关于JavaScript的沙箱模式

从语言学的角度上来说，允许代码无节制地使用全局变量，是最错误的选择之一。而更可怕的，就是一个变量"可能"成为全局的（在未知的时间与地点）。但是这两项，却伴随JavaScript这门语言成功地走到了现在。

也许是限于浏览器应用的规模，所以这一切还迟迟没有酿成灾难。在此之前，出现了两种解决方案。一种是ECMA在新的规范（Edition 5）中对此做出了限制，其中最重要的一条便是eval()的使用变得不再随意和无度。而另一种方案，则是相对没有那么官僚与学术的，尽管也拥有一个同样学术的名字：沙箱。

沙箱（Sandbox）并不是一个新东西，即使对于JavaScript来说，也已经存在了相当长的时间。在SpiderMonkey JS的源代码中，就明确地将一个闭包描述为一个沙箱。这包含着许多潜在的信息：它有一个初始环境，可以被重置，可以被复制，以及最重要的，在它内部的所有操作，不会影响到外部。

当然事实上远非如此。JavaScript里的闭包只是一个"貌似沙箱"的东西--仍然是出于JavaScript早期的语言规范的问题，闭包不得不允许那些"合法泄漏"给外部的东西。而对于这一切无法忍受的前端工程师们，开始寻求另外的解决之道，这其中相对较早的尝试，是基于IFRAME的实践。例如dean.edwards在2006年提出过的方案：

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a_frames.document.write(

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  "<script>"+

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  "var MSIE/*@cc_on =1@*/;"+ // sniff

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  "parent.sandbox=MSIE?this:{eval:function(s){return eval(s)}}"+

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  "</script>"

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);

显然，由于在不同的IFRAME中运行着各自的JavaScript引擎实例，所以上述的方案也意味着沙箱是"引擎"这个级别的：在任何一个沙箱中的崩溃，将导致该引擎以及对应IFRAME崩溃。但--理论上说--不会影响整个浏览器。

问题是，这并不那么理想。往往的，引擎会导致整个浏览器锁在那里，例如用alert()弹出一个对话框而又因为某种意外失去了焦点。又或者单个的IFRAME会导致全局的CPU被耗光，例如一个死循环。于是更加复杂的方案--在JavaScritp中包含一个完整的执行器--出现了。最有名的则是Narrative JavaScript，它内建了一个执行器，用于逐行地解释执行JavaScript代码，这使得它可以控制所有的代码执行序列，或者随时重置整个执行引擎--如同一个沙箱所要做的那样。

这一切或者太过依赖于环境，又或者太过复杂，但都不乏追随者。例如jsFiddle这个项目在"嵌入或装载"这样的路子上就已经有了不俗的成绩。但是，YUI在新版本中却给出了它自己的选择：以更加明确的编程约定，来实现应用级别的沙箱。这包括一个非常简单的、新的YUI语法：

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YUI().use('dom-base', function(Y) {

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  // Y是一个新的沙箱

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});

在'dom-base'位置上，可以是1到N个字符串，表明一个需要在沙箱中装载的模块列表。这可以是沙箱的初始列表，或者后续的callback函数(亦即是用户代码)所需依赖的模块列表。在这种实现方案中，YUI为每个沙箱维护各自的装载模块列表和上下文环境中的变量、成员。但是出于JavaScript语言自己的局限，这个沙箱依然是相当脆弱的。例如下一示例中沙箱内的代码就会污染到全局：

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YUI().use('', function(Y) {

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  abc = 1234;  //<--这里可能导致一个全局变量'abc'被隐式地声明

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});

同样，在上述的沙箱里也可以使用类似window、document等全局变量、修改它们的成员或无限制地调用方法（例如使用setTimeout()来创建时钟）。所以YUI的沙箱事实上是靠"规约"来约束的，而不是真正意义上的沙箱。当然，这也意味着，如果用户能按照规约来处理沙箱内的代码，那么也就能自由地享用它带来的便利：安全、移植和有效的隔离副作用。

而我们再穷究其根底，YUI沙箱的实质不过是一行：

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// code from yui.js

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//  - mod.fn(this, name)

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mod.entryFunc(sandbox, modName);

其实际含义是：

mod ：沙箱当前装载的模块；
entryFunc : 上述模块的入口函数；
sandbox ：当前的沙箱的实例，即YUI()返回值；
modName：模块名

除了依赖关系（以及可能需要的异步加载）之外，YUI沙箱环境仅是用下面的代码来简单地调用callback函数：

`1`	`callback(Y, response);`

然而这些需求的实现并不那么复杂。首先，我们设定数据结构mod为一个对象：

`1`	`{ name:modName, fn: entryFunc, req: [], use: [] }`

则一个环境对象env，将包括多个mod(将它们处理成对象而非数组，主要是便于使用名字来索引模块)和以及对它们进行管理操作的方法：

`1`	`{ mods:{}, used:{}, add:..., use:...}`

最后，所谓一个沙箱sandbox，就是上述环境对象的一个实例，并在初始时sandbox.mods与sandbox.used为空。由此简单的实现为：

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/**

02
 * tiny sandbox framework

03
 * mirror from YUI3 by aimingoo.

04
**/

05
function Sandbox() {

06
  if (!(this instanceof arguments.callee)) return new arguments.callee();

07
  this.mods = this.mods || {};

08
  this.used = {};

09
}

10
Sandbox.prototype = {

11
  add: function(modName, entryFunc, reqArr, useArr) {

12
    this.mods[modName] = { fn: entryFunc, req: reqArr, use: useArr }

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  },

14
  use: function() { 

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    var mods = [].slice.call(arguments, 0);     // 0..length-2 is modNames

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    var callback = mods.pop();      // length-1 is callback

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    var recursive_load = function(name, mod) {

18
      if (!this.used[name] && (mod=this.mods[name])) {

19
        mod.req.forEach(recursive_load, this);

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        mod.fn(this, name);

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        mod.use.forEach(recursive_load, this);

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        this.used[name] = true;

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      }

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    }

25
    mods.forEach(recursive_load, this);

26
    callback(this);

27
  }

28
}

现在我们来尝试一个与YUI类似的语法风格：

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Sandbox().use('', function(){

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   alert('user code.');

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});

或者，先向整个Sandbox环境注册一些模块（在真实的框架实现中，这一步可能是通过框架的装载器来初始化）：

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// for test, entry of mods

02
f1 = function() { alert('f1') };

03
f2 = function() { alert('f2') };

04
f3 = function() { alert('f3') };

05
// mods for global/common env.

06
Sandbox.prototype.mods = {

07
  'core': { fn: f1, req: [], use: [] },

08
  'oo':   { fn: f2, req: ['core'], use: ['xml'] },

09
  'xml':  { fn: f3, req: [], use: [] }

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}

然后再尝试在一个沙箱实例中运行代码：

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// f1 -> f2 -> f3 -> user code

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Sandbox().use('oo', function(){

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   alert('user code.');

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});

其实即便是上述代码中用于处理模块依赖的逻辑，也并不是什么"神奇的"代码或者技巧。除开这些，这样的沙箱隔离泄露的能力还抵不过一个嵌入式DSL语言。而后者所应用的技巧很简单，看不出什么花招：

`1`	`with` `(YUI())` `this.eval("... mod_context ... ");`

这样一来，在mod_context里的代码就只会在YUI()的一个实例中造成污染了。当然，仍然是源于JavaScript的限制，我们还是无法避免一个变量泄露到全局--除非，我们回到js in js这个项目，真的在环境中重新初始化一个js引擎。

从这一意义上来说，引擎级别的沙箱与操作系统的进程一样，带来的是终级的解决方案，所以Chrome、IE等等主流浏览器纷纷有了"独立进程"模式。而在这样的背景之下，试图用"框架内置沙箱"来改善ECMAScript ed3中一些设计疏失的种种努力，不过是一张张空头的支票罢了。

甚至，用这本支票签完单也未必有人会收的。