自定义元素：在 HTML 中定义新元素

Question

现在的 web 严重缺乏表达能力。你只要瞧一眼 现代 的 web 应用，比如 GMail，就会明白我的意思：

现代 web 应用：使用 <div> 堆砌而成。

堆砌 <div> 一点都不现代。然而可悲的是，这就是我们构建 web 应用的方式。在现有基础上我们不应该有更高的追求吗？

时髦的标记，行动起来！

HTML 为我们提供了一个完美的文档组织工具，然而 HTML 规范定义的元素却很有限。

假如 GMail 的标记不那么糟糕，而是像下面这样漂亮，那会怎样？

<hangout-module>
  <hangout-chat from="Paul, Addy">
    <hangout-discussion>
      <hangout-message from="Paul" profile="profile.png"
          profile="118075919496626375791" datetime="2013-07-17T12:02">
        <p>Feelin' this Web Components thing.</p>
        <p>Heard of it?</p>
      </hangout-message>
    </hangout-discussion>
  </hangout-chat>
  <hangout-chat>...</hangout-chat>
</hangout-module>

真是令人耳目一新！这个应用太合理了，既有意义，又容易理解。最妙的是，它是可维护的，只要查看声明结构就可以清楚地知道它的作用。

赶紧开始吧

自定义元素
允许开发者定义新的 HTML 元素类型。该规范只是 Web 组件模块提供的众多新 API 中的一个，但它也很可能是最重要的一个。没有自定义元素带来的以下特性，Web 组件都不会存在：

1. 定义新的 HTML/DOM 元素
2. 基于其他元素创建扩展元素
3. 给一个标签绑定一组自定义功能
4. 扩展已有 DOM 元素的 API

注册新元素

使用 document.registerElement() 可以创建一个自定义元素：

var XFoo = document.registerElement('x-foo');
document.body.appendChild(new XFoo());

document.registerElement() 的第一个参数是元素的标签名。这个标签名必须包括一个连字符（-）。因此，诸如 <x-tags>、<my-element> 和 <my-awesome-app> 都是合法的标签名，而 <tabs> 和 <foo_bar> 则不是。这个限定使解析器能很容易地区分自定义元素和 HTML 规范定义的元素，同时确保了 HTML 增加新标签时的向前兼容。

第二个参数是一个（可选的）对象，用于描述该元素的 prototype。在这里可以为元素添加自定义功能（例如：公开属性和方法）。稍后详述。

自定义元素默认继承自 HTMLElement，因此上一个示例等同于：

var XFoo = document.registerElement('x-foo', {
  prototype: Object.create(HTMLElement.prototype)
});

调用 document.registerElement('x-foo') 向浏览器注册了这个新元素，并返回一个可以用来创建 <x-foo> 元素实例的构造器。如果你不想使用构造器，也可以使用其他实例化元素的技术。

如果你不希望在 window 全局对象中创建元素构造器，还可以把它放进命名空间（var myapp = {}; myapp.XFoo = document.registerElement('x-foo');）。

扩展原生元素

假设平淡无奇的原生 <button> 元素不能满足你的需求，你想将其增强为一个“超级按钮”，可以通过创建一个继承 HTMLButtonElement.prototype 的新元素，来扩展 <button> 元素：

var MegaButton = document.registerElement('mega-button', {
  prototype: Object.create(HTMLButtonElement.prototype)
});

要创建扩展自元素 B 的元素 A，元素 A 必须继承元素 B 的 prototype。

这类自定义元素被称为类型扩展自定义元素。它们以继承某个特定 HTMLElement 的方式表达了“元素 X 是一个 Y”。

示例：

<button is="mega-button">

元素如何提升

你有没有想过为什么 HTML 解析器对非标准标签不报错？比如，我们在页面中声明一个 <randomtag>，一切都很和谐。根据 HTML 规范的表述：

非规范定义的元素必须使用 HTMLUnknownElement 接口。--HTML 规范

<randomtag> 是非标准的，它会继承 HTMLUnknownElement。

对自定义元素来说，情况就不一样了。拥有合法元素名的自定义元素将继承 HTMLElement。你可以按 Ctrl+Shift+J（Mac 系统为 Cmd+Opt+J）打开控制台，运行下面这段代码，得到的结果将是 true：

// “tabs”不是一个合法的自定义元素名
document.createElement('tabs').__proto__ === HTMLUnknownElement.prototype

// “x-tabs”是一个合法的自定义元素名
document.createElement('x-tabs').__proto__ == HTMLElement.prototype

在不支持 document.registerElement() 的浏览器中，<x-tabs> 仍为 HTMLUnknownElement。

Unresolved 元素

由于自定义元素是通过脚本执行 document.registerElement() 注册的，因此 它们可能在元素定义被注册到浏览器之前就已经声明或创建过了。例如：你可以先在页面中声明 <x-tabs>，以后再调用 document.registerElement('x-tabs')。

在被提升到其定义之前，这些元素被称为 unresolved 元素。它们是拥有合法自定义元素名的 HTML 元素，只是还没有注册成为自定义元素。

下面这个表格看起来更直观一些：

类型	继承自	示例
unresolved 元素	HTMLElement	<x-tabs>、<my-element>、<my-awesome-app>
未知元素	HTMLUnknownElement	<tabs>、<foo_bar>

把 unresolved 元素想象成尚处于中间状态，它们都是等待被浏览器提升的潜在候选者。浏览器说：“你具备一个新元素的全部特征，我保证会在赋予你定义的时候将你提升为一个元素”。

实例化元素

我们创建普通元素用到的一些技术也可以用于自定义元素。和所有标准定义的元素一样，自定义元素既可以在 HTML 中声明，也可以通过 JavaScript 在 DOM 中创建。

实例化自定义标签

声明元素：

<x-foo></x-foo>

在 JS 中创建 DOM：

var xFoo = document.createElement('x-foo');
xFoo.addEventListener('click', function(e) {
  alert('Thanks!');
});

使用 new 操作符：

var xFoo = new XFoo();
document.body.appendChild(xFoo);

实例化类型扩展元素

实例化类型扩展自定义元素的方法和自定义标签惊人地相似。

声明元素：

<!-- <button> “是一个”超级按钮 -->
<button is="mega-button">

在 JS 中创建 DOM：

var megaButton = document.createElement('button', 'mega-button');
// megaButton instanceof MegaButton === true

看，这是接收第二个参数为 is="" 属性的 document.createElement() 重载版本。

使用 new 操作符：

var megaButton = new MegaButton();
document.body.appendChild(megaButton);

现在，我们已经学习了如何使用 document.registerElement() 来向浏览器注册一个新标签。但这还不够，接下来我们要向新标签添加属性和方法。

添加 JS 属性和方法

自定义元素最强大的地方在于，你可以在元素定义中加入属性和方法，给元素绑定特定的功能。你可以把它想象成一种给你的元素创建公开 API 的方法。

这里有一个完整的示例：

var XFooProto = Object.create(HTMLElement.prototype);

// 1. 为 x-foo 创建 foo() 方法
XFooProto.foo = function() {
  alert('foo() called');
};

// 2. 定义一个只读的“bar”属性
Object.defineProperty(XFooProto, "bar", {value: 5});

// 3. 注册 x-foo 的定义
var XFoo = document.registerElement('x-foo', {prototype: XFooProto});

// 4. 创建一个 x-foo 实例
var xfoo = document.createElement('x-foo');

// 5. 插入页面
document.body.appendChild(xfoo);

构造 prototype 的方法多种多样，如果你不喜欢上面这种方式，再看一个更简洁的例子：

var XFoo = document.registerElement('x-foo', {
  prototype: Object.create(HTMLElement.prototype, {
    bar: {
      get: function() { return 5; }
    },
    foo: {
      value: function() {
        alert('foo() called');
      }
    }
  })
});

以上两种方式，第一种使用了 ES5 的 Object.defineProperty，第二种则使用了 get/set。

生命周期回调方法

元素可以定义特殊的方法，来注入其生存期内关键的时间点。这些方法各自有特定的名称和用途，它们被恰如其分地命名为生命周期回调：

回调名称	调用时间点
createdCallback	创建元素实例
attachedCallback	向文档插入实例
detachedCallback	从文档中移除实例
attributeChangedCallback(attrName, oldVal, newVal)	添加，移除，或修改一个属性

示例：为 <x-foo> 定义 createdCallback() 和 attachedCallback()：

var proto = Object.create(HTMLElement.prototype);

proto.createdCallback = function() {...};
proto.attachedCallback = function() {...};

var XFoo = document.registerElement('x-foo', {prototype: proto});

所有生命周期回调都是可选的，你可以只在需要关注的时间点定义它们。例如：假设你有一个很复杂的元素，它会在 createdCallback() 打开一个 IndexedDB 连接。在将其从 DOM 移除时，detachedCallback() 会做一些必要的清理工作。注意：不要过于依赖这些生命周期方法（比如用户直接关闭浏览器标签），仅将其作为可能的优化点。

另一个生命周期回调的例子是为元素设置默认的事件监听器：

proto.createdCallback = function() {
  this.addEventListener('click', function(e) {
    alert('Thanks!');
  });
};

如果你的元素太笨重，是不会有人用它的。生命周期回调可以帮你大忙！

添加标记

我们已经创建好 <x-foo> 并添加了 JavaScript API，但它还没有任何内容。不如我们给点 HTML 让它渲染？

生命周期回调在这个时候就派上用场了。我们甚至可以用 createdCallback() 给一个元素赋予一些默认的 HTML：

var XFooProto = Object.create(HTMLElement.prototype);

XFooProto.createdCallback = function() {
  this.innerHTML = "<b>I'm an x-foo-with-markup!</b>";
};

var XFoo = document.registerElement('x-foo-with-markup', {prototype: XFooProto});

 

实例化这个标签并在 DevTools 中观察（右击，选择“审查元素”），可以看到如下结构：

▾<x-foo-with-markup>
   <b>I'm an x-foo-with-markup!</b>
 </x-foo-with-markup>

用 Shadow DOM 封装内部实现

Shadow DOM 本身是一个封装内容的强大工具，配合使用自定义元素就更神奇了！

Shadow DOM 为自定义元素提供了：

1. 一种隐藏内部实现的方法，从而将用户与血淋淋的实现细节隔离开。
2. 简单有效的样式隔离。

从 Shadow DOM 创建元素，跟创建一个渲染基础标记的元素非常类似，区别在于 createdCallback() 回调：

var XFooProto = Object.create(HTMLElement.prototype);

XFooProto.createdCallback = function() {
  // 1. 为元素附加一个 shadow root。
  var shadow = this.createShadowRoot();

  // 2. 填入标记。
  shadow.innerHTML = "<b>I'm in the element's Shadow DOM!</b>";
};

var XFoo = document.registerElement('x-foo-shadowdom', {prototype: XFooProto});

 

我们并没有直接设置 <x-foo-shadowdom> 的 innerHTML，而是为其创建了一个用于填充标记的 Shadow Root。在 DevTools 设置中勾选“Show Shadow DOM”，你就会看到一个可以展开的 #shadow-root：

▾<x-foo-shadowdom>
   ▾#shadow-root
     <b>I'm in the element's Shadow DOM!</b>
 </x-foo-shadowdom>

这就是 Shadow Root！

从模板创建元素

HTML 模板是另一组跟自定义元素完美融合的新 API。

<template> 元素可用于声明 DOM 片段。它们可以被解析并在页面加载后插入，以及延迟到运行时才进行实例化。模板是声明自定义元素结构的理想方案。

示例：注册一个由 <template> 和 Shadow DOM 创建的元素：

<template>
  <style>
    p { color: orange; }
  </style>
  <p>I'm in Shadow DOM. My markup was stamped from a <template>.</p>
</template>

<script>
var proto = Object.create(HTMLElement.prototype, {
  createdCallback: {
    value: function() {
      var t = document.querySelector('#sdtemplate');
      var clone = document.importNode(t.content, true);
      this.createShadowRoot().appendChild(clone);
    }
  }
});
document.registerElement('x-foo-from-template', {prototype: proto});
</script>

短短几行做了很多事情，我们挨个来看都发生了些什么：

1. 我们在 HTML 中注册了一个新元素：<x-foo-from-template>
2. 这个元素的 DOM 是从一个 <template> 创建的
3. Shadow DOM 隐藏了该元素可怕的细节
4. Shadow DOM 也对元素的样式进行了隔离（比如 p {color: orange;} 不会把整个页面都搞成橙色）

为自定义元素增加样式

和其他 HTML 标签一样，自定义元素也可以用选择器定义样式：

<style>
  app-panel {
    display: flex;
  }
  [is="x-item"] {
    transition: opacity 400ms ease-in-out;
    opacity: 0.3;
    flex: 1;
    text-align: center;
    border-radius: 50%;
  }
  [is="x-item"]:hover {
    opacity: 1.0;
    background: rgb(255, 0, 255);
    color: white;
  }
  app-panel > [is="x-item"] {
    padding: 5px;
    list-style: none;
    margin: 0 7px;
  }
</style>

<app-panel>
  <li is="x-item">Do</li>
  <li is="x-item">Re</li>
  <li is="x-item">Mi</li>
</app-panel>

• Do
• Re
• Mi

为使用 Shadow DOM 的元素增加样式

有了 Shadow DOM 场面就热闹得多了，它可以极大增强自定义元素的能力。

Shadow DOM 为元素增加了样式封装的特性。Shadow Root 中定义的样式不会暴露到宿主外部或对页面产生影响。对自定义元素来说，元素本身就是宿主。样式封装的属性也使得自定义元素能够为自己定义默认样式。

Shadow DOM 的样式是一个很大的话题！如果你想更多地了解它，推荐你阅读我写的其他文章：

• Polymer 文档：《元素样式指南》。
• 发表于 html5rocks.com 的《Shadow DOM 201：CSS 和样式》。

使用 :unresolved 伪类避免无样式内容闪烁（FOUC）

为了缓解无样式内容闪烁的影响，自定义元素规范提出了一个新的 CSS 伪类 :unresolved。在浏览器调用你的 createdCallback()（见生命周期回调方法一节）之前，这个伪类都可以匹配到 unresolved 元素。一旦产生调用，就意味着元素已经完成提升，成为它被定义的形态，该元素就不再是一个 unresolved 元素了。

Chrome 29 已经原生支持 CSS :unresolved 伪类。

示例：注册后渐显的 <x-foo> 标签：

<style>
  x-foo {
    opacity: 1;
    transition: opacity 300ms;
  }
  x-foo:unresolved {
    opacity: 0;
  }
</style>

请记住 :unresolved 伪类只能用于 unresolved 元素，而不能用于继承自 HTMLUnkownElement 的元素（见元素如何提升一节）。

<style>
  /* 给所有 unresolved 元素添加边框 */
  :unresolved {
    border: 1px dashed red;
    display: inline-block;
  }
  /* unresolved 元素 x-panel 的文本内容为红色 */
  x-panel:unresolved {
    color: red;
  }
  /* 定义注册后的 x-panel 文本内容为绿色 */
  x-panel {
    color: green;
    display: block;
    padding: 5px;
    display: block;
  }
</style>

<panel>
  I'm black because :unresolved doesn't apply to "panel".
  It's not a valid custom element name.
</panel>

<x-panel>I'm red because I match x-panel:unresolved.</x-panel>

I'm black because :unresolved doesn't apply to "panel". It's not a valid custom element name.I'm red because I match x-panel:unresolved.

了解更多 :unresolved 伪类的知识，请看 Polymer 文档《元素样式指南》。

历史和浏览器支持

特性检测

特性检测就是检查 document.registerElement() 是否存在：

function supportsCustomElements() {
  return 'registerElement' in document;
}

if (supportsCustomElements()) {
  // Good to go!
} else {
  // Use other libraries to create components.
}

浏览器支持

Chrome 27 和 Firefox 23 都提供了对 document.registerElement() 的支持，不过之后规范又有一些演化。Chrome 31 将是第一个真正支持新规范的版本。

在 Chrome 31 中使用自定义元素，需要开启 about:flags 中的“实验性 web 平台特性（Experimental Web Platform features）”选项。

在浏览器支持稳定之前，也有一些很好的兼容方案：

• Google 的 Polymer 集成了一个兼容方案
• Mozilla 的 x-tags

HTMLElementElement 怎么了？

一直关注标准的人都知道曾经有一个 <element> 标签。它非常好用，你只要像下面这样就可以声明式地注册一个新元素：

<element name="my-element">
  ...
</element>

然而很不幸，在它的提升过程、边界案例，以及末日般的复杂场景中，需要处理大量的时序问题。<element> 因此被迫搁置。2013 年 8 月，Dimitri Glazkov 在 public-webapps 邮件组中宣告移除 <element>。

值得注意的是，Polymer 实现了以 <polymer-element> 的形式声明式地注册元素。这是怎么做到的？它用的正是 document.registerElement('polymer-element') 以及我在从模板创建元素一节介绍的技术。

结语

自定义元素为我们提供了一个工具，通过它我们可以扩展 HTML 的词汇，赋予它新的特性，并把不同的 web 平台连接在一起。结合其他新的基本平台，如 Shadow DOM 和 <template>，我们领略了 web 组件的宏伟蓝图。标记语言将再次变得很时髦！

如果你对使用 web 组件感兴趣，建议你看看 Polymer，就它已经够你玩的了。