背景
现在有以下几种场景。
- 页面滚动时懒加载图片
- 实现无线滚动页面(Infinite scrolling)
- 根据某个元素是否出现在视窗从而执行某些逻辑
对于这些传统的实现方法是,监听到scroll事件后,调用目标元素的getBoundingClientRect()方法,得到它对应于视口左上角的坐标,再判断是否在视口之内。这种方法的缺点是,由于scroll事件是同步事件,在滚动时密集发生,计算量很大,容易造成性能问题。经常需要配合节流一起使用。
这时候 Intersection Observer 就可以优秀的解决我们上述问题。
getBoundingClientRect() (地址: https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/API/Element/getBoundingClientRect)
Intersection Observer概念及用法
Intersection Observer是w3c提出的一种 Observer API,属于浏览器中全局可访问对象,Intersection Observer 能够更好地支持上述场景,因为 Observer 并不在主线程中执行,降低了资源消耗,优化了网页性能。
Intersection Observer为web开发者提供了一种异步查询元素相对于其他元素或窗口位置的能力。它常应用于解决追踪一个元素在窗口的可视问题。
注:一旦 IntersectionObserver 被创建,则无法更改其配置,所以一个给定的观察者对象只能用来监听可见区域的特定变化值;但是,你可以在同一个观察者对象中配置监听多个目标元素。
API
const observer = new IntersectionObserver(callback[, options]); // 方法 // 开始观察某个目标元素 observer.observe(target) // 停止观察某个目标元素 observer.unobserve(target) // 关闭监视器 observer.disconnect() // 获取所有 IntersectionObserver 观察的 targets observer.takeRecords() // 注:该方法是同步获取所有targets,一旦调用,callback回调将不再执行
options 为可选参数。
未指定时,observer实例默认使用文档视口作为root,margin为0,阈值为0%。(即一像素的改变都会触发回调函数)
可以配置的参数有三个:
参数 |
含义 |
默认值 |
root |
指定根(root)元素,用于检查目标的可见性。必须是目标元素的父级元素。 |
默认为顶级文档的视窗。 |
rootMargin |
根(root)元素的外边距,类似于css的margin属性,该属性值是用作 root 元素和 target 发生交集时候的计算交集的区域范围,使用该属性可以控制 root 元素每一边的收缩或者扩张。 |
默认为"0px 0px 0px 0px"(top, right, bottom, left)。 |
threshold |
类型为number或number组成的数组。该值为 1.0 含义是当 target 完全出现在 root 元素中时候回调才会被执行。[0, 0.25, 0.5, 0.75, 1]就表示目标元素 0%、25%、50%、75%、100% 可见时,会触发回调函数。 |
默认值为0。 |
callback:当元素可见比例超过指定阈值(threshold)后,会调用回调函数,此回调函数接受两个参数:
entries:一个IntersectionObserverEntry对象组成的数组。intersectionObserverEntry提供目标元素的信息,有以下六个属性:
time:可见性发生变化的时间,是一个高精度时间戳,单位为毫秒 |
target:被观察的目标元素,是一个 DOM 节点对象 |
rootBounds:根元素的矩形区域的信息,getBoundingClientRect()方法的返回值,如果没有根元素(即直接相对于视口滚动),则返回null |
boundingClientRect:目标元素的矩形区域的信息 |
intersectionRect:目标元素与视口(或根元素)的交叉区域的信息 |
intersectionRatio:目标元素的可见比例,即intersectionRect占boundingClientRect的比例,完全可见时为1,完全不可见时小于等于0 |
observer:被调用的IntersectionObserver实例。
IntersectionObserver地址: https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Web/API/IntersectionObserver
浏览器兼容性
我们在使用该api时,一定要判断浏览器是否支持,如果不支持,需要我们引入pollify来解决, 我们本篇主要介绍:Intersection Observer polyfill的原理,来了解一下其具体实现。
对Intersection Observer底层源码感兴趣的同学可以看:intersection observe实现
intersection observe实现地址: https://source.chromium.org/chromium/chromium/src/+/main:third_party/blink/renderer/core/intersection_observer/intersection_observer.cc
Observe实现原理
observe方法定义在IntersectionObserver原型上
IntersectionObserver.prototype.observe = function(target) { var isTargetAlreadyObserved = this._observationTargets.some(function(item) { return item.element == target; }); if (isTargetAlreadyObserved) { return; } if (!(target && target.nodeType == 1)) { throw new Error('target must be an Element'); } this._registerInstance(); this._observationTargets.push({element: target, entry: null}); this._monitorIntersections(); this._checkForIntersections(); }
该函数接收的参数就是我们需要监测的dom元素(目标元素)。
首先会遍历this._observationTargets
数组,这步就是为了判断当前的元素是否已经通过observe方法监测过。如果已经监测过,(isTargetAlreadyObserved为true)就直接return,防止同一个observer实例对同一个target元素进行多次监测。
如果没有监测过target元素,这里会对target的类型进行判断。如果不是一个dom结点(nodeType !== 1
),同样会抛出一个错误。
▐ _registerInstance函数做了什么呢?
IntersectionObserver.prototype._registerInstance = function() { if (registry.indexOf(this) < 0) { registry.push(this); } };
顾名思义,如果我们的observe实例不存在,即将该实例加入到全局registry
数组中,避免被垃圾回收机制回收。
▐ _monitorIntersections函数
该函数主要用来实现对目标元素的检测,可以看下具体实现,摘除了一些边界值判断的逻辑,如判断dom已经销毁,判断重复监听等,直接看核心逻辑
IntersectionObserver.prototype._monitorIntersections = function() { if (this.POLL_INTERVAL) { this._monitoringInterval = setInterval( this._checkForIntersections, this.POLL_INTERVAL); } else { addEvent(window, 'resize', this._checkForIntersections, true); addEvent(document, 'scroll', this._checkForIntersections, true); if (this.USE_MUTATION_OBSERVER && 'MutationObserver' in window) { this._domObserver = new MutationObserver(this._checkForIntersections); this._domObserver.observe(document, { attributes: true, childList: true, characterData: true, subtree: true }); } } }
实现监听的方式有两种
poll_interval
:如果设置了轮询时间,则按每隔n秒进行轮询,观察dom变化,这种方式简单粗暴且轮询较耗费性能,因而默认是关闭的。MutationObserver
:这种监听方式是监听窗口的resize和页面的scroll事件,当然,这两种监听满足不了所有的场景,比如:某一个元素的显隐,因而,它使用了是MutationObserve
这个api,监听document
元素下所有节点的attributes
,childList
和characterData
的变化,每当有children节点发生变化时都会去检测target元素和root元素的交集状态。
▐ _checkForIntersections函数
上述的_monitorIntersections
中有四个地方调用了_checkForIntersection
- setInterval轮询监听dom变化时
- window的resize
- document的scroll
- MutationObserver api监听dom变化时作为回调触发
还有就是第一个讲解的observe函数中,作为callback回调触发。该函数的作用是,判断root和target的交集是否发生变化,发生变化则触发observe的回调。
IntersectionObserver.prototype._checkForIntersections = function() { if (!this.root && crossOriginUpdater && !crossOriginRect) { // Cross origin monitoring, but no initial data available yet. return; } // 判断root是否在dom结构中,传入的root一定要是target的祖先元素 var rootIsInDom = this._rootIsInDom(); var rootRect = rootIsInDom ? this._getRootRect() : getEmptyRect(); this._observationTargets.forEach(function(item) { var target = item.element; var targetRect = getBoundingClientRect(target); var rootContainsTarget = this._rootContainsTarget(target); var oldEntry = item.entry; var intersectionRect = rootIsInDom && rootContainsTarget && this._computeTargetAndRootIntersection(target, targetRect, rootRect); var rootBounds = null; if (!this._rootContainsTarget(target)) { rootBounds = getEmptyRect(); } else if (!crossOriginUpdater || this.root) { rootBounds = rootRect; } var newEntry = item.entry = new IntersectionObserverEntry({ time: now(), target: target, boundingClientRect: targetRect, rootBounds: rootBounds, intersectionRect: intersectionRect }); if (!oldEntry) { this._queuedEntries.push(newEntry); } else if (rootIsInDom && rootContainsTarget) { // If the new entry intersection ratio has crossed any of the // thresholds, add a new entry. if (this._hasCrossedThreshold(oldEntry, newEntry)) { this._queuedEntries.push(newEntry); } } else { // If the root is not in the DOM or target is not contained within // root but the previous entry for this target had an intersection, // add a new record indicating removal. if (oldEntry && oldEntry.isIntersecting) { this._queuedEntries.push(newEntry); } } }, this); if (this._queuedEntries.length) { this._callback(this.takeRecords(), this); } };
this._observationTargets
这个属性用来保存被observer所监听的所有的target元素。
_getRootRect
是获取root元素的区域,这个区域是rootRect
和rootMargin
结合计算出新的rootRect区域的大小。
接着遍历this._observationTargets
。
在这个forEach
遍历中,主要动作就是:搜集root元素和target元素的交集状态,并把他们存入到_queuedEntries
数组中。
而计算目标元素和root元素相交区域的核心就是 _computeTargetAndRootIntersection函数
▐ _computeTargetAndRootIntersection函数
IntersectionObserver.prototype._computeTargetAndRootIntersection = function(target, rootRect) { // If the element isn't displayed, an intersection can't happen. if (window.getComputedStyle(target).display == 'none') return; var targetRect = getBoundingClientRect(target); var intersectionRect = targetRect; var parent = getParentNode(target); // 标志位 var atRoot = false; while (!atRoot) { var parentRect = null; var parentComputedStyle = parent.nodeType == 1 ? window.getComputedStyle(parent) : {}; // 如果parentRect display为none,target和root元素同样是不可能存在交集的 if (parentComputedStyle.display == 'none') return; if (parent == this.root || parent == document) { atRoot = true; parentRect = rootRect; } else { // If the element has a non-visible overflow, and it's not the <body> // or <html> element, update the intersection rect. // Note: <body> and <html> cannot be clipped to a rect that's not also // the document rect, so no need to compute a new intersection. if (parent != document.body && parent != document.documentElement && parentComputedStyle.overflow != 'visible') { parentRect = getBoundingClientRect(parent); } } // If either of the above conditionals set a new parentRect // calculate new intersection data. if (parentRect) { intersectionRect = computeRectIntersection(parentRect, intersectionRect); if (!intersectionRect) break; } parent = getParentNode(parent); } return intersectionRect; } function getParentNode(node) { var parent = node.parentNode; if (parent && parent.nodeType == 11 && parent.host) { // If the parent is a shadow root, return the host element. return parent.host; } if (parent && parent.assignedSlot) { // If the parent is distributed in a <slot>, return the parent of a slot. return parent.assignedSlot.parentNode; } return parent; }
这里判断如果元素是隐藏的,则不可能会相交,直接return。通过atRoot
标志位,判断while循环是否循环到了this.root
或者是document
。如果我们采用默认的root即document,而且parentNode
就是document
,那么循环将会进入if分支,并将parentRect
被赋值为rootRect
,atRoot
设置为true。接着执行第44行代码逻辑。
computeRectIntersection 函数
function computeRectIntersection(rect1, rect2) { var top = Math.max(rect1.top, rect2.top); var bottom = Math.min(rect1.bottom, rect2.bottom); var left = Math.max(rect1.left, rect2.left); var right = Math.min(rect1.right, rect2.right); var width = right - left; var height = bottom - top; return (width >= 0 && height >= 0) && { top: top, bottom: bottom, left: left, right: right, width: width, height: height }; }
这里就是在计算两个区域rect1和rect2的交集
红框部分即相交部分的区域~
如果target.parentNode不是document,那么while循环会执行else分支。其中执行else分支有一个条件parentComputedStyle.overflow != 'visible'
。如果parentComputedStyle.overflow
的值为visible
,那么target和root最大的交叉面积就是target的大小。
交叉面积算出来之后,使用IntersectionObserverEntry函数计算出各个属性值
function IntersectionObserverEntry(entry) { this.time = entry.time; this.target = entry.target; this.rootBounds = entry.rootBounds; this.boundingClientRect = entry.boundingClientRect; this.intersectionRect = entry.intersectionRect || getEmptyRect(); this.isIntersecting = !!entry.intersectionRect; // Calculates the intersection ratio. var targetRect = this.boundingClientRect; var targetArea = targetRect.width * targetRect.height; var intersectionRect = this.intersectionRect; var intersectionArea = intersectionRect.width * intersectionRect.height; // Sets intersection ratio. if (targetArea) { // Round the intersection ratio to avoid floating point math issues: // https://github.com/w3c/IntersectionObserver/issues/324 this.intersectionRatio = Number((intersectionArea / targetArea).toFixed(4)); } else { // If area is zero and is intersecting, sets to 1, otherwise to 0 this.intersectionRatio = this.isIntersecting ? 1 : 0; } }
然后计算出intersectionRatio
和isIntersecting
的值。
总结
到这里,_checkForIntersections函数
第11行的遍历完成啦
遍历完成,后面还有两行逻辑~
if (this._queuedEntries.length) { this._callback(this.takeRecords(), this); }
this._queuedEntries
是一个数组,其中每一个元素都是IntersectionObserverEntry实例对象。只有当这个属性的长度大于 0 的时候,才会触发回调函数。回调函数第一个参数是this.takeRecords()
获取到的值,回忆一下上面讲解intersection observe概念的时候,我们说过callback回调的第一个参数entrys
,是由IntersectionObserverEntry对象组成的数组,他就是takeRecords
方法的返回值,那么takeRecords
方法做了什么~
IntersectionObserver.prototype.takeRecords = function() { var records = this._queuedEntries.slice(); this._queuedEntries = []; return records; }
方法实现很简单,使用数组的slice方法对this._queuedEntries
进行了一个拷贝,然后清空了this._queuedEntries
。我们知道,intersection observe的回调触发和takeRecords
的调用都可以用来获取entries(IntersectionObserverEntry对象数组),每个对象的目标元素都包含每次相交的信息,可以显式通过调用takeRecords
方法或隐式地通过观察者的回调(oberve的callback第一个参数)自动调用。当我们调用takeRecords
后,有一步清空操作,可以看出如果显示调用takeRecords
,则callback
不会再被调用。
IntersectionObserverEntry地址: https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Web/API/IntersectionObserverEntry
引用官网的一句话就是:
调用此方法会清除挂起的相交状态列表,因此不会运行回调
以上是处理所有 Observer 的主体逻辑啦。展望
Intersection Observer, version 2目前兼容性还不是很好,期待未来征服各主流浏览器
我们不禁要思考,v1版有哪些不足?Intersection Observer v1 API 可以告诉您元素何时滚动到窗口的视口中,但它不会告诉您该元素是否被任何其他页面内容覆盖(即元素何时被遮挡)或该元素的可视显示已被 transform,opacity有效filter等css属性修改地使其不可见。
Intersection Observer v2 引入了跟踪目标元素的实际“可见性”的概念,就像人类定义的那样。IntersectionObserver通过在构造函数中设置一个选项,相交的IntersectionObserverEntry实例将包含一个名为 isVisible的新布尔字段,isVisible是true,即目标元素完全不被其他内容遮挡,并且没有应用会改变或扭曲其在屏幕上的显示的视觉效果。相反,一个false意味着不能保证。
最后
附上pollify完整源码的github地址:intersection observe pollify源码(地址:https://github.com/GoogleChromeLabs/intersection-observer/blob/main/intersection-observer.js)