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前端编程提高之旅（八）----D3.js数据可视化data join解析

2014-10-23 20:16 411 查看

D3.js作为一门轻型的可视化类库，非常便于将数据与web界面元素绑定，实现可视化。乐帝d3.js入门是大体看了一遍《d3js数据可视化实战》这本书，D3操作非常类似于jquery的使用，具体体现在两点：

选择器模块都采用CSS3标准
方法可以链式调用

有了jquery使用基础，相信再加上以上书籍的例子，调试很容易上手使用D3.js，乐帝目前认为D3.js与jquery区别在于：D3.js独有的数据结构概念及对SVG操作方便的实现。而深入理解D3原理，以上皮毛的理解就不够用了。
通过阅读上述书籍乐帝将D3内容划了几大块来分开理解：
DOM操作包括：

选择器模块（select、selectAll等方法）及如何实现链式调用。
节点模块（append、remove等方法实现）
样式模块（attr、style等方法实现）

数据绑定相关方法：

data方法
enter、exit等方法

比例尺：

值域与输出域的实现

更新、过渡、动画方法：

transition方法及连带duration、ease、delay等方法

事件：

即绑定事件

而后通读API发现对于理解D3.js实现机理有一些关键概念，这里关键概念涉及selection、data join、group、transition等。而乐帝读API最大心得在于，在没有一个大体概念时，千万不要去触碰源码，还是按部就班读API吧，读不懂把文档翻译一遍就懂了，乐帝是这么做的。

这篇文章乐帝主要想讨论data join，但在讨论之前，还是需要补充下基本概念。
D3.js独有关键概念是selection，乐帝将其翻译成元素集。它表示从当前文档获取的元素数组。它定义了一种数据结构，或者说是对原有dom文档数据结构的修改。有了元素集之后，就可以对元素执行常规操作了，诸如属性、样式、参数、文档内容等。
selection存在的意义在于，是它将页面元素与数据实现绑定连接，连接的数据又可以产生enter和exit子元素集，因此能够反映数据的变化，用于添加或移除元素。
D3支持方法链，操作方法返回值是元素集，从这一句话，我们知道不管如何具体实现链式操作，我们知道返回的是元素集就够了。
乐帝最近思考，整个web世界甚至整个世界，由两种力量驱动：数据与人。而某些高深思想或许能把人也归结为数据。D3是这两种力量的典型，数据驱动展现，人驱动交互。脱离人与数据，D3的代码，只是一堆分离的函数而已。D3紧紧拥抱数据，这就是其最大特点。
selection介绍完了，我们开始介绍data join概念。
由上所述，D3是数据驱动，而元素集是沟通数据与元素的集合，而data join的概念又是代表数据与元素结合三种状态的概念，由此看来，data join在D3中属于核心概念。
《以data join概念思考》这篇文章给出了对data join比较简明易懂的陈述。
在D3中任何时候，数据与页面元素都有三种关系：数据与元素绑定时，即一一对应，这样构成的selection状态叫update selection；没有元素与之对应的数据构成的selection叫enter selection；没有数据与之对应的元素构成的selection叫exit selection，它代表将要被移除的元素集。
如下图：

从字面上理解，D3对数据的推崇可谓毫无节操，有数据没元素叫enter，有元素没数据叫exit，代表要被踢出去的元素。
下面来看一段代码例子：

svg.selectAll("circle")
    .data(data)
  .enter().append("circle")
    .attr("cx", function(d) { return d.x; })
    .attr("cy", function(d) { return d.y; })
    .attr("r", 2.5);

首先来看第一句svg.selectAll("circle")，它返回空的元素集，因为SVG容器是空的。

然后上述空元素集与数据结合，构成新的元素集，包含enter、update、exit三种状态。因为元素集是空的，所以update和exit元素集为空，而enter状态的元素集，则包括五个占位符元素。

selection.enter后，返回enter元素集，此时为五个绑定数据的对象。

最后append("circle")一步，使得enter元素集实现与元素一一对应，没错构造成了上述的update元素集状态。
由上述例子不难看出，给页面对象添加子对象不用for循环，而是采取data join的概念，用意在于，在静态展现的基础上，对update及exit做微小改动，就可以使它实现动态展现。这就意味着你可以看实时数据，允许数据集合的交互行为及温和过渡效果展现。
任何时候运行代码，都会重新计算data join，从而保证数据与元素预期的关系。
data join允许我们队指定状态进行操作，比如，可是设置常数值在enter上，而不是update上，通过重新选择元素最小化改变原有dom，大大提升渲染效率。
下面乐帝展示一个对各个状态data join操作的例子：
起始HTML：

<div>update</div>
<div>exit</div>

起始D3代码：

var dataset =["enter", "hello"];
var key = function(d) { 
  return d || this.textContent;
}
var duration = 750;
var div = d3.select("body").selectAll("div")
    .data(dataset,key);

此时data join 三个状态：

如上图，不难分析得到，此时data join三状态：update元素集为空，enter元素集已经有数据绑定，exit元素集有两个div元素，在第二张图中innerHTML属性中，发现恰恰是初始化HTML的两个div元素，这里采用了键函数（key）方法，键函数被调用了四次，前两次调用的是已有的div数据调用，后两次则是enter状态元素集数据调用。
接下来对exit元素集操作：

// // 1. exit
var exitTransition = d3.transition().duration(750).each(function() {
  div.exit()
      .style("background", "red")
    .transition()
      .style("opacity", 0)
      .remove();//移除节点
});

不难得出结论，是原有两个div将要被移除，在页面及内存中清除。
接下来对enter的操作，这里update为空，故第二步update操作并没有实际意义。

// 2. update
var updateTransition = exitTransition.transition().each(function() {
  div.transition()
      .style("background", "orange");
});
// 3. enter
var enterTransition = updateTransition.transition().each(function() {
  div.enter().append("div")
      .text(function(d) { return d; })
      .style("opacity", 0)
    .transition()
      .style("background", "green")
      .style("opacity", 1);
});

第三步对enter元素集的操作，使其与元素绑定，并设置成绿色。
乐帝在调试期间还发现了另外的情况：
一开始js代码是这样的：

var dataset =["enter", "update"];
var key = function(d) { 
  return d || this.textContent;
}
var duration = 750;
var div = d3.select("body").selectAll("div")
    .data(dataset,key);

即dataset有一个元素与已存在的div文本内容相同，又由于键函数是处理的是dataset与div文本内容的集合，经过运行如下：

与之上比较不难发现，这里update元素集有一个元素，enter元素集有一个enter状态元素。另看exit元素集：

exit及enter都少了一个对应状态的对象，这里乐帝猜测d3应该是将每个键值函数返回数据进行了查重操作，将两个“update”文本数据合并成一个update状态元素了。
执行1.exit代码，此时只有exit文本的div被移除。执行2.update代码时，update文本的div被设置为背景为橘***。最后执行3.enter代码时，背景色为绿色的div被加入到文档。

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