从零设计一个Vue路由系统：揭秘SPA导航的核心原理

北辰alk2026-01-02 11:40

想深入理解Vue路由？自己动手实现一个！本文将带你从零设计完整的路由系统，彻底掌握前端路由的核心原理。

前言：为什么需要前端路由？

在传统的多页面应用中，每次页面跳转都需要向服务器请求新页面，用户体验存在明显的中断感。而现代单页面应用（SPA）使用前端路由，实现了无刷新页面切换，大大提升了用户体验。

今天，我们就来亲手实现一个完整的Vue路由系统，深入理解其工作原理！

一、路由系统核心概念

1.1 路由系统三大核心

  • 路由器（Router）：管理所有路由规则和状态
  • 路由表（Routes）：定义路径与组件的映射关系
  • 路由视图（RouterView）：动态渲染匹配的组件

1.2 两种路由模式

bash 复制代码 
Hash模式：使用URL的hash部分（#后的内容）
  示例：http://example.com/#/home
  优点：兼容性好，无需服务器配置
  
History模式：使用HTML5 History API
  示例：http://example.com/home
  优点：URL更美观，更符合传统URL习惯

二、路由系统架构设计

2.1 系统架构图

graph TD A[URL变化] --> B{路由模式} B -->|Hash模式| C[监听hashchange事件] B -->|History模式| D[监听popstate事件] C --> E[解析当前路径] D --> E E --> F[匹配路由规则] F --> G[执行导航守卫] G --> H[更新路由状态] H --> I[渲染对应组件] I --> J[RouterView更新]

2.2 核心类设计

javascript 复制代码 
class VueRouter {
  constructor(options) {
    this.mode = options.mode || 'hash'
    this.routes = options.routes || []
    this.current = { path: '/', matched: [] }
    this.routeMap = this.createRouteMap()
    this.init()
  }
}

三、完整实现步骤

3.1 创建路由映射表

javascript 复制代码 
class VueRouter {
  constructor(options) {
    this.options = options
    this.routeMap = {}
    this.current = {
      path: '/',
      query: {},
      params: {},
      fullPath: '/',
      matched: []
    }
    
    // 创建路由映射表
    this.createRouteMap(options.routes || [])
    
    // 初始化路由
    this.init()
  }
  
  createRouteMap(routes, parentPath = '') {
    routes.forEach(route => {
      const record = {
        path: parentPath + route.path,
        component: route.component,
        parent: parentPath,
        meta: route.meta || {}
      }
      
      // 存储路由记录
      const normalizedPath = this.normalizePath(record.path)
      this.routeMap[normalizedPath] = record
      
      // 递归处理嵌套路由
      if (route.children) {
        this.createRouteMap(route.children, record.path + '/')
      }
    })
  }
  
  normalizePath(path) {
    // 处理路径格式：确保以/开头，不以/结尾（除了根路径）
    let normalized = path.replace(/\/+$/, '') || '/'
    if (!normalized.startsWith('/')) {
      normalized = '/' + normalized
    }
    return normalized
  }
}

3.2 实现路由模式

javascript 复制代码 
class VueRouter {
  init() {
    if (this.options.mode === 'history') {
      this.initHistoryMode()
    } else {
      this.initHashMode()
    }
  }
  
  initHashMode() {
    // 确保hash以/#/开头
    if (!location.hash) {
      location.hash = '/'
    }
    
    // 初始加载
    window.addEventListener('load', () => {
      this.transitionTo(this.getHash())
    })
    
    // 监听hash变化
    window.addEventListener('hashchange', () => {
      this.transitionTo(this.getHash())
    })
  }
  
  initHistoryMode() {
    // 初始加载
    window.addEventListener('load', () => {
      this.transitionTo(this.getPath())
    })
    
    // 监听popstate事件（浏览器前进后退）
    window.addEventListener('popstate', () => {
      this.transitionTo(this.getPath())
    })
  }
  
  getHash() {
    const hash = location.hash.slice(1)
    return hash || '/'
  }
  
  getPath() {
    const path = location.pathname + location.search
    return path || '/'
  }
}

3.3 实现路由匹配算法

javascript 复制代码 
class VueRouter {
  match(path) {
    const matched = []
    const params = {}
    
    // 查找匹配的路由记录
    let routeRecord = this.findRouteRecord(path)
    
    // 收集所有匹配的路由记录（包括父路由）
    while (routeRecord) {
      matched.unshift(routeRecord)
      routeRecord = this.routeMap[routeRecord.parent] || null
    }
    
    // 解析路径参数（动态路由）
    if (path.includes(':')) {
      this.extractParams(path, matched[matched.length - 1], params)
    }
    
    // 解析查询参数
    const query = this.extractQuery(path)
    
    return {
      path: this.normalizePath(path.split('?')[0]),
      fullPath: path,
      matched,
      params,
      query
    }
  }
  
  findRouteRecord(path) {
    const pathWithoutQuery = path.split('?')[0]
    const normalizedPath = this.normalizePath(pathWithoutQuery)
    
    // 精确匹配
    if (this.routeMap[normalizedPath]) {
      return this.routeMap[normalizedPath]
    }
    
    // 动态路由匹配（如 /user/:id）
    for (const routePath in this.routeMap) {
      if (this.isDynamicRoute(routePath)) {
        const pattern = this.pathToRegexp(routePath)
        if (pattern.test(normalizedPath)) {
          return this.routeMap[routePath]
        }
      }
    }
    
    return null
  }
  
  isDynamicRoute(path) {
    return path.includes(':')
  }
  
  pathToRegexp(path) {
    // 将路径模式转换为正则表达式
    const keys = []
    const pattern = path
      .replace(/\/:(\w+)/g, (_, key) => {
        keys.push(key)
        return '/([^/]+)'
      })
      .replace(/\//g, '\\/')
    
    return new RegExp(`^${pattern}$`)
  }
  
  extractParams(path, routeRecord, params) {
    const pathParts = path.split('/')
    const routeParts = routeRecord.path.split('/')
    
    routeParts.forEach((part, index) => {
      if (part.startsWith(':')) {
        const key = part.slice(1)
        params[key] = pathParts[index] || ''
      }
    })
  }
  
  extractQuery(path) {
    const query = {}
    const queryString = path.split('?')[1]
    
    if (queryString) {
      queryString.split('&').forEach(pair => {
        const [key, value] = pair.split('=')
        if (key) {
          query[decodeURIComponent(key)] = decodeURIComponent(value || '')
        }
      })
    }
    
    return query
  }
}

3.4 实现路由导航

javascript 复制代码 
class VueRouter {
  transitionTo(path, onComplete) {
    const route = this.match(path)
    
    // 导航守卫（简化版）
    const guards = this.runQueue(this.beforeHooks, route)
    
    guards.then(() => {
      // 更新当前路由
      this.current = route
      
      // 触发路由变化
      this.cb && this.cb(route)
      
      // 更新URL
      this.ensureURL()
      
      // 完成回调
      onComplete && onComplete()
    }).catch(() => {
      // 导航取消
      console.log('Navigation cancelled')
    })
  }
  
  push(location) {
    if (this.options.mode === 'history') {
      window.history.pushState({}, '', location)
      this.transitionTo(location)
    } else {
      window.location.hash = location
    }
  }
  
  replace(location) {
    if (this.options.mode === 'history') {
      window.history.replaceState({}, '', location)
      this.transitionTo(location)
    } else {
      const hash = location.startsWith('#') ? location : '#' + location
      window.location.replace(
        window.location.pathname + window.location.search + hash
      )
    }
  }
  
  go(n) {
    window.history.go(n)
  }
  
  back() {
    this.go(-1)
  }
  
  forward() {
    this.go(1)
  }
  
  ensureURL() {
    if (this.options.mode === 'history') {
      if (window.location.pathname !== this.current.path) {
        window.history.replaceState({}, '', this.current.fullPath)
      }
    } else {
      const currentHash = '#' + this.current.path
      if (window.location.hash !== currentHash) {
        window.location.replace(
          window.location.pathname + window.location.search + currentHash
        )
      }
    }
  }
}

3.5 实现RouterView组件

javascript 复制代码 
// RouterView组件实现
const RouterView = {
  name: 'RouterView',
  functional: true,
  render(_, { props, children, parent, data }) {
    // 标记为路由组件
    data.routerView = true
    
    // 获取当前路由匹配的组件
    const route = parent.$route
    const matchedComponents = route.matched.map(record => record.component)
    
    // 计算当前渲染深度（处理嵌套路由）
    let depth = 0
    let parentNode = parent
    while (parentNode && parentNode !== parent.$root) {
      if (parentNode.$vnode && parentNode.$vnode.data.routerView) {
        depth++
      }
      parentNode = parentNode.$parent
    }
    
    // 获取对应层级的组件
    const component = matchedComponents[depth]
    
    if (!component) {
      return children || []
    }
    
    // 渲染组件
    return createElement(component, data)
  }
}

3.6 实现RouterLink组件

javascript 复制代码 
// RouterLink组件实现
const RouterLink = {
  name: 'RouterLink',
  props: {
    to: {
      type: [String, Object],
      required: true
    },
    tag: {
      type: String,
      default: 'a'
    },
    exact: Boolean,
    activeClass: {
      type: String,
      default: 'router-link-active'
    },
    exactActiveClass: {
      type: String,
      default: 'router-link-exact-active'
    },
    replace: Boolean
  },
  render(h) {
    // 解析目标路由
    const router = this.$router
    const current = this.$route
    const { location, route } = router.resolve(this.to, current)
    
    // 生成href
    const href = router.options.mode === 'hash' 
      ? '#' + route.fullPath 
      : route.fullPath
    
    // 判断是否激活
    const isExact = current.path === route.path
    const isActive = this.exact ? isExact : current.path.startsWith(route.path)
    
    // 类名处理
    const classObj = {}
    if (this.activeClass) {
      classObj[this.activeClass] = isActive
    }
    if (this.exactActiveClass) {
      classObj[this.exactActiveClass] = isExact
    }
    
    // 点击处理
    const handler = e => {
      if (e.metaKey || e.ctrlKey || e.shiftKey) return
      if (e.defaultPrevented) return
      e.preventDefault()
      
      if (this.replace) {
        router.replace(location)
      } else {
        router.push(location)
      }
    }
    
    // 创建子元素
    const children = this.$slots.default || [this.to]
    
    const data = {
      class: classObj,
      attrs: {
        href
      },
      on: {
        click: handler
      }
    }
    
    return h(this.tag, data, children)
  }
}

3.7 Vue插件集成

javascript 复制代码 
// Vue插件安装
VueRouter.install = function(Vue) {
  // 混入$router和$route
  Vue.mixin({
    beforeCreate() {
      if (this.$options.router) {
        // 根实例
        this._routerRoot = this
        this._router = this.$options.router
        this._router.init(this)
        
        // 响应式定义$route
        Vue.util.defineReactive(this, '_route', this._router.current)
      } else {
        // 子组件
        this._routerRoot = (this.$parent && this.$parent._routerRoot) || this
      }
    }
  })
  
  // 定义$router和$route属性
  Object.defineProperty(Vue.prototype, '$router', {
    get() {
      return this._routerRoot._router
    }
  })
  
  Object.defineProperty(Vue.prototype, '$route', {
    get() {
      return this._routerRoot._route
    }
  })
  
  // 注册全局组件
  Vue.component('RouterView', RouterView)
  Vue.component('RouterLink', RouterLink)
}

四、使用示例

4.1 基本使用

javascript 复制代码 
// 1. 定义路由组件
const Home = { template: '<div>Home Page</div>' }
const About = { template: '<div>About Page</div>' }
const User = { 
  template: `
    <div>
      <h2>User {{ $route.params.id }}</h2>
      <router-view></router-view>
    </div>
  `
}
const Profile = { template: '<div>User Profile</div>' }

// 2. 创建路由实例
const router = new VueRouter({
  mode: 'history',
  routes: [
    { path: '/', component: Home },
    { path: '/about', component: About },
    { 
      path: '/user/:id', 
      component: User,
      children: [
        { path: 'profile', component: Profile }
      ]
    }
  ]
})

// 3. 创建Vue实例
const app = new Vue({
  router,
  template: `
    <div id="app">
      <nav>
        <router-link to="/">Home</router-link>
        <router-link to="/about">About</router-link>
        <router-link to="/user/123">User 123</router-link>
      </nav>
      <router-view></router-view>
    </div>
  `
}).$mount('#app')

4.2 导航守卫示例

javascript 复制代码 
// 全局前置守卫
router.beforeEach((to, from, next) => {
  console.log(`Navigating from ${from.path} to ${to.path}`)
  
  // 检查是否需要登录
  if (to.meta.requiresAuth && !isAuthenticated()) {
    next('/login')
  } else {
    next()
  }
})

// 全局后置钩子
router.afterEach((to, from) => {
  // 页面标题
  document.title = to.meta.title || 'My App'
  
  // 发送页面浏览统计
  trackPageView(to.path)
})

五、性能优化与高级特性

5.1 路由懒加载

javascript 复制代码 
// 动态导入组件（Webpack代码分割）
const User = () => import('./views/User.vue')

const router = new VueRouter({
  routes: [
    { 
      path: '/user/:id', 
      component: User,
      meta: {
        preload: true // 自定义预加载策略
      }
    }
  ]
})

// 实现预加载策略
router.onReady(() => {
  // 预加载匹配的路由组件
  router.getMatchedComponents().forEach(component => {
    if (component && component.preload) {
      component()
    }
  })
})

5.2 滚动行为控制

javascript 复制代码 
const router = new VueRouter({
  scrollBehavior(to, from, savedPosition) {
    // 返回滚动位置
    if (savedPosition) {
      return savedPosition
    }
    
    // 锚点导航
    if (to.hash) {
      return {
        selector: to.hash,
        behavior: 'smooth'
      }
    }
    
    // 页面顶部
    return { x: 0, y: 0 }
  }
})

六、完整流程图

graph TB subgraph "初始化阶段" A[创建VueRouter实例] --> B[创建路由映射表] B --> C[选择路由模式] C --> D[初始化事件监听] end subgraph "导航过程" E[触发导航] --> F{路由模式} F -->|Hash| G[hashchange事件] F -->|History| H[popstate/API调用] G --> I[解析目标路径] H --> I I --> J[路由匹配] J --> K[执行导航守卫] K --> L{守卫结果} L -->|通过| M[更新路由状态] L -->|取消| N[导航中止] M --> O[触发响应式更新] O --> P[RouterView重新渲染] P --> Q[完成导航] end subgraph "组件渲染" R[RouterView组件] --> S[计算渲染深度] S --> T[获取匹配组件] T --> U[渲染组件] end

七、总结

通过自己动手实现一个Vue路由系统，我们可以深入理解：

  1. 路由的核心原理：URL与组件的映射关系
  2. 两种模式的区别：Hash与History的实现差异
  3. 导航的生命周期：从触发到渲染的完整流程
  4. 组件的渲染机制：RouterView如何处理嵌套路由

这个实现虽然简化了官方Vue Router的一些复杂特性，但涵盖了最核心的功能。理解了这些基本原理后，无论是使用Vue Router还是排查相关问题时，都会更加得心应手。

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