jQuery选择器引擎和Sizzle介绍

首先介绍一下什么是Sizzle：

Sizzle是一个纯javascript CSS选择器引擎。jquery1.3开始使用sizzle，Sizzle一反传统采取了相反的Right To Left的查询匹配方式,效率提高.Sizzle是jQuery作者John Resig新写的DOM选择器引擎,速度号称业界第一.Sizzle完全独立于jQuery，若不想用jQuery,你可只用Sizzle实现,压缩3K多http://url.cn/J73IkN

这是一篇yleo77的关于介绍jQuery Sizzle选择器的文章，由其和obility共同完成。现在收藏在此学习研究。

在文中，我们试图用自己的语言配以适量的代码向读者展现出Sizzle在处理选择符时的流程原理，以及末了以少许文字给你展示出如何借用Sizzle之手实现自定义选择器（也许更标准的叫法叫做过滤符）和它与YUI 选择器的大致比较。

前序

jQuery相比1.2的版本，在内部代码的构造上已经出现了巨大的变化，其之一便是模块的分发.我记得09年在jquery 9月开的一次大会上 john放出的一张ppt上 也指出了当前的jquery下一步目标，不仅仅是除了sizzle选择器的分离，届时core，attribute，css以及manipulation，包括event也都会独立成单独的js文件.（1.4的文件结构，其实已经分成单独的16个模块的组成）

随着jQuery被用来构建web app的场合愈来愈多，它的性能自然受到了大部分开发者的高度关注，它的内部实现机理又是如何，比如选择器的实现。

Sizzle，作为一个独立全新的选择器引擎，出现在jQuery 1.3版本之后，并被John Resig作为一个开源的项目，可以用于其他框架：Mool, Dojo，YUI等。

好了，现在来看为什么Sizzle选择器如此受欢迎，使它能够在常用dom匹配上都快于其他选择器而让这些框架们都垂青于它。

概要

一般选择器的匹配模式（包括jq1.2之前），都是一个顺序的思维方式，在需要递进式匹配时，比如$(‘div span’) 这样的匹配时，执行的操作都是先匹配页面中div然后再匹配它的节点下的span标签，之后返回结果。

Sizzle则采取了相反Right To Left的实现方式，先搜寻页面中所有的span标签，再其后的操作中才去判断它的父节点（包括父节点以上）是否为div，是则压入数组，否则pass，进入下一判断，最后返回该操作序列。

性能上得到了提升，对比性能参考下图

另外，在很多细节上也进行了优化。

浅析源码

在探索 $ 符 和 Sizzle的协同工作原理前，先引用一张图片

开始吧。（$符在这里不作过多的介绍）.

当我们给$符传递进一个参数（也可能是多个）时，此时它会根据参数的类型（domElement | string | fn | array）进入不同的流程，在此，重点看 string 类型的处理，因为只有它才可以触发Sizzle。首先调用正则匹配看是否为创建dom节点的操作，然后看是否为简单id匹配，这一步也由正则匹配完成，否则进入jQuery.fn.find()函数，由此进入Sizzle的天地。

当进入Sizzle时，一般情况下会配备三参：所要匹配的选择符，上下文，匹配的结果集。调用正则对传入的selector做一次”预匹配”.

var chunker = /((?:\((?:\([^()]+\)|[^()]+)+\)|\[(?:\[[^[\]]*\]|['"][^'"]*['"]|[^[\]'"]+)+\]|\\.|[^ >+~,(\[\\]+)+|[>+~])(\s*,\s*)?/g,

让我们看一下一个简单选择器的实现过程：比如 div > p。我们要先找出符合条件的div[div]，再找出符合条件的p[p]，最后在上下文里[div]过滤出符合条件”>”的p[p];抽象一点的说法就是：在已知的上下文里，根据关系找出相应的节点。他们靠关系联系起来。那么对于选择器的操作也就是根据关系来分组。一次次缩小上下文，直到找出符合条件的节点。

回到我们的话题，还是先看看这个令人费解的正则，相信你会有更好的分析方法，但是眼下，我还是一点点的拆分，让它表达的更清晰一点。先按照分组拆，即():

((?:\((?:\([^()]+\)|[^()]+)+\)|\[(?:\[[^\[\]]*\]|['"][^'"]*['"]|[^\[\]'"]+)+\]|\\.|[^ >+~,(\[\\]+)+|[>+~])

(\s*,\s*)?

((?:.|\r|\n)*)

第一行还是有点长，用’|'拆分它:

1. (?:\((?:\([^()]+\)
2.[^()]+)+\)
3. \[(?:\[[^[\]]*\]
4. [^[\]]+)+\]|\\.
5.[^ >+~,(\[]+)+
6.[>+~]

对于如div > p。会得到数组结果['div','>','p']。

对于更复杂的选择器，如div.classname > p.classname。会得到结果['div.classname','>','p.classname']。

对于具有合并的‘,’,只是递归调用下获取结果再合并而已。过程开始变得简单起来。

对于普通的解析过程，我们遵循着从左到右的顺序即可完成我们的目标。

让我们总结下步骤：

1.先查找页面上所有的div 

2.循环所有的div，查找每个div下的p  

3.合并结果

Sizzle用了截然相反的步骤：

1.先查找页面上所有的p 

2.循环所有的p，查找每个p的父元素
  1.如果不是div，遍历上一层。
  2.如果已经是顶层，排除此p。
  3.如果是div，则保存此p元素。

由子元素来查找父元素，能得到更好的效率。看，打破常规思维后不仅步骤更简单了，而且效率上也得到了些许提升。

所有的选择器都可以这样解析吗？不是，采用right -> left的顺序是有前提条件的：没有位置关系的约束。

比如如下这段html：

<div>

<p id="p1">p1content

<p id="p2">p2content

</div>

<div>

<p id="p3">p3content

<p id="p4">p4content

</div>

对于选择器：$(“div p:first”)只会返回["#p1"]

而$(“div p:first-child”)则返回["#p1", "#p3"]

两者的区别在于位置filter的结果依赖于它前面的selector解析的结果，而其它 filter，只依赖于当前元素本身，就可以判断它是否满足filter。

那Sizzle是通过什么来判定进入哪一个流程呢，答案是origPOS的正则匹配,origPos指向了Expr中match对象的POS属性,而POS中存储了五花八门的位置类约束，如下：

/:(nth|eq|gt|lt|first|last|even|odd)(?:\((\d*)\))?(?=[^-]|$)/     //POS的值

这样一来，第一步的流程判断就已明朗。

当处于1的情况时:

首先根据需要对当前处理的A数组元素进行一系列修正操作（Expr.relative主刀）。然后调用posProcess函数对修复后的元素进行匹配.

其中，还需一层判断，如果有层级约束，eg ‘>,’:input’ 会转化为 ‘> :input’,因为在最初调用chunker进行预匹配的时候，这些是会被分割为单个数组元素的，但在这里需要将它们做一次合并，这是由posProcess所处理的数据格式所决定的

源码片段a: — posProcess函数匹配核心

//如果存在伪类选择符，从selector中移除，并保存在later中

// 这样一来，匹配对象便分离出来：selector（简单选择符存储器）和later（伪类选择符存储器）。

while ( (match = Expr.match.PSEUDO.exec( selector )) ) {

  later += match[0];

  selector = selector.replace( Expr.match.PSEUDO, "" );

}

//构造selector，并调用Sizzle进行匹配,将结果存储在tmpSet中

selector = Expr.relative[selector] ? selector + "*" : selector;

for ( var i = 0, l = root.length; i < l; i++ ) {

  Sizzle( selector, root[i], tmpSet );

}

// 最后便是filter的过滤

return Sizzle.filter( later, tmpSet );

源码片段b: — 对预匹配后的数组A中元素的处理

//这个为特例，被正则分割的A数组长度为2，则合并数组元素，上下文则原封不动为Sizzle传递进来的context。

if ( parts.length === 2 && Expr.relative[ parts[0] ] ) {

  // 完成一次匹配， 由posProcess 内部调用 filter进行匹配

  // 但在匹配前，完成了一次连接选择符的操作

  // 存入set，注 set 当前还不是最终的结果，其这里的set和上面的tmpSet一样，都是一个"暂时性"的结果集

  set = posProcess( parts[0] + parts[1], context );

源码片段c: — 如果存在位置约束关系， 正向匹配。

set = Expr.relative[ parts[0] ] ?

  [ context ] :

  // 否则对队列首元素进行一次简单匹配操作

  Sizzle( parts.shift(), context );

分析Expr.relative，可以看出，它包含了4种dom元素间关系的判断，分别是 “+”, “>”, “”, “~”

每一轮的匹配，都会先判断A数组的首元素是不是代表tag间关系符(+,>等) ，而做后续处理.同时对A数组进行循环，依次做类似的处理

源码片段d — 对A数组(parts)的循环处理及后续

while ( parts.length ) {

  // 依次对 所匹配到的 数组中元素进行 递进匹配

  selector = parts.shift();

  //  '>' -> '>input' 的形式

  if ( Expr.relative[ selector ] )

    selector += parts.shift();



  set = posProcess( selector, set );

当处于2的情况时:

就有着不同之处,先看小片代码

源码片段e: — 根据当前流程设置ret(两种情况)

//为ret绑定正确的返回值

var ret = seed ?    //seed 为上一次调用sizzle返回值， 即前文中提到的set|tmpset

  //将预匹配后的A数组(parts)中的最后元素设置为ret的expr属性，set属性设为上一次匹配的结果集。

  { expr: parts.pop(), set: makeArray(seed) } :

  //如果是第一次调用，则进行匹配操作,调用find函数

  // 以parts数组最末元素为当前选择符，进行匹配操作，同时设置与之相关的context

  Sizzle.find( parts.pop(), parts.length === 1 && context.parentNode ? context.parentNode : context, isXML(context) );

2的情况为一般逻辑处理，从这小段代码便可得到Sizzle的匹配机制，每一次的调用都以数组末元素为基准，以上一次（或预设context）为上下文约束关系以右到左的匹配,最后返回匹配结果。结合了DOM结构的特性，性能上也得到了大幅的提升。

我们知道选择器的类型是有效率差别的，id选择器效率最高，其次是class、name、tag、最后是最差的*表达式。在Sizzle.find函数中，会按照这个效率的顺序查找元素，如果没有id就找class，依次下去。当然，class的支持需要方法getElementsByClassName。如果没有，就只好从id跳到name。

if ( document.getElementsByClassName && document.documentElement.getElementsByClassName ) (function(){

  // ...

  // 如果支持直接获取，则将获取class的方法 直接添加进 Expr.order中  ['ID', 'NAME', 'TAG']

  Expr.order.splice(1, 0, "CLASS");

  //同时在find中追加对class的获取

  Expr.find.CLASS = function(match, context, isXML) {

    if ( typeof context.getElementsByClassName !== "undefined" && !isXML ) {

      return context.getElementsByClassName(match[1]);

    }

  };

})();

在Sizzle.find函数中，做了一系列的逻辑判断，来保证返回结果的正确性，首先在进入find时，保证了expr不为空的，然后根据表达式类型(id|name|tag|class?)来选择与之对应的匹配分支进行实现，最后再做适当的收尾工作，将返回结果定义为对象，来移交给filter,完成整个流程。

源码片段f: — find 函数核心

//order: [ "ID", "NAME", "TAG" ]

// 当然，如果浏览器支持对class的直接获取时，order中就会出现class的相关匹配规则

for ( var i = 0, l = Expr.order.length; i < l; i++ ) {

  var type = Expr.order[i], match;

  // 根据 type 对所传进来的expr 进行正则匹配

  // match中通过正则限制了这三类匹配方式的条件。

  // 1. ID: /#((?:[\w\u00c0-\uFFFF_-]|\\.)+)/,

  // 2. NAME: /\[name=['"]*((?:[\w\u00c0-\uFFFF_-]|\\.)+)['"]*\]/,

  // 3. TAG: /^((?:[\w\u00c0-\uFFFF\*_-]|\\.)+)/,

  if ( (match = Expr.match[ type ].exec( expr )) ) {

    var left = RegExp.leftContext;

    //保证返回结果的正确性，如果存在\，则删除

    if ( left.substr( left.length - 1 ) !== "\\" ) {

      match[1] = (match[1] || "").replace(/\\/g, "");

      // 根据type调用 sizzle.selector.find方法获取结果集。

      set = Expr.find[ type ]( match, context, isXML );

      if ( set != null ) {

        //如果匹配成功，删除已经匹配的expr

        expr = expr.replace( Expr.match[ type ], "" );

        break;

      }

    }

  }

}



return {set: set, expr: expr};

};

在所返回的对象中，expr的作用便是为了辅佐filter这把大器所需要完成任务的工具,到此就可以调用Sizzle.filter对ret.set再做一次精确匹配(匹配规则即ret.expr),以及tag间的位置约束关系的匹配（这部分同1中类似）.

源码片段g: — 和源码片段d有类似之处。不作详述

  while ( parts.length ) {

    var cur = parts.pop(), pop = cur;

    // 是否存在 类似这样的匹配 eg: '+', '>'等

    if ( !Expr.relative[ cur ] ) {

      cur = "";

    } else {

      //如果存在层间关系的约束 则修复 cur 和pop的指向

      // eg ['div', '+', 'span'] =>  pop = div; cur = '+'; 并进入 relative的匹配。

      pop = parts.pop();

    }

    // 确保拥有上下文 代码略过

    Expr.relative[ cur ]( checkSet, pop, isXML(context) );

  }

之后便接近sizzle尾声：结果集的处理(将所匹配的结果set 追加进 result中)。当然，如果有多表达式,便会再一次调用。

实例

以’div > span p span:last’这个选择符为例，看看它的调用链是如何顺次完成的。

根据对源码的剖析，理解如下：

1. jquery.init -> jquery.prototype.find
2. 进入Sizzle(对xml的判断) -> 设置parts数组等在匹配中所需要的元素 -> 根据数组长度以及调用origPos进行判断，来决定进入哪个分支，在这个实例下进入分支1
3. 循环调用Sizzle进行匹配，将结果存入set中(因为在这一过程中是循环调用，所以对Sizzle的判断也是需要多次，进入哪一分支当然也会是不一样的，比如第二轮循环判断则进入分支2中进行处理) ,对于>号的处理，也会将它合并在其后的span中，构成新的选择符 ‘>span’,然后进入Expr.relative进行匹配，同时调用posProcess。
4. 调用Sizzle.find 匹配除伪类以外的部分(即这里的选择器不包含:last),首先会调用Expr.find的find方法来判断是否为哪一类匹配，在这一实例中，为TAG匹配。
5. 对从4步中生成的对象进行过滤,匹配’>'(这一步的匹配是由Sizzle.filter触发，由Expr.relative完成),而在匹配’span:last’时则由posProcess来触发，设置later值(:first)以及selector(span)，对span的匹配和4步骤一样，重复匹配，而对:first的匹配则是第5步的重头戏，也就是调用Sizzle.filter来完成, 由此便生成了最后的匹配结果。

对于有‘,’这样需要合并的选择器，Sizzle在获取结果后会按照文档流进行排序。所以，你可能会遇到这样的问题：把一个结果集append到新的节点后，新的节点可能不会按照你书写的选择器的顺序出现。

以上，可以得出以下结论：大致通过如下步骤来完成：

1.对表达式分组。
2.选择合适的处理顺序。
3.在当前的上下文里过滤要找的节点。并更新上下文。重复这一过程，直到结尾。
4.对结果排序，如果需要的话。
5.返回结果数组。

前向兼容

querySelectorAll

其实不止这一处，在Sizzle的API手册中Internal部分的find 函数（与filter构成了Sizzle的两把宝剑），在传递进该方法的参数可以用querySelectorAll() （依赖于当前的浏览器执行环境） 直接获取时，它则直接调用该方法，既拥有了向前兼容的特性，又达到了速度的提升。

虽然有些环境实现了方法querySelectorAll，但是会有bug。

//如果当前document 支持 querySelectorAll方法,则将浏览器可以完成的匹配完全交给浏览器

if ( document.querySelectorAll ) (function(){

  var oldSizzle = Sizzle;

  // 解决Safari bug 略过 ...

  Sizzle = function(query, context, extra, seed){

    context = context || document;



  // 因为querySelectorAll 在domElement 节点上操作时，存在bug 所以多了这样的判断

  // bug info: http://ejohn.org/blog/thoughts-on-queryselectorall/

    if ( !seed && context.nodeType === 9 && !isXML(context) ) {

      return makeArray( context.querySelectorAll(query), extra );

    }

    // querySelectorAll 可用则直接返回结果，否则才调用 sizzle

    return oldSizzle(query, context, extra, seed);

  };



  // oldSizzle 方法追加进 新的 Sizzle 中



})();

对于任何一个开发者，我想，若浏览器原生已提供了实现方法，他都不会去高效而求繁琐吧。这一点在Sizzle中得到了充分的体现，总是尽可能的使用相应环境下已实现的原生方法。所以在IE的低版本中(比如IE6)Sizzle的表现更加出众，在高级的浏览器中的对比却没有那么大的差别。

扩展

如何定义自己的选择器呢.如果项目中频繁使用某些过滤规则，是不是把它作为一个选择器更有效呢。
既然javascript的对象可以任意扩充，只要我们访问得到，那么我们就可以很轻松得创建出自己的选择器

在jQuery.expr.filter对象中，有很多内置的选择器，比如 ‘disabled’,'text’,那我们就扩充它,比如，想寻找包含span的div元素

// filter的简写 ':'

jQuery.expr[":"] = jQuery.expr.filters;

$.extend($.expr[':'], {

  hasSpan: function(e) {

   return $(e).find('span').length > 0;

  }

});

这样，我们就拥有了 ‘:hasSpan’ 的选择器，使用当然和默认的一样。

//直接用就可以了

$('div:hasSpan')....

比较

再拾YUI3，在经过大幅度变化，以全新姿态出现，从选择器上的执行上效率不逊色于Sizzle几毫，初看YUI时就一直对它的模块细粒度化赞不绝口，但是从如我这样的实用主义者的角度来看，选择器就应该是一个单独的模块，就如同jQuery分离而出的Sizzle。但在YUI term眼里，为了让代码的组织结构看上去更加的理想化，更加具有”YUI3“的特色，将之在代码结构上又细分出一二三，比起Sizzle的简洁，它显得太过学院派。

除此，在选择器的扩展上，sizzle表现胜于YUI3 selector，在实现css1~css3选择器的基础上，又对常用的功能进行了扩展。比如对表单元素快捷操作。据我所知，开发者对这类型选择器的使用频率并不是想象中那么低。既然有了模块的细分，为什么不将这部分作为一个可扩充性的功能点模块融入框架中呢。Sizzle于开发者就如同一块可口味佳的点心，满足我们各式各样的胃口，简洁，不失其功能的强劲，这点非常值得称道。

总得来看，Sizzle与YUI就好象一个面向实际与理想主义的比较。这里没有对错之分，从不同角度来看，都能略窥其各自的禅意。前者从如何为开发者带来便利的角度考虑，让开发者实时觉得它的简单可信赖。后者，也寄托了自己对web的构想，如果浏览器原生全部支持css3-selector，那岂不是完全不用引入该模块了，不过我想，真到那时候，各框架也都会有很大的变化了，只是我对这一天的到来抱有比较消极的态度，这是后话。

总结

本文从总体上讨论了jQuery之Sizzle选择器的实现原理，通过一个初步的流程分析，让各位读者对此有一个大致印象，毫无疑问，更深层次的匹配，也只是它的递归调用，再匹配而已。

这里，没有做与其他框架在效率上的比较，如果你还对它的效率还有所怀疑的话，你可以自行比较。

如果你感兴趣，更推荐你继续去探索在1.4中着重优化的api源码，或许，会给你更多的启示

思考

从jQuery的角度来讲，Sizzle的出现随之也带来了web上的一些新的局面，在追求效率的同时，即使是这类单种子模式的库也是需要将之分离开来，来设计成能够独立使用，独立维护的引擎。

从选择器的角度来讲，Sizzle这次算法的提升，我初步的结论是它结合了DOM这一特定的数据结构，使其每次的匹配能够更精准,以此获得引擎效率上的提升。

我们可否多想想，在思维的开拓上能给我们留下多少财富。很多问题的解决，在换一种新的思维方式后，是不是常常会有柳暗花明的感觉呢。

相关参考：

W3C css selector:CSS1,CSS2,CSS3

CSS Support History -Brian Wilson

CSS Selectors and Pseudo Selectors and browser support – kimblim.dk

Javascript CSS Selector Engine Timeline – Paul Irish

Sizzle Documentation