处理

那么编译CSS我们最先想到的是哪个库？

postcss对吧？它对于CSS就像Babel对于javascript

可以安装css-loader来验证一下:

跟我们预期的一致，这里我们能看到几个以postcss-module开头的插件，这些应该就是实现CSS Module的核心插件。

从上面这些插件名称应该能看出哪个才是实现作用域隔离的吧

  • Postcss-modules-extract-imports：导入导出功能
  • Postcss-modules-local-by-default：默认局部作用域
  • Postcss-modules-scope：作用域隔离
  • Posts-modules-values：变量功能

编译流程

整个流程大体上跟Babel编译javascript类似：parse ——> transform ——> stringier

与Babel不同的是，PostCSS自身只包括css分析器，css节点树API，source map生成器以及css节点树拼接器。

css的组成单元是一条一条的样式规则（rule），每一条样式规则又包含一个或多个属性&值的定义。所以，PostCSS的执行过程是，先css分析器读取css字符内容，得到一个完整的节点树，接下来，对该节点树进行一系列转换操作（基于节点树API的插件），最后，由css节点树拼接器将转换后的节点树重新组成css字符。期间可生成source map表明转换前后的字符对应关系。

CSS在编译期间也是需要生成AST得，这点与Babel处理JS一样。

AST

PostCSS的AST主要有以下这四种：

  • rule: 选择器开头
#main {
    border: 1px solid black;
}
  • atrule: 以@开头
@media screen and (min-width: 480px) {
    body {
        background-color: lightgreen;
    }
}
  • decl: 具体样式规则
border: 1px solid black;
  • comment: 注释
/* 注释*/

与Babel类似，这些我们同样可以使用工具来更清晰地了解CSS 的 AST：

  • Root: 继承自 Container。AST 的根节点，代表整个 css 文件
  • AtRule: 继承自 Container。以 @ 开头的语句，核心属性为 params，例如： @import url('./default.css')，params 为url('./default.css')
  • Rule: 继承自 Container。带有声明的选择器，核心属性为 selector，例如： .color2{}，selector为.color2
  • Comment: 继承自 Node。标准的注释/* 注释 */ 节点包括一些通用属性:
  • type：节点类型
  • parent：父节点
  • source：存储节点的资源信息，计算 sourcemap
  • start：节点的起始位置
  • end：节点的终止位置
  • raws：存储节点的附加符号，分号、空格、注释等，在 stringify 过程中会拼接这些附加符号

安装体验

npm i postcss postcss-modules-extract-imports postcss-modules-local-by-default postcss-modules-scope postcss-selector-parser

这些插件的功能我们都可以自己一一去体验，我们先将这些主要的插件串联起来试一试效果，再来自行实现一个Postcss-modules-scope插件

(async () => {
    const css = await getCode('./css/default.css')
    const pipeline = postcss([
        postcssModulesLocalByDefault(),
        postcssModulesExtractImports(), 
        postcssModulesScope()
    ])

    const res = pipeline.process(css)

    console.log('【output】', res.css)
})()

把这几个核心插件集成进来，我们会发现，我们的css中的样式不用再写:local也能生成唯一hash名称了，并且也能够导入其它文件的样式了。这主要是依靠postcss-modules-local-by-default、postcss-modules-extract-imports两个插件。

/* default.css */
.qd_box {
    border: 1px solid #ccc;
    composes: a_btn from 'a.css'
}
.qd_header {
    display: flex;
    justify-content: center;
    align-items: center;
    width: 100%;
    composes: qd_box;
}
.qd_box {
    background: coral;
}

编写插件

现在我们就自己来实现一下类似postcss-modules-scope的插件吧，其实原理很简单，就是遍历AST，为选择器生成一个唯一的名字，并将其与选择器的名称维护在exports里面。

主要API

说到遍历AST，与Babel相似Post CSS也同样提供了很多API用于操作AST：

  • walk: 遍历所有节点信息
  • walkAtRules: 遍历所有atrule 类型节点
  • walkRules: 遍历所有rule类型节点
  • walkComments: 遍历所有 comment 类型节点
  • walkDecls: 遍历所有 decl类型节点

(更多内容可在postcss文档上查看)

有了这些API我们处理AST就非常方便了

插件格式

编写PostCSS插件与Babel类似，我们只需要按照它的规范进行处理AST就行，至于它的编译以及目标代码生成我们都不需要关心。

const plugin = (options = {}) => {
  return {
    postcssPlugin: 'plugin name',
    Once(root) {
      // 每个文件都会调用一次，类似Babel的visitor
    }
  }
}

plugin.postcss = true
module.exports = plugin
核心代码
const selectorParser = require("postcss-selector-parser");
// 随机生成一个选择器名称
const createScopedName = (name) => {
    const randomStr = Math.random().toString(16).slice(2);
    return `_${randomStr}__${name}`;
}
const plugin = (options = {}) => {
    return {
        postcssPlugin: 'css-module-plugin',
        Once(root, helpers) {
            const exports = {};
            // 导出 scopedName
            function exportScopedName(name) {
                // css名称与其对应的作用域名城的映射
                const scopedName = createScopedName(name);
                exports[name] = exports[name] || [];
                if (exports[name].indexOf(scopedName)  {
                const parsedSelector = selectorParser().astSync(rule);
                rule.selector = traverseNode(parsedSelector.clone()).toString();
                // 遍历所有decl类型节点 处理 composes
                rule.walkDecls(/composes|compose-with/i, (decl) => {
                    const localNames = parsedSelector.nodes.map((node) => {
                        return node.nodes[0].first.first.value;
                    })
                    const classes = decl.value.split(/s+/);
                    classes.forEach((className) => {
                        const global = /^global(([^)]+))$/.exec(className);
                        // console.log(exports, className, '-----')
                        if (global) {
                            localNames.forEach((exportedName) => {
                                exports[exportedName].push(global[1]);
                            });
                        } else if (Object.prototype.hasOwnProperty.call(exports, className)) {
                            localNames.forEach((exportedName) => {
                                exports[className].forEach((item) => {
                                    exports[exportedName].push(item);
                                });
                            });
                        } else {
                            console.log('error')
                        }
                    });

                    decl.remove();
                });

            });

            // 处理 @keyframes
            root.walkAtRules(/keyframes$/i, (atRule) => {
                const localMatch = /^:local((.*))$/.exec(atRule.params);

                if (localMatch) {
                    atRule.params = exportScopedName(localMatch[1]);
                }
            });
            // 生成 :export rule
            const exportedNames = Object.keys(exports);

            if (exportedNames.length > 0) {
                const exportRule = helpers.rule({ selector: ":export" });

                exportedNames.forEach((exportedName) =>
                    exportRule.append({
                        prop: exportedName,
                        value: exports[exportedName].join(" "),
                        raws: { before: "n  " },
                    })
                );
                root.append(exportRule);
            }
        },
    }
}
plugin.postcss = true
module.exports = plugin
使用
(async () => {
    const css = await getCode('./css/index.css')
    const pipeline = postcss([
        postcssModulesLocalByDefault(),
        postcssModulesExtractImports(),
        require('./plugins/css-module-plugin')()
    ])
    const res = pipeline.process(css)
    console.log('【output】', res.css)
})()

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