解密 Puppeteer 源码中的神秘函数：`__classPrivateFieldSet`

由于目前负责UI自动化测试平台，该平台PC端是使用nodejs驱动puppeteer实现。最近在阅读 Puppeteer 源码时，我遇到了一个神秘函数 __classPrivateFieldSet，这引发了我的好奇心。今天，让我们一起揭开它的面纱，探索现代 JavaScript 中私有字段的实现机制。

初遇神秘函数

在阅读 Puppeteer 的源代码时，我多次遇到了这样的代码片段：

__classPrivateFieldSet(this, _CDPSession_session, session, "f");

这个 __classPrivateFieldSet 函数是什么？为什么在源码中频繁出现？带着这些问题，我开始了探索之旅。

__classPrivateFieldSet 是什么？

简单来说，__classPrivateFieldSet 是 TypeScript 编译器生成的辅助函数，用于安全地设置类私有字段的值 。它是 TypeScript 实现类私有字段（以 # 前缀标识）的底层机制之一。

为什么需要这个函数？

在 ES2019 之前，JavaScript 没有真正的类私有字段。开发者通常使用以下方法模拟私有性：

1. 命名约定 ：在字段名前加下划线（如 _privateField）
2. 闭包：在构造函数中创建变量
3. Symbol：使用唯一符号作为属性键

但这些方法都存在缺陷------它们不是真正的私有，只是约定俗成或难以访问。ES2019 引入了真正的私有字段语法：

class MyClass {
  #privateField = 0; // 真正的私有字段
  
  increment() {
    this.#privateField++;
  }
}

为了在旧版 JavaScript 引擎中支持这一特性，TypeScript 需要将其转换为兼容代码，于是 __classPrivateFieldSet 应运而生。

代码示例：从原始语法到编译结果

让我们通过一个简单示例，看看 TypeScript 如何编译私有字段：

TypeScript 源代码:

class SecureCounter {
  #count = 0; // 私有字段
  
  increment() {
    this.#count++;
  }
  
  get value() {
    return this.#count;
  }
}

TypeScript 编译后的 JavaScript:

"use strict";
var __classPrivateFieldSet = // 复杂的实现...

class SecureCounter {
  constructor() {
    _count.set(this, 0);
  }
  
  increment() {
    __classPrivateFieldSet(this, _count, 
      __classPrivateFieldGet(this, _count) + 1);
  }
  
  get value() {
    return __classPrivateFieldGet(this, _count);
  }
}

const _count = new WeakMap();

工作原理揭秘

1. WeakMap 存储私有字段

TypeScript 使用 WeakMap 来存储每个实例的私有字段值：

const _count = new WeakMap();

WeakMap 的键是对象实例，值是该实例的私有字段值。当实例被垃圾回收时，WeakMap 中的对应条目也会自动清除。

2. __classPrivateFieldSet 的核心作用

这个函数的核心功能是：

1. 验证操作是否在正确的实例上执行
2. 安全地设置私有字段的值

我们可以实现一个简化版本：

function customClassPrivateFieldSet(instance, privateMap, value) {
  // 确保操作的是有效的实例
  if (!privateMap.has(instance)) {
    throw new TypeError("Cannot set private field on non-instance");
  }
  
  // 设置私有字段的值
  privateMap.set(instance, value);
  
  return value;
}

3. 真正的实现细节

实际的 __classPrivateFieldSet 实现更复杂，包含类型检查和优化：

var __classPrivateFieldSet = (this && this.__classPrivateFieldSet) || function(receiver, privateMap, value) {
  if (!privateMap.has(receiver)) {
    throw new TypeError("attempted to set private field on non-instance");
  }
  var descriptor = privateMap.get(receiver);
  if (descriptor.set) {
    descriptor.set.call(receiver, value);
  } else {
    if (!descriptor.writable) {
      throw new TypeError("attempted to set read only private field");
    }
    descriptor.value = value;
  }
  return value;
};

为什么需要这种机制？

1. 真正的私有性：外部代码无法直接访问或修改私有字段

   const counter = new SecureCounter();
   console.log(counter.#count); // 语法错误！

2. 跨环境兼容：支持旧版 JavaScript 引擎

3. 避免命名冲突：不同类的私有字段互不影响

4. 安全封装：防止外部代码意外修改内部状态

实际应用场景

场景 1：保护敏感数据

class AuthService {
  #apiKey; // 敏感数据
  
  constructor(apiKey) {
    this.#apiKey = apiKey;
  }
  
  authenticate() {
    // 使用 #apiKey 进行认证
  }
}

// 外部无法访问或修改 apiKey
const auth = new AuthService('secret-key');
auth.#apiKey = 'hacked'; // 错误！

场景 2：维护内部状态一致性

class BankAccount {
  #balance = 0;
  
  deposit(amount) {
    if (amount <= 0) throw new Error("无效金额");
    this.#balance += amount;
  }
  
  withdraw(amount) {
    if (amount > this.#balance) throw new Error("余额不足");
    this.#balance -= amount;
  }
}

// 外部无法直接修改余额
const account = new BankAccount();
account.#balance = 1000000; // 无效操作！

场景 3：实现内部缓存机制

class DataLoader {
  #cache = new Map();
  
  async loadData(url) {
    if (this.#cache.has(url)) {
      return this.#cache.get(url);
    }
    
    const data = await fetch(url).then(r => r.json());
    this.#cache.set(url, data);
    return data;
  }
}

现代 JavaScript 中的原生私有字段

在现代浏览器和 Node.js 环境中，你可以直接使用原生私有字段语法：

class NativeExample {
  #privateData = "敏感信息";
  
  showData() {
    console.log(this.#privateData);
  }
}

const example = new NativeExample();
example.showData(); // "敏感信息"
console.log(example.#privateData); // SyntaxError: Private field must be declared in an enclosing class

原生私有字段的优势：

1. 更好的性能：不需要 WeakMap 的额外开销
2. 更简洁的代码：不需要编译生成的辅助函数
3. 更强的封装：语言级别的私有性保证

总结与思考

通过探索 __classPrivateFieldSet，我们深入了解了：

1. TypeScript 如何实现类私有字段
2. WeakMap 在保护私有数据中的作用
3. 编译生成的辅助函数如何确保操作安全
4. 私有字段在现代 JavaScript 中的重要性

在软件工程中，良好的封装不是限制，而是解放 。__classPrivateFieldSet 及其代表的私有字段机制，让开发者能够创建更健壮、更安全的代码结构。下次当你在源码中看到这个函数时，希望你能会心一笑------你现在知道了它的秘密！

在 Puppeteer 这样的大型项目中，这种封装机制尤为重要。它确保了复杂内部状态的安全性，让库开发者能够专注于提供强大而稳定的 API，而不必担心用户代码意外破坏内部状态。

真正的工程艺术，往往隐藏在那些看不见的细节之中。