漫谈 B 端的沙箱技术

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（注 1）：

a_frames.document.write(
 "<script>"+
 "var MSIE/*@cc_on =1@*/;"+ // sniff
 "parent.sandbox=MSIE?this:{eval:function(s){return eval(s)}}"+
 "<\/script>"
);

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（注 2）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：

YUI().use('dom-base', function(Y) {
 // Y 是一个新的沙箱
});

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：

YUI().use('', function(Y) {
 abc = 1234;  //<-- 这里可能导致一个全局变量'abc'被隐式地声明
});

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:

// code from yui.js
//  - mod.fn(this, name)
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：

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：

{ 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：

{ 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：

/**
* tiny sandbox framework
* mirror from YUI3 by aimingoo.
**/
function Sandbox() {
 if (!(this instanceof arguments.callee)) return new arguments.callee();
 this.mods = this.mods || {};
 this.used = {};
}

Sandbox.prototype = {
 add: function(modName, entryFunc, reqArr, useArr) {
   this.mods[modName] = { fn: entryFunc, req: reqArr, use: useArr }
 },

 use: function() { 
   var mods = [].slice.call(arguments, 0); 	// 0..length-2 is modNames
   var callback = mods.pop();  	// length-1 is callback
   var recursive_load = function(name, mod) {
     if (!this.used[name] && (mod=this.mods[name])) {
       mod.req.forEach(recursive_load, this);
       mod.fn(this, name);
       mod.use.forEach(recursive_load, this);
       this.used[name] = true;
     }
   }
   mods.forEach(recursive_load, this);
   callback(this);
 }
}

现在我们来尝试一个与 YUI 类似的语法风格：

Sandbox().use('', function(){
  alert('user code.');
});

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）：

// for test, entry of mods
f1 = function() { alert('f1') };
f2 = function() { alert('f2') };
f3 = function() { alert('f3') };

// mods for global/common env.
Sandbox.prototype.mods = {
 'core': { fn: f1, req: [], use: [] },
 'oo':   { fn: f2, req: ['core'], use: ['xml'] },
 'xml':  { fn: f3, req: [], use: [] }
}

然后再尝试在一个沙箱实例中运行代码：

// f1 -> f2 -> f3 -> user code
Sandbox().use('oo', function(){
  alert('user code.');
});

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（注 3)：

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（注 4），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。

备注

注 1： http://dean.edwards.name/weblog/2006/11/sandbox/
注 2： http://jsfiddle.net/
注 3： http://blog.csdn.net/aimingoo/archive/2009/09/08/4532496.aspx
注 4： http://mxr.mozilla.org/mozilla/source/js/narcissus/

作者简介：周爱民，国内软件开发界资深软件工程师，架构师。有十余年的软件开发、项目管理、团队建设的经验，历任部门经理、区域总经理、高级软件工程师、平台架构师等职。现任支付宝（中国）公司业务架构师。

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