我们在日常工作和生活中经常会使用到各种各样的 Chrome 扩展程序，比如 1Password 能自动帮你填充密码，Adblock 能帮你拦截广告，又或者是开发时经常会使用的 React Developer Tools，Redux DevTools 等等。这些扩展程序对效率的提升是巨大的。在日常开发过程中，我们也可以尝试开发自己的扩展程序，来辅助提升团队的开发体验和效率。本文首先会展示一个实际开发扩展程序的例子，从而让读者体会到当前开发时存在的问题，并基于此提出解决方案。如果你已经对如何开发一个扩展程序很熟悉了，那么直接看下文中【新的开发方式】部分，或者直接浏览对应的框架—— browser-extension-kit（https://github.com/alibaba/browser-extension-kit）即可。

假设我们要做一个可以重定向请求的扩展程序（类似 XSwitch），可以将当前页面的某个请求重定向到用户输入的地址，比如将某个环境下当前页面的 js 重定向到本地 webpack-dev-server 提供的 js，这样就可以实现线上调试功能了。

为了实现这个功能，我们首先需要一个页面能够让用户输入重定向前后对应的 url，这个页面会在用户点击该扩展程序的 icon 时展开，在 Chrome 官方文档中称为 popup。同时，实现具体重定向逻辑是在一个叫 background 的地方。根据官方指南，任何一个扩展程序都必须有一个 background，这个 background 存在于扩展程序的整个生命周期。通常情况下，你应该把所有核心业务逻辑和状态定义在 background 中。

在扩展程序的世界中，background 和 popup 都是完全独立的执行环境，这意味着彼此之间无法直接获取对方定义的变量、函数等。而用户输入的参数，需要从 popup 传递到 background 中，在扩展程序的场景下，官方提供了基于消息的机制来完成数据的流转。

首先，我们在 popup 中处理用户输入：

// popup.js
import React from 'react';

// 在这里向 background 发起连接，之后会通过这个 port 来监听或者发送消息
const port = chrome.runtime.connect();

export const App = () => {
 return (
    <>
      <div>
        原始 URL：<input onChange={e => port.postMessage({ originalUrl: e.target.value })} />
      </div>
     <div>
        新 URL：<input onChange={e => port.postMessage({ newUrl: e.target.value })} />
      </div>
    </>
  );
};

而在 background 中，我们需要等待连接建立，之后即可监听消息，拿到对应的数据，并且处理重定向逻辑：

// background.js

let originalUrl = '';
let newUrl = '';

chrome.runtime.onConnect.addListener(port => {
 port.onMessage.addListener(message => {
   if (message.originalUrl) {
     originalUrl = message.originalUrl;
    } else if (message.newUrl) {
     newUrl = message.newUrl;
    }
  });
});

chrome.webRequest.onBeforeRequest.addListener(request => {
 if (!originalUrl || !newUrl || request.url !== originalUrl) {
   return;
  }
  return { redirectUrl: newUrl };
}, {}, ['blocking'])

一个最简单的例子就写好了。当然，要让这个例子实际能跑起来，还需要提供一个 manifest.json 给浏览器，在这个文件中声明该扩展程序的元信息，在此略过。如果你有兴趣，还可以看看官方指南（https://developer.chrome.com/docs/extensions/mv3/getstarted/），浏览器提供了丰富的 API，能够帮助你实现任何你想做的事。

虽然这个例子很简单，但是可以看到，如果要开发一个扩展程序，少不了要和消息机制打交道。对一个有实际业务逻辑的扩展程序来说，发送消息、接受消息是一个极高频的场景。

对于一个功能完整的扩展程序来说，显然不会像刚才的例子那样简单。通常来说，一个扩展程序会涉及到多个执行环境（如 content-script、 popup 等，这些都是 Chrome 提供的彼此互相独立的执行环境），同时可能提供多个功能，而 background 负责全局的状态管理和逻辑串联。在这个假设下，我们很自然的构造出如下的目录结构：

• src

• background

• module1

• index.ts

• ...

• module2

• index.ts

• ...

• index.ts

• popup

• module1

• index.ts

• ...

• module2

• index.ts

• ...

• index.ts

• content-script

• ...

首先，我们应该会在 background/index.ts里初始化我们的 background 功能，在这里开始监听全局所有的消息，再根据消息的某个标识符（这里是 port.name ）分发到对应的模块中，由这些模块处理具体的业务逻辑，整个流程和 Redux 很像：

这里使用了 rxjs，很适合处理类似消息这样的场景，当然不用也行，这不是本文的重点

import { fromEventPattern, merge } from 'rxjs';
import { module1Processer, observable1 } from './module1';
import { module2Processer, observable2 } from './module2';


// 为了保存不同执行环境发来的消息，考虑到每个 port 生成时机、消息流向等不同，不得不保存外部变量
let devtoolPort: chrome.runtime.Port | undefined;
let contentScript: chrome.runtime.Port | undefined;
let pageScriptPort: chrome.runtime.Port | undefined;

// 以下 2 个 fromEventPattern，分别处理内部、外部消息
fromEventPattern<chrome.runtime.Port>(
  handler => chrome.runtime.onConnect.addListener(handler),
  handler => chrome.runtime.onConnect.removeListener(handler)
).subscribe(port => {
  if (port.name === 'devtool') {
   devtoolPort = port;
  } else {
    //...
  }
  port.onMessage.addListener(message => {
    switch (message.type) {
      // 分发消息到具体的 module
      case module1: { module1Processer() }
      case module2: { module2Processer() }
    }
  });
})
fromEventPattern<chrome.runtime.Port>(
  handler => chrome.runtime.onConnectExternal.addListener(handler),
  handler => chrome.runtime.onConnectExternal.removeListener(handler)
).subscribe(port => {
  if (port.name === 'devtool') {
   devtoolPort = port;
  } else {
    //...
  }
 //...
})

// 有些功能需要整合多个 module 内的数据，放在这里处理
merge(observable1, observable1).pipe(...).subscribe(...)

而在 UI 部分（如 popup ）中，不出意外肯定需要调用 background 的能力，并且监听来自 background 的消息。如果使用 React 来写 UI 的话，我们可能会将这部分功能包装到顶层 Context 里，向下传递：

import { createContext, useState, useRef } from 'react';

// 手动建立连接
const port = chrome.runtime.connect({ name: BACKGROUND_MESSAGE_NAME });

const defaultStore: Store = {
  // 功能 1 的 state
  module1: {...},
  // 功能 2 的 state
  module2: {...},
  // 类似 Redux 中的 dispatch，用来传递消息，发送事件
  dispatch: {
    // 功能 1 的 action
    module1: (payload) => {
      port.postMessage({ type: MessageType.emit, payload: { ...payload, domain: 'module1' } });
    },
  // ...
  }
};
export const Context = createContext<Store>(defaultStore);

const ContextProvider = () => {
  const [store, setStore] = useState(defaultStore);
  const storeRef = useRef(defaultStore);

  useEffect(() => {
    port.onMessage.addListener(msg => {
      // 手动监听事件，根据不同的事件更新不同的 state
      switch (msg.type) {
        case MessageType.storeChanged: {
          storeRef.current = {
            ...storeRef.current,
            [msg.payload.domain]: msg.payload.store,
          };
          setStore(storeRef.current);
          break;
        }
        default:
          break;
      }
    });
    // eslint-disable-next-line react-hooks/exhaustive-deps
  }, []);
  return (
    <Context.Provider value={store}>
      <App />
    </Context.Provider>
  );
};

export default ContextProvider;

可以看到，在这种代码组织方式下，一旦功能变的复杂起来，会变的很难维护。而每当新增一个功能模块时，都少不了一大堆模板代码（监听消息并派发、UI 中初始化对应 store 等）。类比一下的话，我们在写原生 Redux 时不爽的地方，就是这里会感到不爽的地方。

通过刚才的例子，我们可以看出，在开发 Chrome 扩展程序时，处理不同执行环境下的消息流转是一件很麻烦的事。事实上，执行环境还有很多：

• background
• popup
• content-script
• page-script
• devtools

这些环境之间互相隔离，通信只能依靠 message。在实际开发过程中，我们遇到了 2 类问题：

• 框架能力缺失：社区中没有针对开发扩展程序的最佳实践，自然也就没有对应的框架能力，导致每个项目、模块之间重复建设或者逻辑混乱，例如如下这些常用模块或功能：
• 监控
• 埋点
• 日志
• 鉴权、用户信息
• 消息机制
• 实际经验缺失：由于不是经常会开发到的场景，在初次上手时踩坑是在所难免的，例如：
• content-script 插入带 iframe 的页面时执行环境错乱（this 指向问题，意外创建多实例等）
• Chrome API 在不同执行环境下可用性差异大

这里需要特别强调一下消息机制的问题，这是目前开发扩展程序面临的最大的问题。Chrome 扩展程序本身提供了基于postMessage的消息传递机制，在实际开发中遇到如下问题：

• 不同执行环境之间，需要区分内部消息和外部消息（如 page-script 和 background 通信），他们的 API 存在差异
• 建立连接的顺序：主动建立连接的一方应该是生命周期较短的一方，但是生命周期在不同的场景下可能完全相反，例如 devtool 和 page-script 之间，完全取决于 devtool 的打开关闭时机
• 并不是任意 2 个执行环境之间都可以直接建立连接，例如 page-script -> content-script -> background -> devtool，当扩展程序慢慢变的复杂起来之后，消息传递路径不明确，排查困难
• message 传递方式有多种，需要根据实际情况区分使用，例如 page-script -> content-script，即可以使用 chrome 的 API（需要 background 中转），也可以直接使用 window.postMessage
• 单条 message 最大支持的数据大小是有限的，这在大部分开发场景下不是问题，但是如果扩展程序承载的功能对此有要求，那就比较麻烦了
• message 序列化：同样是一些特殊场景下凸显的问题，消息只能传递可被序列化的数据，导致该场景下需要认真考虑序列化方案，否则带来严重的性能问题，例如：
• 循环引用
• 内存占用
• 嵌套
• 类型（object/Map/Set/Regexp/Funtion）

扩展程序中不同执行环境相互隔离这一点无法改变，但是，在每个执行环境中，开发中应该专注于自己的逻辑，不用关心事件注册、逻辑派发、公共方法调用等这些通用能力，这些东西都应该交给框架去做。

总体上来说，新的方式下，业务逻辑通过继承特定的类，获取到父类上的公共方法，这些公共方法中包装好了关于消息、日志等的逻辑，可供直接使用。基于这个想法，我们可以设计出新的编写形式：

module1/background.ts

import rxjs from 'rxjs';
import { Background } from 'browser-extension-kit/background';
import { subject, observable } from 'browser-extension-kit';

export default class MyBackground extends Background {
 constructor() {
    super();

    // 对 myObservable1$ 额外的处理逻辑
    this.myObservable1$.subscribe(data => {
      // do something with data
    });
    
    // 订阅消息
    this.on('messageID', message => {
     // ...
    });
  }

  // 接受外界传来的 id 为 'uniqueID' 的消息，并且自动转化为 mySubject 的下一个值
  @subject('uniqueID') private mySubject = new rxjs.Subject<number>();

  // 通过 @observable.popup 来声明当 myObservable1$ 发出一个值时，自动通过消息传递给 popup
  // 这个消息的默认 id 为 'MyBackground::myObservable1$'，可自定义
  @observable.popup private myObservable1$ = rxjs.from(...).pipe(
    rxjs.shareReplay(1)
  );

 // 当多个环境都需要订阅这个消息时，可以使用 @observable(['background', 'popup'])
  @observable(['background', 'popup']) private myObservable2$ = rxjs.concat(
    rxjs.from(...),
    this.mySubject
  ).pipe(
    rxjs.shareReplay(1)
  );
}

module1/popup.tsx

在 popup、devtools 等环境中，通常都是一个 React 组件，这种情况下，框架提供了相应的 hooks 来帮助实现逻辑：

import React  from 'react';
import { useMessage, usePostMessage } from 'browser-extension-kit/popup';

const App = () => {
  const active = useMessage('MyBackground::active$', null);
  const port = usePostMessage();

  const toggleActive = useCallback(() => {
    port.background('MyBackground::active', !active);
  }, [port]);

  return (
    <div>
      active: {active}
   <button onClick={toggleActive}>click me</button>
    </div>
  );
};

export default App;

可以猜到，如果要使用上述新的开发方式，核心是要在各个基类中内置处理消息的逻辑，background 负责所有消息的接受和转发，这一点依然不变，对外只暴露处理好的消息即可：

• 首先，每当 content-script/page-script/devtools/popup 加载时，框架会自动向 background  建立连接，每一个 context 下，只会建立一次连接，连接建立后的 port 会存储在中心化的 port hub 内
• 针对每个 port，系统会自动对其订阅消息，这里的 port 和 port 内的 message，全部由框架接管，不对外暴露
• 有的时候，开发者希望向某个 context 发送消息，但是对应的 context 还没有加载，考虑到这种情况，框架内部使用 rxjs 的 ReplaySubject  来中转 port 产生的 message，这样保证当一个 context 加载后，可以立即获取到加载前向这个 context 发送的消息
• background 还会生成一个 dispatcher，用来分发消息。由于所有的消息都汇集到 background 中，dispatcher 会检查每个消息的接受方，如果是 background ，则直接派发给对应的处理者，如果是其他 context，则调用 port 将该消息传递给对应的 context
• 最后，每个 context 初始化时，也会生成一个 controller，这个 controller 订阅 ReplaySubject， 用来真正处理属于自己的 message

事实上，在这种方案下，所有的消息都会由 background 中转一下，在一定程度上造成了性能损失，这也算是在简洁和性能之间的一种取舍。而对于 devtools 和 popup 这 2 个 UI 的部分，目前只考虑了在 React 下的场景。此外，虽然监控、埋点、鉴权等也是较为通用的功能，但是不同的业务也存在着不同的诉求，所以这一部分无法集成到框架中，需要业务自行实现。如果符合你的口味，可以直接安装体验一下：

npm i browser-extension-kit -S
// or
yarn add browser-extension-kit

更多使用方式和 API 可在 https://github.com/alibaba/browser-extension-kit 查看，如果感兴趣，欢迎一起交流。

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