纯JavaScript实现页面行为的录制

　　在网上有个开源的rrweb项目，该项目采用TypeScript编写（不了解该语言的可参考之前的《TypeScript躬行记》），分为三大部分：rrweb-snapshot、rrweb和rrweb-player，可搜集鼠标轨迹、控件交互等用户行为，并且可最大程度的回放（请看demo），看上去像是一个视频，但其实并不是。

　　我会实现一个非常简单的录制和回放插件（已上传至GitHub中），只会监控文本框的属性变化，并封装到一个插件中，核心思路和原理参考了rrweb，并做了适当的调整。下图来自于rrweb的原理一文，只在开始录制时制作一个完整的DOM快照，之后则记录所有的操作数据，这些操作数据称之为Oplog（operations log）。如此就能在回放时重现对应的操作，也就回放了该操作对视图的改变。

一、元素序列化

1）序列化

　　首先要将页面中的所有元素序列化成一个普通对象，这样就能调用JSON.stringify()方法将相关数据传到后台服务器中。

　　serialization()方法采用递归的方式，将元素逐个解析，并且保留了元素的层级关系。

/**
 * DOM序列化
 */
serialization(parent) {
  let element = this.parseElement(parent);
  if (parent.children.length == 0) {
    parent.textContent && (element.textContent = parent.textContent);
    return element;
  }
  Array.from(parent.children, child => {
    element.children.push(this.serialization(child));
  });
  return element;
},
/**
 * 将元素解析成可序列化的对象
 */
parseElement(element, id) {
  let attributes = {};
  for (const { name, value } of Array.from(element.attributes)) {
    attributes[name] = value;
  }
  if (!id) {                         //解析新元素才做映射
    id = this.getID();
    this.idMap.set(element, id);     //元素为键，ID为值
  }
  return {
    children: [],
    id: id,
    tagName: element.tagName.toLowerCase(),
    attributes: attributes
  };
}
/**
 * 唯一标识
 */
getID() {
  return this.id++;
}

　　parseElement()承包了解析的逻辑，一个普通元素会变成包含id、tagName、attributes和children属性，在serialization()中会视情况为其增加textContent属性。

　　id是一个唯一标识，用于关联元素，后面在做回放和搜集动作的时候会用到。this.idMap采用了ES6新增的Map数据结构，可将对象作为key，它用于记录ID和元素之间的映射关系。

　　注意，rrweb遍历的是Node节点，而我为了便捷，只是遍历了元素，这么做的话会将页面中的文本节点给忽略掉，例如下面的<div>既包含了<span>元素，也包含了两个纯文本节点。

<div class="ui-mb30">
  提交购买信息审核后获油滴，前
  <span class="color-red1">100</span>名用户获车轮邮寄的
  <span class="color-red1">CR2032型号电池</span>
</div>

　　当通过本插件还原DOM结构时，只能得到<span>元素，由此可知只遍历元素是有缺陷的。

<div class="ui-mb30">
  <span class="color-red1">100</span>
  <span class="color-red1">CR2032型号电池</span>
</div>

2）反序列化

　　既然有序列化，那么就会有反序列化，也就是将上面生成的普通对象解析成DOM元素。deserialization()方法也采用了递归的方式还原DOM结构，在createElement()方法中的this.idMap会以ID为key，而不再以元素为key。

/**
 * DOM反序列化
 */
deserialization(obj) {
  let element = this.createElement(obj);
  if (obj.children.length == 0) {
    return element;
  }
  obj.children.forEach(child => {
    element.appendChild(this.deserialization(child));
  });
  return element;
},
/**
 * 将对象解析成元素
 */
createElement(obj) {
  let element = document.createElement(obj.tagName);
  if (obj.id) {
    this.idMap.set(obj.id, element);         //ID为键，元素为值
  }
  for (const name in obj.attributes) {
    element.setAttribute(name, obj.attributes[name]);
  }
  obj.textContent && (element.textContent = obj.textContent);
  return element;
}

二、监控DOM变化

　　在做好元素序列化的准备后，接下来就是在DOM发生变化时，记录相关的动作，这里涉及两块，第一块是动作记录，第二块是元素监控。

1）动作记录

　　setAction()是记录所有动作的方法，而setAttributeAction()方法则是抽象出来专门处理元素属性的变化，这么做便于后期扩展，ACTION_TYPE_ATTRIBUTE常量表示修改属性的动作。

/**
 * 配置修改属性的动作
 */
setAttributeAction(element) {
  let attributes = {
    type: ACTION_TYPE_ATTRIBUTE
  };
  element.value && (attributes.value = element.value);
  this.setAction(element, attributes);
},
/**
 * 配置修改动作
 */
setAction(element, otherParam = {}) {
  //由于element是对象，因此Map中的key会自动更新
  const id = this.idMap.get(element);
  const action = Object.assign(
    this.parseElement(element, id),
    { timestamp: Date.now() },
    otherParam
  );
  this.actions.push(action);
}

　　在setAction()中，timestamp是一个时间戳，记录了动作发生的时间，后期回放的时候就会按照这个时间有序播放，所有的动作都会插入到this.actions数组中。

2）元素监控

　　元素监控会采用两种方式，第一种是浏览器提供的MutationObserver接口，它能监控目标元素的属性、子元素和数据的变化。一旦监控到变化，就会调用setAttributeAction()方法。

/**
 * 监控元素变化
 */
observer() {
  const ob = new MutationObserver(mutations => {
    mutations.forEach(mutation => {
      const { type, target, oldValue, attributeName } = mutation;
      switch (type) {
        case "attributes":
          const value = target.getAttribute(attributeName);
          this.setAttributeAction(target);
      }
    });
  });
  ob.observe(document, {
    attributes: true,             //监控目标属性的改变
    attributeOldValue: true,      //记录改变前的目标属性值
    subtree: true                 //目标以及目标的后代改变都会监控
  });
  //ob.disconnect();
}

　　第二种是监控元素的事件，本插件只会监控文本框的input事件。在通过addEventListener()方法绑定input事件时，采用了捕获的方式，而不是冒泡，这样就能统一绑定的document上。

/**
 * 监控文本框的变化
 */
function observerInput() {
  const original = Object.getOwnPropertyDescriptor(
      HTMLInputElement.prototype,
      "value"
    ),
    _this = this;
  //监控通过代码更新的value属性
  Object.defineProperty(HTMLInputElement.prototype, "value", {
    set(value) {
      setTimeout(() => {
        _this.setAttributeAction(this);     //异步调用，避免阻塞页面
      }, 0);
      original.set.call(this, value);       //执行原来的set逻辑
    }
  });
  //捕获input事件
  document.addEventListener("input", event => {
      const { target } = event;
      let text = target.value;
      this.setAttributeAction(target);
    }, {
      capture: true     //捕获
    }
  );
}

　　对于value属性做了特殊的处理，因为该属性可通过代码完成修改，所以会借助defineProperty()方法，拦截value属性的set()方法，而原先的逻辑也会保留在original变量中。

　　如果没有执行original.set.call()，那么为元素赋值后，页面中的文本框不会显示所赋的那个值。

　　至此，录制的逻辑已经全部完成，下面是插件的构造函数，初始化了相关变量。

/**
 * dom和actions可JSON.stringify()序列化后传递到后台
 */
function JSVideo() {
  this.id = 1;
  this.idMap = new Map();         //唯一标识和元素之间的映射
  this.dom = this.serialization(document.documentElement);
  this.actions = [];             //动作日志
  this.observer();
  this.observerInput();
}

三、回放

1）沙盒

　　回放分为两步，第一步是创建iframe容器，在容器中还原DOM结构。按照rrweb的思路，选择iframe是因为可以将其作为一个沙盒，禁止表单提交、弹窗和执行JavaScript的行为。

　　在创建好iframe元素后，会为其配置sandbox、style、window和height等属性，并且在load事件中，反序列化this.dom，以及移除默认的<head>和<body>两个元素。

/**
 * 创建iframe还原页面
 */
createIframe() {
  let iframe = document.createElement("iframe");
  iframe.setAttribute("sandbox", "allow-same-origin");
  iframe.setAttribute("scrolling", "no");
  iframe.setAttribute("style", "pointer-events:none; border:0;");
  iframe.width = `${window.innerWidth}px`;
  iframe.height = `${document.documentElement.scrollHeight}px`;
  iframe.onload = () => {
    const doc = iframe.contentDocument,
      root = doc.documentElement,
      html = this.deserialization(this.dom);          //反序列化
    //根元素属性附加
    for (const { name, value } of Array.from(html.attributes)) {
      root.setAttribute(name, value);
    }
    root.removeChild(root.firstElementChild);         //移除head
    root.removeChild(root.firstElementChild);         //移除body
    Array.from(html.children).forEach(child => {
      root.appendChild(child);
    });
    //加个定时器只是为了查看方便
    setTimeout(() => {
      this.replay();
    }, 5000);
  };
  document.body.appendChild(iframe);
}

　　rrweb还会将元素的相对地址改成绝对地址，特殊处理链接等额外操作。

2）动画

　　第二步就是动画，也就是还原当时的动作，没有使用定时器模拟动画，而采用了更精确的requestAnimationFrame()函数。

　　注意，在还原元素的value属性时，会触发之前的defineProperty拦截，如果拆分成两个插件，就能避免该问题。

/**
 * 回放
 */
function replay() {
  if (this.actions.length == 0) return;
  const timeOffset = 16.7;                         //一帧的时间间隔大概为16.7ms
  let startTime = this.actions[0].timestamp;       //开始时间戳
  const state = () => {
    const action = this.actions[0];
    let element = this.idMap.get(action.id);
    if (!element) {
      //取不到的元素直接停止动画
      return;
    }
    if (startTime >= action.timestamp) {
      this.actions.shift();
      switch (action.type) {
        case ACTION_TYPE_ATTRIBUTE:
          for (const name in action.attributes) {
            //更新属性
            element.setAttribute(name, action.attributes[name]);
          }
          //触发defineProperty拦截，拆分成两个插件会避免该问题
          action.value && (element.value = action.value);
          break;
      }
    }
    startTime += timeOffset;         //最大程度的模拟真实的时间差
    if (this.actions.length > 0)
      //当还有动作时，继续调用requestAnimationFrame()
      requestAnimationFrame(state);
  };
  state();
}

　　为了模拟出时间间隔，就需要借助之前每个元素对象都会保存的timestamp时间戳。默认以第一个动作为起始时间，接下来每次调用requestAnimationFrame()函数，起始时间都加一次timeOffset变量。

　　当startTime超过动作的时间戳时，就执行该动作，否则就不执行任何逻辑，再次回调requestAnimationFrame()函数。

　　rrweb有个倍数回放，其实就是加大间隔，在间隔中多执行几个动作，从而模拟出倍速的效果。

3）简单的实例

　　假设页面中有一个表单，表单中包含两个文本框，可分别输入姓名和手机。下面会采用定时器，在延迟几秒后分别输入值，并且在当前页面的底部添加沙盒，直接查看回放，效果如下图所示。

const video = new JSVideo(),
  input = document.querySelector("[name=name]"),
  mobile = document.querySelector("[name=mobile]");
//修改placeholder属性
setTimeout(function() {
  input.setAttribute("placeholder", "name");
}, 1000);
//修改姓名的value值
setTimeout(function() {
  input.value = "Strick";
}, 3000);
//修改手机的value值
setTimeout(function() {
  mobile.value = "13800138000";
}, 4000);
//在iframe中回放
setTimeout(function() {
  video.createIframe();
}, 5000);

GitHub地址如下所示：

https://github.com/pwstrick/jsvideo

参考资料：

rrweb：打开Web页面录制与回放的黑盒子

MutationObserver

MutationRecord

reworkcss/css

基于rrweb录屏与重放页面

rrweb 底层设计简要总结

rrweb源码解析1

了解HTML5中的MutationObserver