TypeScript 装饰器的执行原理

装饰器本质上提供了对被装饰对象 Property Descriptor 的操作，在运行时被调用。

因为对于同一对象来说，可同时运用多个装饰器，然后装饰器中又可对被装饰对象进行任意的修改甚至是替换掉实现，直观感觉会有一些主观认知上的错觉，需要通过代码来验证一下。

比如，假若每个装饰器都对被装饰对象的有替换，其结果会怎样？

多个装饰器的应用

通过编译运行以下示例代码并查看其结果可以得到一些直观感受：

function f() {
  console.log("f(): evaluated");
  return function(_target: any, key: string, descriptor: PropertyDescriptor) {
    const original = descriptor.value;
    descriptor.value = function(...args: any[]) {
      console.log(`[f]before ${key} called`, args);
      const result = original.apply(this, args);
      console.log(`[f]after ${key} called`);
      return result;
    };
    console.log("f(): called");
    return descriptor;
  };
}

function g() {
  console.log("g(): evaluated");
  return function(_target: any, key: string, descriptor: PropertyDescriptor) {
    const original = descriptor.value;
    descriptor.value = function(...args: any[]) {
      console.log(`[g]before ${key} called`, args);
      const result = original.apply(this, args);
      console.log(`[g]after ${key} called`);
      return result;
    };
    console.log("g(): called");
    return descriptor;
  };
}

class C {
  @f()
  @g()
  foo(count: number) {
    console.log(`foo called ${count}`);
  }
}

const c = new C();
c.foo(0);
c.foo(1);

先放出执行结果：

f(): evaluated
g(): evaluated
g(): called
f(): called
[f]before foo called [ 0 ]
[g]before foo called [ 0 ]
foo called 0
[g]after foo called [ 0 ]
[f]after foo called [ 0 ]
[f]before foo called [ 1 ]
[g]before foo called [ 1 ]
foo called 1
[g]after foo called [ 1 ]
[f]after foo called [ 1 ]

下面来详细分析。

编译后的装饰器代码

首页看看编译后变成 JavaScript 的代码，毕竟这是实际运行的代码：

编译后的代码

var __decorate = (this && this.__decorate) || function (decorators, target, key, desc) {
    var c = arguments.length, r = c < 3 ? target : desc === null ? desc = Object.getOwnPropertyDescriptor(target, key) : desc, d;
    if (typeof Reflect === "object" && typeof Reflect.decorate === "function") r = Reflect.decorate(decorators, target, key, desc);
    else for (var i = decorators.length - 1; i >= 0; i--) if (d = decorators[i]) r = (c < 3 ? d(r) : c > 3 ? d(target, key, r) : d(target, key)) || r;
    return c > 3 && r && Object.defineProperty(target, key, r), r;
};
var __metadata = (this && this.__metadata) || function (k, v) {
    if (typeof Reflect === "object" && typeof Reflect.metadata === "function") return Reflect.metadata(k, v);
};
function f() {
    console.log("f(): evaluated");
    return function (_target, key, descriptor) {
        var original = descriptor.value;
        descriptor.value = function () {
            var args = [];
            for (var _i = 0; _i < arguments.length; _i++) {
                args[_i] = arguments[_i];
            }
            console.log("[f]before " + key + " called", args);
            var result = original.apply(this, args);
            console.log("[f]after " + key + " called", args);
            return result;
        };
        console.log("f(): called");
        return descriptor;
    };
}
function g() {
    console.log("g(): evaluated");
    return function (_target, key, descriptor) {
        var original = descriptor.value;
        descriptor.value = function () {
            var args = [];
            for (var _i = 0; _i < arguments.length; _i++) {
                args[_i] = arguments[_i];
            }
            console.log("[g]before " + key + " called", args);
            var result = original.apply(this, args);
            console.log("[g]after " + key + " called", args);
            return result;
        };
        console.log("g(): called");
        return descriptor;
    };
}
var C = /** @class */ (function () {
    function C() {
    }
    C.prototype.foo = function (count) {
        console.log("foo called " + count);
    };
    __decorate([
        f(),
        g(),
        __metadata("design:type", Function),
        __metadata("design:paramtypes", [Number]),
        __metadata("design:returntype", void 0)
    ], C.prototype, "foo", null);
    return C;
}());
var c = new C();
c.foo(0);
c.foo(1);

先看经过 TypeScript 编译后的代码，重点看这一部分：

var C = /** @class */ (function () {
    function C() {
    }
    C.prototype.foo = function (count) {
        console.log("foo called " + count);
    };
    __decorate([
        f(),
        g(),
        __metadata("design:type", Function),
        __metadata("design:paramtypes", [Number]),
        __metadata("design:returntype", void 0)
    ], C.prototype, "foo", null);
    return C;
}());

tslib 中装饰器的实现

其中 __decorate 为 TypeScript 经 tslib 提供的 Decorator 实现，其源码为：

tslib/tslib.js(经过格式化)

var __decorate =
  (this && this.__decorate) ||
  function(decorators, target, key, desc) {
    var c = arguments.length,
      r =
        c < 3
          ? target
          : desc === null
          ? (desc = Object.getOwnPropertyDescriptor(target, key))
          : desc,
      d;
    if (typeof Reflect === "object" && typeof Reflect.decorate === "function")
      r = Reflect.decorate(decorators, target, key, desc);
    else
      for (var i = decorators.length - 1; i >= 0; i--)
        if ((d = decorators[i]))
          r = (c < 3 ? d(r) : c > 3 ? d(target, key, r) : d(target, key)) || r;
    return c > 3 && r && Object.defineProperty(target, key, r), r;
  };

装饰器的执行顺序

配合编译后代码和这里装饰器的实现来看，进一步之前了解到的关于装饰器被求值和执行的顺序，

源码中应用装饰器的地方：

  @f()
  @g()
  foo(count: number) {
    console.log(`foo called ${count}`);
  }

然后这里的 @f() @g() 按照该顺序传递给了 __decorate 函数，

  __decorate(
    [
+      f(),
+      g(),
      __metadata("design:type", Function),
      __metadata("design:paramtypes", [Number]),
      __metadata("design:returntype", void 0)
    ],
    C.prototype,
    "foo",
    null
  );

然后在 __decorate 函数体中，对传入的 decorators 从数据最后开始，取出装饰器函数顺次执行，

var __decorate =
  (this && this.__decorate) ||
  function(decorators, target, key, desc) {
    var c = arguments.length,
      r =
        c < 3
          ? target
          : desc === null
          ? (desc = Object.getOwnPropertyDescriptor(target, key))
          : desc,
      d;
    if (typeof Reflect === "object" && typeof Reflect.decorate === "function")
      r = Reflect.decorate(decorators, target, key, desc);
    else
+      for (var i = decorators.length - 1; i >= 0; i--)
        if ((d = decorators[i]))
          r = (c < 3 ? d(r) : c > 3 ? d(target, key, r) : d(target, key)) || r;
    return c > 3 && r && Object.defineProperty(target, key, r), r;
  };

其中 r 便是装成器的返回，会被当作被装饰对象的新的属性描述器（Property Descriptor）来重新定义被装饰的对象：

Object.defineProperty(target, key, r)

所以，像示例代码中多个装饰器均对被装饰对象有修改，原则上和多次调用 Object.defineProperty() 相当。

`Object.defineProperty()`

而调用 Object.defineProperty() 的结果是后面的会覆盖前面的，比如来看这里一个简单的示例：

const obj = {};

Object.defineProperty(obj, "foo", {
  configurable: true,
  value: function() {
    console.log("1");
  }
});

Object.defineProperty(obj, "foo", {
  value: function() {
    console.log("2");
  }
});

obj.foo(); // 2

注意： 根据 MDN 对 defineProperty 的描述，configurable 在缺省时为 false，所以如果要重复定义同一个 key，需要显式将其置为 true。

configurable

true if and only if the type of this property descriptor may be changed and if the > property may be deleted from the corresponding object. Defaults to false.

回到本文开头的示例，为了进一步验证，可通过将运用装饰之后的属性描述器打印出来：

console.log(Object.getOwnPropertyDescriptor(C.prototype, "foo").value.toString());

输出结果为：

function () {
            var args = [];
            for (var _i = 0; _i < arguments.length; _i++) {
                args[_i] = arguments[_i];
            }
            console.log("[f]before " + key + " called", args);
            var result = original.apply(this, args);
            console.log("[f]after " + key + " called", args);
            return result;
        }

那么这里引出另一个问题，通过装饰器重复定义同一属性时，并没有显式返回一个 configurable:true 的对象，那为何在运用多个装饰器重复定义时没报错。

装饰器入参中的 `descriptor`

答案就只有一个，那就是装饰器传入的 descriptor 已经是 configurable 为 true 的状态。

为了验证，只需要在 @f() 或 @g() 任意一个装饰器中将 descriptor 打印出来即可。

function g() {
  console.log("g(): evaluated");
  return function(_target: any, key: string, descriptor: PropertyDescriptor) {
+      console.log(descriptor)
    const original = descriptor.value;
    descriptor.value = function(...args: any[]) {
      console.log(`[g]before ${key} called`, args);
      const result = original.apply(this, args);
      console.log(`[g]after ${key} called`, args);
      return result;
    };
    console.log("g(): called");
    return descriptor;
  };
}

输出的 descriptor：

{
  value: [Function],
  writable: true,
  enumerable: true,
  configurable: true
}

这便是最终运行时会执行的 foo 方法真身。

可以看到确实是最后生效的装饰器确实是后运用的 @f()。因此你确实可以这么理解多个装饰器的重叠应用为，那一切都还说得通，就是后运用的装饰器中对被装饰对象的替换会覆盖掉先运用的装饰器对被装饰对象的替换。

But,

这解释不了它的输出结果：

f(): evaluated
g(): evaluated
g(): called
f(): called
[f]before foo called [ 0 ]
[g]before foo called [ 0 ]
foo called 0
[g]after foo called
[f]after foo called
[f]before foo called [ 1 ]
[g]before foo called [ 1 ]
foo called 1
[g]after foo called
[f]after foo called

装饰器嵌套

原因就在于这句代码：

var result = original.apply(this, args);

因为这句，@f() 和 @g() 便不是简单的覆盖关系，而是形成了嵌套关系。

这里 original 为 descriptor.value，即装饰器传入的 descriptor 的一个副本。我们在进行覆盖前保存了一下原方法的副本，

// 保存原始的被装饰对象
const original = descriptor.value;

// 替换被装饰对象
descriptor.value = function(...args: any[]) {
    // ...
}

因为装饰器的目的只是对已有的对象进行修饰加强，所以你不能粗暴地将原始的对象直接替换成新的实现（当然你确实可以那样粗暴的），那样并不符合大多数应用场景。所以在进行替换时，先保存原始对象（这里原始对象是 foo 方法），然后在新的实现中对原始对象再进行调用，这样来实现了对原始对象进行修饰，添加新的特性。

descriptor.value = function(...args: any[]) {
    console.log(`[g]before ${key} called`, args);
+    const result = original.apply(this, args);
    console.log(`[g]after ${key} called`, args);
    return result;
};

通过这种方式，多个装饰器对被装饰对象的修改可以层层传递下去，而不至于丢失。

下面把每个装饰器接收到的属性描述器打印出来：

function f() {
  console.log("f(): evaluated");
  return function(_target: any, key: string, descriptor: PropertyDescriptor) {
    const original = descriptor.value;
+    console.log("[f] receive descriptor:", original.toString());
    descriptor.value = function(...args: any[]) {
      console.log(`[f]before ${key} called`, args);
      const result = original.apply(this, args);
      console.log(`[f]after ${key} called`, args);
      return result;
    };
    console.log("f(): called");
    return descriptor;
  };
}

function g() {
  console.log("g(): evaluated");
  return function(_target: any, key: string, descriptor: PropertyDescriptor) {
    const original = descriptor.value;
+    console.log("[g] receive descriptor:", original.toString());
    descriptor.value = function(...args: any[]) {
      console.log(`[g]before ${key} called`, args);
      const result = original.apply(this, args);
      console.log(`[g]after ${key} called`, args);
      return result;
    };
    console.log("g(): called");
    return descriptor;
  };
}

输出结果：

[g] receive descriptor:
 function (count) {
        console.log("foo called " + count);
    }

[f] receive descriptor:
 function () {
            var args = [];
            for (var _i = 0; _i < arguments.length; _i++) {
                args[_i] = arguments[_i];
            }
            console.log("[g]before " + key + " called", args);
            var result = original.apply(this, args);
            console.log("[g]after " + key + " called", args);
            return result;
        }

这里的示例中，先是 @g() 被调用，它接收到的 descriptor 就是原始的 foo 方法的属性描述器，打印出其值便是原始的 foo 方法的方法体，

function (count) {
        console.log("foo called " + count);
    }

经过 @g() 处理后的属性描述器传递给了下一个装饰器 @f()，所以后者接收到的是经过处理后新的属性描述器，即 @g() 返回的那个：

 function () {
            var args = [];
            for (var _i = 0; _i < arguments.length; _i++) {
                args[_i] = arguments[_i];
            }
            console.log("[g]before " + key + " called", args);
            var result = original.apply(this, args);
            console.log("[g]after " + key + " called", args);
            return result;
        }

然后将 @f() 中 original 替换成上述代码便是最终 @f() 返回的最终 foo 的样子，大致是这样的：

descriptor.value = function(...args: any[]) {
  console.log(`[f]before ${key} called`, args);

  // g 开始
  var args = [];
  for (var _i = 0; _i < arguments.length; _i++) {
    args[_i] = arguments[_i];
  }
  console.log("[g]before " + key + " called", args);

  // foo 开始
  console.log(`foo called ${count}`);
  // foo 结束

  console.log("[g]after " + key + " called", args);
  // g 结束
  
  console.log(`[f]after ${key} called`, args);
  return result;
};

所以最终的 foo 方法其实是 f(g(x)) 两者嵌套组合的结果，像数学上的函数调用一样。

总结

多个装饰器运用于同一对象时，其求值和执行顺序是相反的，

对于类似这样的调用：

@f
@g
x

求值顺序是由上往下
执行顺序是由下往上

通常情况下我们只关心执行顺序，除非是在编写复杂的装饰器工厂方法时。同时需要注意到，这里所指的装饰器执行顺序 是装饰器本身被调用的顺序，如果是装饰方法，这和 descriptor.value 被执行的顺序是两码事，后者的执行是层层嵌套的方式，联想 Koa 中间件的洋葱圈模型。

如果多个装饰器中都对被装饰对象有所修改，注意嵌套过程中修改被覆盖的问题，如果不想要产生覆盖，装饰器中应该有对被装饰对象保存副本并且调用，方法通过 fn.apply()，类则可通过返回一个新的但继承自被装饰对象的新类来实现，比如：

function classDecorator<T extends {new(...args:any[]):{}}>(constructor:T) {
    return class extends constructor {
        newProperty = "new property";
        hello = "override";
    }
}

@classDecorator
class Greeter {
    property = "property";
    hello: string;
    constructor(m: string) {
        this.hello = m;
    }
}

console.log(new Greeter("world"));

这里覆盖了被装饰类的构造器，但其他未修改的部分仍是原来类中的样子，因为这里返回的是一个 extends 后的新类。