Web Components：掌握 Shadow DOM 的實作

Web Components 是一套 Web 平台 API，可讓您建立可在網頁和 Web 應用程式中重複使用的自訂封裝 HTML 元素。它們代表了前端開發中組件化架構的一個重大轉變，提供了一種強大的方式來構建模組化和可維護的使用者介面。Shadow DOM 是 Web Components 的核心，它是實現封裝和樣式隔離的關鍵功能。這篇部落格文章深入探討了 Shadow DOM 的實作，探索其核心概念、優點和實際應用。

了解 Shadow DOM

Shadow DOM 是 Web Components 的一個重要組成部分，它可以建立與網頁主要 DOM 分開的封裝 DOM 樹。這種封裝對於防止樣式衝突和確保 Web Component 的內部結構對外界隱藏至關重要。可以將其視為一個黑盒子；您可以透過其定義的介面與元件互動，但您無法直接存取其內部實作。

以下是關鍵概念的細分：

• 封裝：Shadow DOM 建立了一個邊界，將元件的內部 DOM、樣式和腳本與頁面的其餘部分隔離。這可以防止意外的樣式干擾，並簡化元件邏輯的管理。
• 樣式隔離：Shadow DOM 中定義的樣式不會洩漏到主文檔，並且主文檔中定義的樣式不會影響元件的內部樣式（除非明確設計）。
• Scoped CSS：Shadow DOM 中的 CSS 選擇器會自動限定於元件，從而進一步確保樣式隔離。
• Light DOM vs. Shadow DOM：Light DOM 指的是您添加到 Web Component 的常規 HTML 內容。Shadow DOM 是 Web Component 在內部*建立*的 DOM 樹。在某些情況下，light DOM 會被投射到 shadow DOM 中，從而為內容分發和插槽提供靈活性。

使用 Shadow DOM 的好處

Shadow DOM 為 Web 開發人員提供了多個顯著的優勢，從而帶來更穩健、可維護和可擴展的應用程式。

• 封裝和可重複使用性：可以在不同的專案中重複使用組件，而沒有樣式衝突或意外行為的風險。
• 減少樣式衝突：透過隔離樣式，Shadow DOM 消除了對複雜 CSS 選擇器特殊性爭用的需求，並確保了可預測的樣式環境。這在有多個開發人員的大型專案中尤其有利。
• 提高可維護性：Shadow DOM 提供的關注點分離使得獨立維護和更新組件變得更加容易，而不會影響應用程式的其他部分。
• 增強安全性：透過防止直接存取元件的內部結構，Shadow DOM 可以幫助防止某些類型的攻擊，例如跨站腳本（XSS）。
• 提高效能：瀏覽器可以透過將 Shadow DOM 視為一個單一單元來優化渲染效能，尤其是在處理複雜的元件樹時。
• 內容分發（插槽）：Shadow DOM 支援「插槽」，這使開發人員可以控制 light DOM 內容在 Web Component 的 shadow DOM 中呈現的位置。

在 Web Components 中實作 Shadow DOM

建立和使用 Shadow DOM 非常簡單，只需依賴於 `attachShadow()` 方法。以下是逐步指南：

1. 建立自訂元素：定義擴展 `HTMLElement` 的自訂元素類別。
2. 附加 Shadow DOM：在類別建構函式中，呼叫 `this.attachShadow({ mode: 'open' })` 或 `this.attachShadow({ mode: 'closed' })`。`mode` 選項確定對 shadow DOM 的存取層級。`open` 模式允許外部 JavaScript 透過 `shadowRoot` 屬性存取 shadow DOM，而 `closed` 模式會阻止這種外部存取，從而提供更高層級的封裝。
3. 建構 Shadow DOM 樹：使用標準 DOM 操作方法（例如，`createElement()`、`appendChild()`）在 shadow DOM 中建立元件的內部結構。
4. 應用樣式：使用 shadow DOM 中的 ` Click Me `; } } customElements.define('my-button', MyButton);

   說明：

   • `MyButton` 類別擴展了 `HTMLElement`。
   • 建構函式呼叫 `attachShadow({ mode: 'open' })` 以建立 shadow DOM。
   • `render()` 方法在 shadow DOM 中建構按鈕的 HTML 結構和樣式。
   • `<slot>` 元素允許從元件外部傳遞的內容在按鈕中呈現。
   • `customElements.define()` 註冊自訂元素，使其在 HTML 中可用。

   HTML 中的用法：

   
   <my-button>Custom Button Text</my-button>
   

   在此範例中，「Custom Button Text」（light DOM）將放置在 shadow DOM 中定義的 `<button>` 元素內，取代元件定義中 `<slot>` 元素指定的文字。

   進階 Shadow DOM 概念

   雖然基本實作相對簡單，但還有更多進階概念需要掌握，才能建構複雜的 Web Component：

   • 樣式設定和 ::part() 和 ::theme() 偽元素：::part() 和 ::theme() CSS 偽元素提供了一種從 Shadow DOM 內部提供自訂點的方法。這允許將外部樣式應用於元件的內部元素，從而在不直接干擾 Shadow DOM 的情況下對部分樣式設定進行一些控制。
   • 使用插槽進行內容分發：`<slot>` 元素對於內容分發至關重要。它充當 Shadow DOM 內部的佔位符，其中呈現 light DOM 的內容。有兩種主要類型的插槽：
   • 未命名插槽：light DOM 的內容被投射到 shadow DOM 中相應的未命名插槽中。
   • 命名插槽：light DOM 的內容必須具有 `slot` 屬性，該屬性對應於 shadow DOM 中的命名插槽。這可以對內容的呈現位置進行細粒度控制。
   • 樣式繼承和範圍：了解樣式如何繼承和範圍是管理 Web Component 視覺外觀的關鍵。shadow DOM 提供出色的隔離，但有時您需要控制來自外部世界的樣式如何與您的元件互動。您可以使用 CSS 自訂屬性（變數）將樣式設定資訊從 light DOM 傳遞到 shadow DOM。
   • 事件處理：源自 shadow DOM 內部的事件可以從 light DOM 處理。這通常透過事件重定目標來處理，其中事件從 Shadow DOM 沿 DOM 樹向上分派，以被附加到 Light DOM 的事件偵聽器捕獲。

   實際考量和最佳實務

   有效地實作 Shadow DOM 涉及一些關鍵的考量和最佳實務，以確保最佳效能、可維護性和可用性。

   • 選擇正確的 `mode`：附加 Shadow DOM 時的 `mode` 選項決定了封裝的層級。當您想要允許從 JavaScript 存取 shadow root 時，請使用 `open` 模式；當您需要更強的封裝和隱私時，請使用 `closed` 模式。
   • 效能優化：雖然 Shadow DOM 通常具有效能，但 shadow DOM 內部的過度 DOM 操作可能會影響效能。優化元件的渲染邏輯以最小化重排和重繪。考慮使用諸如備忘錄化和高效事件處理之類的技術。
   • 輔助功能 (A11y)：確保您的 Web Component 可供所有使用者存取。使用語意 HTML、ARIA 屬性和適當的焦點管理，使您的元件可與螢幕閱讀器等輔助技術一起使用。使用輔助功能工具進行測試。
   • 樣式設定策略：設計樣式設定策略。考慮利用 `:host` 和 `:host-context` 偽類根據 Web Component 使用的上下文應用樣式。此外，使用 CSS 自訂屬性（變數）以及 ::part 和 ::theme 偽元素提供自訂點。
   • 測試：使用單元測試和整合測試徹底測試您的 Web Component。測試不同的使用案例，包括各種輸入值、使用者互動和邊緣案例。使用旨在測試 Web Component 的工具，例如 Cypress 或 Web Component Tester。
   • 文件：徹底記錄您的 Web Component，包括元件的目的、可用的屬性、方法、事件和樣式設定自訂選項。提供清晰的範例和使用說明。
   • 相容性：大多數現代瀏覽器都支援 Web Components。請記住，如果支援較舊的瀏覽器是一個目標，您可能需要使用 polyfill 才能實現完全相容性。考慮使用 `@webcomponents/webcomponentsjs` 之類的工具來確保更廣泛的瀏覽器覆蓋率。
   • 框架整合：儘管 Web Components 與框架無關，但請考慮如何將元件與現有框架整合。大多數框架都提供對使用和整合 Web Components 的出色支援。探索您選擇的框架的特定文件。

   範例：實際操作中的輔助功能

   讓我們改進我們的按鈕元件以使其可存取：

   
   class AccessibleButton extends HTMLElement {
     constructor() {
       super();
       this.shadow = this.attachShadow({ mode: 'open' });
       this.render();
     }
   
     render() {
       const label = this.getAttribute('aria-label') || 'Click Me'; // Get ARIA label or default
   
       this.shadow.innerHTML = `
         
         
           Click Me
         
       `;
     }
   }
   
   customElements.define('accessible-button', AccessibleButton);
   

   變更：

   • 我們向按鈕添加了 `aria-label` 屬性。
   • 我們從 `aria-label` 屬性（或使用預設值）中檢索值。
   • 我們新增了帶有輪廓的焦點樣式以提高輔助功能。

   用法：

   
   <accessible-button aria-label="Submit Form">Submit</accessible-button>
   

   這個改進的範例為按鈕提供了語意 HTML 並確保了輔助功能。

   進階樣式設定技術

   設定 Web Components 的樣式，尤其是在使用 Shadow DOM 時，需要了解各種技術才能在不破壞封裝的情況下實現所需的結果。

   • `:host` 偽類：`:host` 偽類允許您設定元件主機元素本身的樣式。它適用於根據元件的屬性或整體上下文應用樣式。例如：

   
     :host {
       display: block;
       margin: 10px;
     }
     :host([disabled]) {
       opacity: 0.5;
       cursor: not-allowed;
     }
     

   • `:host-context()` 偽類：這個偽類允許您根據元件出現的上下文（即父元素的樣式）設定元件的樣式。例如，如果您希望根據父類別名稱應用不同的樣式：

   
     :host-context(.dark-theme) button {
       background-color: #333;
       color: white;
     }
     

   • CSS 自訂屬性（變數）：CSS 自訂屬性提供了一種將樣式資訊從 light DOM（元件外部的內容）傳遞到 Shadow DOM 的機制。這是根據應用程式的整體主題控制元件樣式的一項關鍵技術，可提供最大的靈活性。

   
     /* 在元件的 shadow DOM 中 */
     button {
       background-color: var(--button-bg-color, #4CAF50); /* 使用自訂屬性，提供後備值 */
       color: var(--button-text-color, white);
     }
     /* 在主文檔中 */
     my-button {
       --button-bg-color: blue;
       --button-text-color: yellow;
     }
     

   • ::part() 偽元素：這個偽元素允許您將元件的可設定樣式部分公開給外部樣式設定。透過將 `part` 屬性添加到 shadow DOM 內部的元素，您可以使用全域 CSS 中的 ::part() 偽元素來設定它們的樣式，從而在不干擾封裝的情況下控制該部分。

   
     <button part="button-inner">Click Me</button>
     

   
     /* 在全域 CSS 中 */
     my-button::part(button-inner) {
       font-weight: bold;
     }
     

   • ::theme() 偽元素：這個偽元素與 ::part() 類似，為元件元素提供樣式設定掛鉤，但其主要用途是啟用應用自訂主題。這為樣式設定元件以符合所需的樣式指南提供了另一種途徑。

   Web Components 和框架：協同關係

   Web Components 設計為與框架無關，這意味著它們可以用於任何 JavaScript 專案中，無論您使用的是 React、Angular、Vue 還是其他框架。但是，每個框架的性質都會影響您建構和使用 Web Component 的方式。

   • React：在 React 中，您可以直接將 Web Component 用作 JSX 元素。您可以透過設定屬性將 props 傳遞到 Web Component，並使用事件偵聽器處理事件。

   
   <my-button aria-label="React Button" onClick={handleClick}>Click from React</my-button>
   

   • Angular：在 Angular 中，您可以透過將 `CUSTOM_ELEMENTS_SCHEMA` 添加到 Angular 模組的 `schemas` 陣列中來使用 Web Component。這告訴 Angular 允許自訂元素。然後，您可以在範本中使用 Web Component。

   
   // 在您的 Angular 模組中
   import { NgModule, CUSTOM_ELEMENTS_SCHEMA } from '@angular/core';
   
   @NgModule({
     schemas: [CUSTOM_ELEMENTS_SCHEMA]
   })
   export class AppModule { }
   

   
   <my-button (click)="handleClick()">Click from Angular</my-button>
   

   • Vue：Vue 對 Web Components 具有出色的支援。您可以全域或在 Vue 元件中本機註冊 Web Components，然後在範本中使用它們。

   
   <template>
     <my-button @click="handleClick">Click from Vue</my-button>
   </template>
   <script>
     export default {
       methods: {
         handleClick() {
           console.log('Vue Button Clicked');
         }
       }
     };
   </script>
   

   • 特定於框架的注意事項：在特定框架中整合 Web Components 時，可能會有特定於框架的注意事項：
   • 事件處理：不同的框架對事件處理有不同的方法。例如，Vue 使用 `@` 或 `v-on` 進行事件繫結，而 React 使用 camelCase 樣式的事件名稱。
   • 屬性/屬性繫結：框架可能以不同的方式處理 JavaScript 屬性和 HTML 屬性之間的轉換。您可能需要了解您的框架如何處理屬性繫結，以確保資料正確流向您的 Web Component。
   • 生命週期掛鉤：調整您在框架中處理 Web Component 生命周期的方式。例如，在 Vue 中，`mounted()` 掛鉤，或者在 React 中，`useEffect` 掛鉤對於管理元件的初始化或清理非常有用。

   Shadow DOM 和 Web 開發的未來

   Shadow DOM 作為 Web Components 的一個重要組成部分，將繼續成為塑造 Web 開發未來的關鍵技術。它的功能有助於創建結構良好、可維護和可重複使用的組件，這些組件可以在專案和團隊之間共享。這對開發領域意味著什麼：

   • 組件驅動的架構：組件驅動的架構的趨勢正在加速。由 Shadow DOM 支援的 Web Components 提供了從可重複使用的組件建構複雜使用者介面的構建塊。這種方法促進了模組化、可重複使用性和更輕鬆的程式碼庫維護。
   • 標準化：Web Components 是 Web 平台的標準部分，無論使用的框架或程式庫如何，都可在瀏覽器中提供一致的行為。這有助於避免供應商鎖定並提高互通性。
   • 效能和最佳化：瀏覽器效能和渲染引擎的改進繼續使 Web Components 更具效能。Shadow DOM 的使用有助於透過允許瀏覽器以簡化的方式管理和渲染元件來進行最佳化。
   • 生態系統成長：Web Components 周圍的生態系統正在成長，各種工具、程式庫和 UI 組件程式庫正在開發中。這使得 Web Components 的開發更加容易，具有諸如組件測試、文件產生和圍繞 Web Components 建構的設計系統之類的功能。
   • 伺服器端渲染 (SSR) 注意事項：將 Web Components 與伺服器端渲染 (SSR) 框架整合可能會很複雜。採用使用 polyfill 或在伺服器端渲染元件並在用戶端進行水合等技術來解決這些挑戰。
   • 輔助功能和國際化 (i18n)：Web Components 必須解決輔助功能和國際化問題，以確保全域使用者體驗。正確使用 `<slot>` 元素和 ARIA 屬性對於這些策略至關重要。

   結論

   Shadow DOM 是 Web Components 的一個強大且重要的功能，它為封裝、樣式隔離和內容分發提供了關鍵功能。透過了解其實作和優點，Web 開發人員可以建構穩健、可重複使用和可維護的組件，從而提高其專案的整體品質和效率。隨著 Web 開發的不斷發展，掌握 Shadow DOM 和 Web Components 將成為任何前端開發人員的寶貴技能。

   無論您是建構一個簡單的按鈕還是複雜的 UI 元素，Shadow DOM 提供的封裝、樣式隔離和可重複使用性原則對於現代 Web 開發實務都至關重要。擁抱 Shadow DOM 的強大功能，您將能夠很好地建構易於管理、更具效能且真正面向未來的 Web 應用程式。