前端JS沙箱实现方案：从iframe到Proxy多实例解析
本文深入解析前端微前端架构中JS沙箱的几种核心实现方式。首先介绍利用iframe天然隔离特性的方案，其次探讨不支持Proxy时的Diff快照机制，重点分析基于ES6 Proxy的单实例与多实例沙箱实现原理及代码示例，对比各方案在全局变量隔离、路由处理及多应用共存方面的优劣，为生产环境选型提供参考。
前言
在微前端架构中，JS沙箱机制至关重要。例如，single-spa框架未内置JS沙箱，构建大型微前端应用时极易引发变量冲突，给系统稳定性带来巨大风险。微前端场景下，document、location等全局对象需在各子应用间共享。由于子应用常由不同团队开发，难以强制约束全局变量的使用。此外，部分页面可能同时运行多个子应用，这就要求沙箱机制具备加载、卸载及状态恢复的能力，并支持多沙箱共存。
iframe实现沙箱
前端HTML中的iframe标签提供了一种有效的隔离手段。通过iframe对象，我们可以利用contentWindow获取原生浏览器对象，该对象天然具备所有属性，且与主应用环境完全隔离。具体实现代码如下：
let iframe = document.createElement('iframe',{src:'about:blank'});
document.body.appendChild(iframe);
const sandboxGlobal = iframe.contentWindow;
注意：仅同域iframe可获取对应的contentWindow。将iframe的src设置为about:blank可确保同域，且避免资源加载，具体参考iframe src相关文档。
前言中提到，微前端除了需要隔离的window环境外，还需共享部分全局对象。此时可借助代理（Proxy）技术实现共享。具体代码实现如下：
class SandboxWindow {
/**
* 构造函数
* @param {*} context 需要共享的对象
* @param {*} frameWindow iframe的window
*/
constructor(context, frameWindow) {
return new Proxy(frameWindow, {
get(target, name) {
if (name in context) { // 优先使用共享对象
return context[name];
}
return target[name];
},
set(target, name, value) {
if (name in context) { // 修改共享对象的值
return context[name] = value;
}
target[name] = value;
}
})
}
}
// 需要全局共享的变量
const context = { document:window.document, history: window.history }
// 创建沙箱
const newSandboxWindow = new SandboxWindow(context, sandboxGlobal);
// 判断沙箱上的对象和全局对象是否相等
console.log('equal',newSandboxWindow.document === window.document)
newSandboxWindow.abc = '1'; //在沙箱上添加属性
console.log(window.abc); // 在全局上查看属性
console.log(newSandboxWindow.abc) //在沙箱上查看属性
运行上述代码，观察执行结果。
通过上述iframe沙箱方案，可实现以下特性：
- 全局变量隔离，例如setTimeout、location及不同版本的React可相互隔离。
- 路由隔离，应用既可实现独立路由，也可共享全局路由。
- 支持多实例，允许同时运行多个独立的微应用。
diff方式实现沙箱
在不支持Proxy的浏览器环境中，可通过Diff方式实现沙箱。应用运行时保存window对象的快照，将当前window的所有属性复制至快照对象。子应用卸载时，对window对象修改进行Diff计算，将差异属性存入modifyMap。再次挂载时，将这些修改的属性重新应用至window。具体代码如下：
class DiffSandbox {
constructor(name) {
this.name = name;
this.modifyMap = {}; // 存放修改的属性
this.windowSnapshot = {};
}
active() {
// 缓存active状态的沙箱
this.windowSnapshot = {};
for (const item in window) {
this.windowSnapshot[item] = window[item];
}
Object.keys(this.modifyMap).forEach(p => {
window[p] = this.modifyMap[p];
})
}
inactive() {
for (const item in window) {
if (this.windowSnapshot[item] !== window[item]) {
// 记录变更
this.modifyMap[item] = window[item];
// 还原window
window[item] = this.windowSnapshot[item];
}
}
}
}
const diffSandbox = new DiffSandbox('diff沙箱');
diffSandbox.active(); // 激活沙箱
window.a = '1'
console.log('开启沙箱：',window.a);
diffSandbox.inactive(); //失活沙箱
console.log('失活沙箱：', window.a);
diffSandbox.active(); // 重新激活
console.log('再次激活', window.a);运行代码，查看实际输出结果。
该方案不支持多实例，因为运行期间所有属性均直接保存在window对象上，无法实现真正的隔离。
基于代理(Proxy)实现单实例沙箱
在ES6环境中，可利用Proxy对象劫持window对象的修改。基本逻辑是记录window对象的变更，在卸载时删除这些记录，在应用再次激活时恢复记录，从而模拟沙箱环境。具体代码如下：
// 修改window属性的公共方法
const updateWindowProp = (prop, value, isDel) => {
if (value === undefined || isDel) {
delete window[prop];
} else {
window[prop] = value;
}
}
class ProxySandbox {
active() {
// 根据记录还原沙箱
this.currentUpdatedPropsValueMap.forEach((v, p) => updateWindowProp(p, v));
}
inactive() {
// 1 将沙箱期间修改的属性还原为原先的属性
this.modifiedPropsMap.forEach((v, p) => updateWindowProp(p, v));
// 2 将沙箱期间新增的全局变量消除
this.addedPropsMap.forEach((_, p) => updateWindowProp(p, undefined, true));
}
constructor(name) {
this.name = name;
this.proxy = null;
// 存放新增的全局变量
this.addedPropsMap = new Map();
// 存放沙箱期间更新的全局变量
this.modifiedPropsMap = new Map();
// 存在新增和修改的全局变量，在沙箱激活的时候使用
this.currentUpdatedPropsValueMap = new Map();
const { addedPropsMap, currentUpdatedPropsValueMap, modifiedPropsMap } = this;
const fakeWindow = Object.create(null);
const proxy = new Proxy(fakeWindow, {
set(target, prop, value) {
if (!window.hasOwnProperty(prop)) {
// 如果window上没有的属性，记录到新增属性里
// debugger;
addedPropsMap.set(prop, value);
} else if (!modifiedPropsMap.has(prop)) {
// 如果当前window对象有该属性，且未更新过，则记录该属性在window上的初始值
const originalValue = window[prop];
modifiedPropsMap.set(prop, originalValue);
}
// 记录修改属性以及修改后的值
currentUpdatedPropsValueMap.set(prop, value);
// 设置值到全局window上
updateWindowProp(prop, value);
return true;
},
get(target, prop) {
return window[prop];
},
});
this.proxy = proxy;
}
}
const newSandBox = new ProxySandbox('代理沙箱');
const proxyWindow = newSandBox.proxy;
proxyWindow.a = '1'
console.log('开启沙箱：', proxyWindow.a, window.a);
newSandBox.inactive(); //失活沙箱
console.log('失活沙箱：', proxyWindow.a, window.a);
newSandBox.active(); //失活沙箱
console.log('重新激活沙箱：', proxyWindow.a, window.a);运行代码，观察执行结果。
此方案同一时刻仅能激活一个沙箱。若同时激活多个，全局对象上的变量会被多个沙箱更新，导致全局变量冲突。
基于代理(Proxy)实现多实例沙箱
在单实例场景中，fakeWindow为空对象，不具备存储变量的功能，微应用创建的变量最终均挂载在window上，这限制了同一时刻只能有一个激活的微应用。
class MultipleProxySandbox {
active() {
this.sandboxRunning = true;
}
inactive() {
this.sandboxRunning = false;
}
/**
* 构造函数
* @param {*} name 沙箱名称
* @param {*} context 共享的上下文
* @returns
*/
constructor(name, context = {}) {
this.name = name;
this.proxy = null;
const fakeWindow = Object.create({});
const proxy = new Proxy(fakeWindow, {
set: (target, name, value) => {
if (this.sandboxRunning) {
if (Object.keys(context).includes(name)) {
context[name] = value;
}
target[name] = value;
}
},
get: (target, name) => {
// 优先使用共享对象
if (Object.keys(context).includes(name)) {
return context[name];
}
return target[name];
}
})
this.proxy = proxy;
}
}
const context = { document: window.document };
const newSandBox1 = new MultipleProxySandbox('代理沙箱1', context);
newSandBox1.active();
const proxyWindow1 = newSandBox1.proxy;
const newSandBox2 = new MultipleProxySandbox('代理沙箱2', context);
newSandBox2.active();
const proxyWindow2 = newSandBox2.proxy;
console.log('共享对象是否相等', window.document === proxyWindow1.document, window.document === proxyWindow2.document);
proxyWindow1.a = '1'; // 设置代理1的值
proxyWindow2.a = '2'; // 设置代理2的值
window.a = '3'; // 设置window的值
console.log('打印输出的值', proxyWindow1.a, proxyWindow2.a, window.a);
newSandBox1.inactive(); newSandBox2.inactive(); // 两个沙箱都失活
proxyWindow1.a = '4'; // 设置代理1的值
proxyWindow2.a = '4'; // 设置代理2的值
window.a = '4'; // 设置window的值
console.log('失活后打印输出的值', proxyWindow1.a, proxyWindow2.a, window.a);
newSandBox1.active(); newSandBox2.active(); // 再次激活
proxyWindow1.a = '4'; // 设置代理1的值
proxyWindow2.a = '4'; // 设置代理2的值
window.a = '4'; // 设置window的值
console.log('失活后打印输出的值', proxyWindow1.a, proxyWindow2.a, window.a);
运行代码，观察结果如下：
此方案支持同一时刻激活多个沙箱，从而实现了多实例沙箱的功能。
结束语
以上为微前端中常用的沙箱实现方式。若要在生产环境中使用，需进行大量判断与约束。下篇文章将深入源码，解析微前端框架qiankun的沙箱实现机制。上述示例代码已上传至github，仓库名为js-sandbox，欢迎查阅。
参考
iframe src ES6 Proxy
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