最近參加 360 暑假的前端星計劃，有一個在線作業，截止日期是 3 月 30 號，讓手動實現一個 H5 手勢解鎖，具體的效果就像原生手機的九宮格解鎖那樣。
實現的最終效果就像下面這張圖這樣：
基本要求是這樣的：將密碼保存到 localStorage 里，開始的時候會從本地讀取密碼，如果沒有就讓用戶設置密碼，密碼最少為五位數，少于五位要提示錯誤。需要對第一次輸入的密碼進行驗證，兩次一樣才能保持，然后是驗證密碼，能夠對用戶輸入的密碼進行驗證。
H5 手勢解鎖
掃碼在線查看：
項目 GitHub 地址， H5HandLock 。
首先，我要說明一下，對于這個項目，我是參考別人的， H5lock 。
我覺得一個比較合理的解法應該是利用 canvas 來實現，不知道有沒有大神用 css 來實現。如果純用 css 的話，可以將連線先設置 display: none ，當手指劃過的時候，顯示出來。光設置這些應該就非常麻煩吧。
之前了解過 canvas，但沒有真正的寫過，下面就來介紹我這幾天學習 canvas 并實現 H5 手勢解鎖的過程。
準備及布局設置
我這里用了一個比較常規的做法：
(function(w){
var handLock = function(option){}
handLock.prototype = {
init : function(){},
...
}
w.handLock = handLock;
})(window)
// 使用
new handLock({
el: document.getElementById('id'),
...
}).init(); |
常規方法，比較易懂和操作，弊端就是，可以被隨意的修改。
傳入的參數中要包含一個 dom 對象，會在這個 dom 對象內創建一個 canvas。當然還有一些其他的 dom 參數，比如 message，info 等。
關于 css 的話，懶得去新建文件了，就直接內聯了。
canvas
1. 學習 canvas 并搞定畫圓
MDN 上面有個簡易的教程，大致瀏覽了一下，感覺還行。 Canvas教程 。
先創建一個 canvas ，然后設置其大小，并通過 getContext 方法獲得繪畫的上下文：
var canvas = document.createElement('canvas');
canvas.width = canvas.height = width;
this.el.appendChild(canvas);
this.ctx = canvas.getContext('2d'); |
然后呢，先畫 n*n 個圓出來：
createCircles: function(){
var ctx = this.ctx,
drawCircle = this.drawCircle,
n = this.n;
this.r = ctx.canvas.width / (2 + 4 * n) // 這里是參考的，感覺這種畫圓的方式挺合理的，方方圓圓
r = this.r;
this.circles = []; // 用來存儲圓心的位置
for(var i = 0; i < n; i++){
for(var j = 0; j < n; j++){
var p = {
x: j * 4 * r + 3 * r,
y: i * 4 * r + 3 * r,
id: i * 3 + j
}
this.circles.push(p);
}
}
ctx.clearRect(0, 0, ctx.canvas.width, ctx.canvas.height); // 為了防止重復畫
this.circles.forEach(function(v){
drawCircle(ctx, v.x, v.y); // 畫每個圓
})
},
drawCircle: function(ctx, x, y){ // 畫圓函數
ctx.strokeStyle = '#FFFFFF';
ctx.lineWidth = 2;
ctx.beginPath();
ctx.arc(x, y, this.r, 0, Math.PI * 2, true);
ctx.closePath();
ctx.stroke();
} |
畫圓函數，需要注意：如何確定圓的半徑和每個圓的圓心坐標（這個我是參考的），如果以圓心為中點，每個圓上下左右各擴展一個半徑的距離，同時為了防止四邊太擠，四周在填充一個半徑的距離。那么得到的半徑就是 width / ( 4 * n + 2) ，對應也可以算出每個圓所在的圓心坐標，也有一套公式， GET 。
2. 畫線
畫線需要借助 touch event 來完成，也就是，當我們 touchstart 的時候，傳入開始時的相對坐標，作為線的一端，當我們 touchmove 的時候，獲得坐標，作為線的另一端，當我們 touchend 的時候，開始畫線。
這只是一個測試畫線功能，具體的后面再進行修改。
有兩個函數，獲得當前 touch 的相對坐標：
getTouchPos: function(e){ // 獲得觸摸點的相對位置
var rect = e.target.getBoundingClientRect();
var p = { // 相對坐標
x: e.touches[0].clientX - rect.left,
y: e.touches[0].clientY - rect.top
};
return p;
} |
畫線：
drawLine: function(p1, p2){ // 畫線
this.ctx.beginPath();
this.ctx.lineWidth = 3;
this.ctx.moveTo(p1.x, p2.y);
this.ctx.lineTo(p.x, p.y);
this.ctx.stroke();
this.ctx.closePath();
}, |
然后就是監聽 canvas 的 touchstart 、 touchmove 、和 touchend 事件了。
3. 畫折線
所謂的畫折線，就是，將已經觸摸到的點連起來，可以把它看作是畫折線。
首先，要用兩個數組，一個數組用于已經 touch 過的點，另一個數組用于存儲未 touch 的點，然后在 move 監聽時候，對 touch 的相對位置進行判斷，如果觸到點，就把該點從未 touch 移到 touch 中，然后，畫折線，思路也很簡單。
drawLine: function(p){ // 畫折線
this.ctx.beginPath();
this.ctx.lineWidth = 3;
this.ctx.moveTo(this.touchCircles[0].x, this.touchCircles[0].y);
for (var i = 1 ; i < this.touchCircles.length ; i++) {
this.ctx.lineTo(this.touchCircles[i].x, this.touchCircles[i].y);
}
this.ctx.lineTo(p.x, p.y);
this.ctx.stroke();
this.ctx.closePath();
}, |
judgePos: function(p){ // 判斷 觸點 是否在 circle 內
for(var i = 0; i < this.restCircles.length; i++){
temp = this.restCircles[i];
if(Math.abs(p.x - temp.x) < r && Math.abs(p.y - temp.y) < r){
this.touchCircles.push(temp);
this.restCircles.splice(i, 1);
this.touchFlag = true;
break;
}
}
} |
4. 標記已畫
前面已經說了，我們把已經 touch 的點（圓）放到數組中，這個時候需要將這些已經 touch 的點給標記一下，在圓心處畫一個小實心圓：
drawPoints: function(){
for (var i = 0 ; i < this.touchCircles.length ; i++) {
this.ctx.fillStyle = '#FFFFFF';
this.ctx.beginPath();
this.ctx.arc(this.touchCircles[i].x, this.touchCircles[i].y, this.r / 2, 0, Math.PI * 2, true);
this.ctx.closePath();
this.ctx.fill();
}
} |
同時添加一個 reset 函數，當 touchend 的時候調用，400ms 調用 reset 重置 canvas。
到現在為止，一個 H5 手勢解鎖的簡易版已經基本完成。
password
為了要實現記住和重置密碼的功能，把 password 保存在 localStorage 中，但首先要添加必要的 html 和樣式。
1. 添加 message 和 單選框
為了盡可能的使界面簡潔（越丑越好），直接在 body 后面添加了：
<div id="select">
<div class="message">請輸入手勢密碼</div>
<div class="radio">
<label><input type="radio" name="pass">設置手勢密碼</label>
<label><input type="radio" name="pass">驗證手勢密碼</label>
</div>
</div> |
將添加到 dom 已 option 的形式傳給 handLock：
var el = document.getElementById('handlock'),
info = el.getElementsByClassName('info')[0],
select = document.getElementById('select'),
message = select.getElementsByClassName('message')[0],
radio = select.getElementsByClassName('radio')[0],
setPass = radio.children[0].children[0],
checkPass = radio.children[1].children[0];
new handLock({
el: el,
info: info,
message: message,
setPass: setPass,
checkPass: checkPass,
n: 3
}).init(); |
2. info 信息顯示
關于 info 信息顯示，自己寫了一個懸浮窗，然后默認為 display: none ，然后寫了一個 showInfo 函數用來顯示提示信息，直接調用：
showInfo: function(message, timer){ // 專門用來顯示 info
var info = this.dom.info;
info.innerHTML = message;
info.style.display = 'block';
setTimeout(function(){
info.style.display = '';
}, 1000)
} |
關于 info 的樣式，在 html 中呢。
3. 關于密碼
先不考慮從 localStorage 讀取到情況，新加一個 lsPass 對象，專門用于存儲密碼，由于密碼情況比較多，比如設置密碼，二次確認密碼，驗證密碼，為了方便管理，暫時設置了密碼的三種模式，分別是：
model：1 驗證密碼模式
model：2 設置密碼模式
model：3 設置密碼二次驗證
具體看下面這個圖：
這三種 model ，只要處理好它們之間如何跳轉就 ok 了，即狀態的改變。
所以就有了 initPass：
initPass: function(){ // 將密碼初始化
this.lsPass = w.localStorage.getItem('HandLockPass') ? {
model: 1,
pass: w.localStorage.getItem('HandLockPass').split('-')
} : { model: 2 };
this.updateMessage();
},
updateMessage: function(){ // 根據當前模式，更新 dom
if(this.lsPass.model == 2){
this.dom.setPass.checked = true;
this.dom.message.innerHTML = '請設置手勢密碼';
}else if(this.lsPass.model == 1){
this.dom.checkPass.checked = true;
this.dom.message.innerHTML = '請驗證手勢密碼';
}else if(this.lsPass.model = 3){
this.dom.setPass.checked = true;
this.dom.message.innerHTML = '請再次輸入密碼';
}
}, |
有必要再來介紹一下 lsPass 的格式：
this.lsPass = {
model：1, // 表示當前的模式
pass: [0, 1, 2, 4, 5] // 表示當前的密碼，可能不存在
} |
因為之前已經有了一個基本的實現框架，現在只需要在 touchend 之后，寫一個函數，功能就是先對當前的 model 進行判斷，實現對應的功能，這里要用到 touchCircles 數組，表示密碼的順序：
checkPass: function(){
var succ, model = this.lsPass.model; //succ 以后會用到
if(model == 2){ // 設置密碼
if(this.touchCircles.length < 5){ // 驗證密碼長度
succ = false;
this.showInfo('密碼長度至少為 5！', 1000);
}else{
succ = true;
this.lsPass.temp = []; // 將密碼放到臨時區存儲
for(var i = 0; i < this.touchCircles.length; i++){
this.lsPass.temp.push(this.touchCircles[i].id);
}
this.lsPass.model = 3;
this.showInfo('請再次輸入密碼', 1000);
this.updateMessage();
}
}else if(model == 3){// 確認密碼
var flag = true;
// 先要驗證密碼是否正確
if(this.touchCircles.length == this.lsPass.temp.length){
var tc = this.touchCircles, lt = this.lsPass.temp;
for(var i = 0; i < tc.length; i++){
if(tc[i].id != lt[i]){
flag = false;
}
}
}else{
flag = false;
}
if(!flag){
succ = false;
this.showInfo('兩次密碼不一致，請重新輸入', 1000);
this.lsPass.model = 2; // 由于密碼不正確，重新回到 model 2
this.updateMessage();
}else{
succ = true; // 密碼正確，localStorage 存儲，并設置狀態為 model 1
w.localStorage.setItem('HandLockPass', this.lsPass.temp.join('-')); // 存儲字符串
this.lsPass.model = 1;
this.lsPass.pass = this.lsPass.temp;
this.updateMessage();
}
delete this.lsPass.temp; // 很重要，一定要刪掉，bug
}else if(model == 1){ // 驗證密碼
var tc = this.touchCircles, lp = this.lsPass.pass, flag = true;
if(tc.length == lp.length){
for(var i = 0; i < tc.length; i++){
if(tc[i].id != lp[i]){
flag = false;
}
}
}else{
flag = false;
}
if(!flag){
succ = false;
this.showInfo('很遺憾，密碼錯誤', 1000);
}else{
succ = true;
this.showInfo('恭喜你，驗證通過', 1000);
}
}
}, |
密碼的設置要參考前面那張圖，要時刻警惕狀態的改變。
4. 手動重置密碼
思路也很簡單，就是添加點擊事件，點擊之后，改變 model 即可，點擊事件如下：
this.dom.setPass.addEventListener('click', function(e){
self.lsPass.model = 2; // 改變 model 為設置密碼
self.updateMessage(); // 更新 message
self.showInfo('請設置密碼', 1000);
})
this.dom.checkPass.addEventListener('click', function(e){
if(self.lsPass.pass){
self.lsPass.model = 1;
self.updateMessage();
self.showInfo('請驗證密碼', 1000)
}else{
self.showInfo('請先設置密碼', 1000);
self.updateMessage();
}
}) |
ps：這里面還有幾個小的 bug，因為 model 只有 3 個，所以設置的時候，當點擊重置密碼的時候，沒有設置密碼成功，又切成驗證密碼狀態，此時無法提升沿用舊密碼，原因是 model 只有三個 。
5. 添加 touchend 顏色變化
實現這個基本上就大功告成了，這個功能最主要的是給用戶一個提醒，若用戶劃出的密碼符合規范，顯示綠色，若不符合規范或錯誤，顯示紅色警告。
因為之前已經設置了一個 succ 變量，專門用于重繪。
drawEndCircles: function(color){ // end 時重繪已經 touch 的圓
for(var i = 0; i < this.touchCircles.length; i++){
this.drawCircle(this.touchCircles[i].x, this.touchCircles[i].y, color);
}
},
// 調用
if(succ){
this.drawEndCircles('#2CFF26'); // 綠色
}else{
this.drawEndCircles('red'); // 紅色
} |
那么，一個可以演示的版本就生成了，盡管還存在一些 bug，隨后會來解決。（詳情分支 password）
一些 bugs
有些 bugs 在做的時候就發現了，一些 bug 后來用手機測試的時候才發現，比如，我用 chrome 的時候，沒有察覺這個 bug，當我用 android 手機 chrome 瀏覽器測試的時候，發現當我 touchmove 向下的時候，會觸發瀏覽器的下拉刷新，解決辦法：加了一個 preventDefault ，沒想到居然成功了。
this.canvas.addEventListener('touchmove', function(e){
e.preventDefault ? e.preventDefault() : null;
var p = self.getTouchPos(e);
if(self.touchFlag){
self.update(p);
}else{
self.judgePos(p);
}
}, false) |
關于 showInfo
由于showInfo 中有 setTimeout 函數，可以看到函數里的演出為 1s，導致如果我們操作的速度比較快，在 1s 內連續 show 了很多個 info，后面的 info 會被第一個 info 的 setTimeout 弄亂，顯示的時間小于 1s，或更短。比如，當重復點擊設置手勢密碼和驗證手勢密碼，會產生這個 bug。
解決辦法有兩個，一個是增加一個專門用于顯示的數組，每次從數組中取值然后顯示。另一種解題思路和防抖動的思路很像，就是當有一個新的 show 到來時，把之前的那個 setTimeout 清除掉。
這里采用第二種思路：
showInfo: function(message, timer){ // 專門用來顯示 info
clearTimeout(this.showInfo.timer);
var info = this.dom.info;
info.innerHTML = message;
info.style.display = 'block';
this.showInfo.timer = setTimeout(function(){
info.style.display = '';
}, timer || 1000)
}, |
解決小尾巴
所謂的小尾巴，如下：
解決辦法也很簡單，在 touchend 的時候，先進行 clearRect 就 ok 了。
關于優化
性能優化一直都是一個大問題，不要以為前端不需要考慮內存，就可以隨便寫代碼。
之前在設計自己網頁的時候，用到了滾動，鼠標滑輪輕輕一碰，滾動函數就執行了幾十多則幾百次，之前也考慮過解決辦法。
優化 canvas 部分
對于 touchmove 函數，原理都是一樣的，手指一劃，就執行了 n 多次，這個問題后面在解決，先來看另一個問題。
touchmove 是一個高頻函數，看到這里，如果你并沒有仔細看我的代碼，那你對我采用的 canvas 畫圖方式可能不太了解，下面這個是 touchmove 函數干了哪些事：
- 先判斷，如果當前處于未選中一個密碼狀態，則繼續監視當前的位置，直到選中第一個密碼，進入第二步；
- 進入 update 函數，update 函數主要干四件事，重繪圓（密碼）、判斷當前位置、重繪點、重繪線；
第二步是一個很揪心的動作，為什么每次都要重繪圓，點和線呢？
上面這個圖可以很好的說明問題，因為在設置或驗證密碼的過程中，我們需要用一條線來連接觸點到當前的最后一個密碼，并且當 touchmove 的時候，能看到它們在變化。這個功能很棒，可以勾勒出 touchmove 的軌跡。
但是，這就必須要時刻刷新 canvas，性能大大地降低， 刷新的那可是整個 canvas。
因為 canvas 只有一個，既要畫背景圓（密碼），又要畫已選密碼的點，和折線。這其中好多步驟，自始至終只需要一次就好了，比如背景圓，只需在啟動的時候畫一次，已選密碼，只要當 touchCircles 新加元素的時候才會用一次，還不用重繪，只要畫就可以了。折線分成兩部分，一部分是已選密碼之間的連線，還有就是最后一個密碼點到當前觸點之間的連線。
如果有兩個 canvas 就好了，一個存儲靜態的，一個專門用于重繪。
為什么不可以有呢！
我的解決思路是，現在有兩個 canvas，一個在底層，作為描繪靜態的圓、點和折線，另一個在上層，一方面監聽 touchmove 事件，另一方面不停地重繪最后一個密碼點的圓心到當前觸點之間的線。如果這樣可以的話，touchmove 函數執行一次的效率大大提高。
插入第二個 canvas：
var canvas2 = canvas.cloneNode(canvas, true);
canvas2.style.position = 'absolute';//讓上層 canvas 覆蓋底層 canvas
canvas2.style.top = '0';
canvas2.style.left = '0';
this.el.appendChild(canvas2);
this.ctx2 = canvas2.getContext('2d'); |
要改換對第二個 ctx2 進行 touch 監聽，并設置一個 this.reDraw 參數，表示有新的密碼添加進來，需要對點和折線添加新內容， update 函數要改成這樣：
update: function(p){ // 更新 touchmove
this.judgePos(p); // 每次都要判斷
this.drawLine2TouchPos(p); // 新加函數，用于繪最后一個密碼點點圓心到觸點之間的線
if(this.reDraw){ // 有新的密碼加進來
this.reDraw = false;
this.drawPoints(); // 添加新點
this.drawLine();// 添加新線
}
}, |
drawLine2TouchPos: function(p){
var len = this.touchCircles.length;
if(len >= 1){
this.ctx2.clearRect(0, 0, this.width, this.width); // 先清空
this.ctx2.beginPath();
this.ctx2.lineWidth = 3;
this.ctx2.moveTo(this.touchCircles[len - 1].x, this.touchCircles[len - 1].y);
this.ctx2.lineTo(p.x, p.y);
this.ctx2.stroke();
this.ctx2.closePath();
}
}, |
相應的 drawPoints 和 drawLine 函數也要對應修改，由原理畫所有的，到現在只需要畫新加的。
效果怎么樣：
move 函數執行多次，而其他函數只有當新密碼加進來的時候才執行一次。
加入節流函數
之前也已經說過了，這個 touchmove 函數執行的次數比較多，盡管我們已經用兩個 canvas 對重繪做了很大的優化，但 touchmove 還是有點大開銷。
這個時候我想到了防抖動和節流，首先防抖動肯定是不行的，萬一我一直處于 touch 狀態，重繪會延遲死的，這個時候節流會好一些。 防抖和節流 。
先寫一個節流函數：
throttle: function(func, delay, mustRun){
var timer, startTime = new Date(), self = this;
return function(){
var curTime = new Date(), args = arguments;
clearTimeout(timer);
if(curTime - startTime >= mustRun){
startTime = curTime;
func.apply(self, args);
}else{
timer = setTimeout(function(){
func.apply(self, args);
}, delay)
}
}
} |
節流函數的意思：在延遲為 delay 的時間內，如果函數再次觸發，則重新計時，這個功能和防抖動是一樣的，第三個參數 mustRun 是一個時間間隔，表示在時間間隔大于 mustRun 后的一個函數可以立即直接執行。
然后對 touchmove 的回調函數進行改造：
var t = this.throttle(function(e){
e.preventDefault ? e.preventDefault() : null;
e.stopPropagation ? e.stopPropagation() : null;
var p = this.getTouchPos(e);
if(this.touchFlag){
this.update(p);
}else{
this.judgePos(p);
}
}, 16, 16)
this.canvas2.addEventListener('touchmove', t, false) |
關于 delay 和 mustRun 的時間間隔問題，web 性能里有一個 16ms 的概念，就是說如果要達到每秒 60 幀，間隔為 1000/60 大約為 16 ms。如果間隔大于 16ms 則 fps 會比 60 低。
鑒于此，我們這里將 delay 和 mustRun 都設為 16，在極端的情況下，也就是最壞的情況下，或許需要 15 + 15 = 30ms 才會執行一次，這個時候要設置兩個 8 才合理，不過考慮到手指活動是一個連續的過程，怎么可能會每 15 秒執行一次，經過在線測試，發現設置成 16 效果還不錯。
性能真的能優化嗎，我們來看兩個圖片，do 和 wantdo 表示真實執行和放到節流函數中排隊準備執行。
當 touchmove 速度一般或很快的時候：
當 touchmove 速度很慢的時候：
可以看出來，滑動過程中，速度一般和快速，平均優化了一半，慢速效果也優化了 20 到 30% 之間，平時手勢鎖解鎖時候，肯定速度很快。可見，節流的優化還是很明顯的。
關鍵是，優化之后的流程性，沒有受到任何影響。
這個節流函數最終還是出現了一個 bug：由于是延遲執行的，導致 e.preventDefault 失效，在手機瀏覽器向下滑會出現刷新的情況，這也算事件延遲的一個危害吧。
解決辦法：在節流函數提前取消默認事件：
throttle: function(func, delay, mustRun){
var timer, startTime = new Date(), self = this;
return function(e){
if(e){
e.preventDefault ? e.preventDefault() : null; //提前取消默認事件，不要等到 setTimeout
e.stopPropagation ? e.stopPropagation() : null;
}
...
}
} |