前言
最近公司業(yè)務(wù)服務(wù)老出bug，各路大佬盯著鏈路圖找問題找的頭昏眼花。某天大佬丟了一張圖過來“我們做一個(gè)資源拓?fù)鋱D吧，方便大家找bug”。
就是這個(gè)圖，應(yīng)該是馬爸爸家的
好吧，來仔細(xì)瞧瞧這個(gè)需求咋整呢。一圈資源圍著一個(gè)中心的一個(gè)應(yīng)用，用曲線連接起來，曲線中段記有應(yīng)用與資源間的調(diào)用信息。emmm 這個(gè)看起來很像女神在遛一群舔狗... 啊不，是 d3.js 力導(dǎo)向圖！
d3.js 力導(dǎo)向圖
d3.js 是著名的數(shù)據(jù)可視化基礎(chǔ)工具，他提供了基本的將數(shù)據(jù)映射至網(wǎng)頁元素的能力，同時(shí)封裝了大量實(shí)用的數(shù)據(jù)操作函數(shù)與圖形算法。其中力導(dǎo)向圖（Force-Directed Graph）是 d3.js 提供的一種十分經(jīng)典的繪圖算法。通過在二維空間里配置節(jié)點(diǎn)和連線，在各種各樣力的作用下，節(jié)點(diǎn)間相互碰撞和運(yùn)動并在這個(gè)過程中不斷地降低能量，最終達(dá)到一種能量很低的安定狀態(tài)，形成一種穩(wěn)定的力導(dǎo)向圖。
d3.js 力導(dǎo)向圖中默認(rèn)提供了 5 種作用力（以最新的 5.x 為準(zhǔn)）：
中心力（Centering）
中心力作用于所有的節(jié)點(diǎn)而不是某些單獨(dú)節(jié)點(diǎn)，可以將所有的節(jié)點(diǎn)的中心一致的向指定的位置移動，而且這種移動不會修改速度也不會影響節(jié)點(diǎn)間的相對位置。
碰撞力（Collision）
碰撞力將每個(gè)節(jié)點(diǎn)視為一個(gè)具有一定半徑的圓，這個(gè)力會阻止代表節(jié)點(diǎn)的這個(gè)圓相互重疊，即兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間會相互碰撞，可以通過設(shè)置 strength 設(shè)置這個(gè)碰撞力的強(qiáng)度。
彈簧力（Links）
當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)通過設(shè)置 link 連接到一起后，可以設(shè)置彈簧力，這個(gè)力將根據(jù)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的距離將兩個(gè)節(jié)點(diǎn)拉近或推遠(yuǎn)，力的強(qiáng)度和這個(gè)距離成比例就和彈簧一樣。
電荷力（Many-Body）
通過設(shè)置 strength 來模擬所有節(jié)點(diǎn)間的相互作用力，如果為正節(jié)點(diǎn)間就會相互吸引，可以用來模擬電荷吸引力，如果為負(fù)節(jié)點(diǎn)間就會相互排斥。這個(gè)力的大小也和節(jié)點(diǎn)間的距離有關(guān)。
定位力（Positioning）
這個(gè)力可以將節(jié)點(diǎn)沿著指定的維度推向一個(gè)指定位置，比如通過設(shè)置 forceX 和 forceY 就可以在 X軸 和 Y軸 方向推或者拉所有的節(jié)點(diǎn)，forceRadial 則可以形成一個(gè)圓環(huán)把所有的節(jié)點(diǎn)都往這個(gè)圓環(huán)上相應(yīng)的位置推。
回到這個(gè)需求上，其實(shí)可以把應(yīng)用、所有的資源與調(diào)用信息都看成節(jié)點(diǎn)，資源之間通過一個(gè)較弱的彈簧力與調(diào)用信息連接起來，同時(shí)如果應(yīng)用與資源間的調(diào)用有來有往，則在這兩個(gè)調(diào)用信息之間加上一個(gè)較強(qiáng)的彈簧力。
ok說干就干
// 所有代碼基于 typescript，省略部分代碼type INode = d3.SimulationNodeDatum & { id: string label: string; isAppNode?: boolean;};type ILink = d3.SimulationLinkDatum<INode> & { strength: number;};const nodes: INode[] = [...]; const links: ILink[] = [...];const container = d3.select('container');const svg = container.select('svg') .attr('width', width) .attr('height', height);const html = container.append('div') .attr('class', styles.HtmlContainer);// 創(chuàng)建一個(gè)彈簧力，根據(jù) link 的 strength 值決定強(qiáng)度const linkForce = d3.forceLink<INode, ILink>(links) .id(node => node.id) // 資源節(jié)點(diǎn)與信息節(jié)點(diǎn)間的 strength 小一點(diǎn)，信息節(jié)點(diǎn)間的 strength 大一點(diǎn) .strength(link => link.strength);const simulation = d3.forceSimulation<INode, ILink>(nodes) .force('link', linkForce) // 在 y軸 方向上施加一個(gè)力把整個(gè)圖形壓扁一點(diǎn) .force('yt', d3.forceY().strength(() => 0.025)) .force('yb', d3.forceY(height).strength(() => 0.025)) // 節(jié)點(diǎn)間相互排斥的電磁力 .force('charge', d3.forceManyBody<INode>().strength(-400)) // 避免節(jié)點(diǎn)相互覆蓋 .force('collision', d3.forceCollide().radius(d => 4)) .force('center', d3.forceCenter(width / 2, height / 2)) .stop();// 手動調(diào)用 tick 使布局達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)for (let i = 0, n = Math.ceil(Math.log(simulation.alphaMin()) / Math.log(1 - simulation.alphaDecay())); i < n; ++i) { simulation.tick();}const nodeElements = svg.append('g') .selectAll('circle') .data(nodes) .enter().append('circle') .attr('r', 10) .attr('fill', getNodeColor);const labelElements = svg.append('g') .selectAll('text') .data(nodes) .enter().append('text') .text(node => node.label) .attr('font-size', 15);const pathElements = svg.append('g') .selectAll('line') .data(links) .enter().append('line') .attr('stroke-width', 1) .attr('stroke', '#E5E5E5');const render = () => { nodeElements .attr('cx', node => node.x!) .attr('cy', node => node.y!); labelElements .attr('x', node => node.x!) .attr('y', node => node.y!); pathElements .attr('x1', link => link.source.x) .attr('y1', link => link.source.y) .attr('x2', link => link.target.x) .attr('y2', link => link.target.y);}render(); 效果如下：
ok 已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)啦，那就這樣啦，等后臺同學(xué)實(shí)現(xiàn)一下接口就可以上線啦，日均UV兩位數(shù)的產(chǎn)品要啥自行車，有的看就不錯(cuò)了（手動二哈）。
當(dāng)然不行了，有這么一個(gè)都市傳說，中臺產(chǎn)品的好用與否與離職率高低成相關(guān)關(guān)系。本來需要打開資源拓?fù)鋱D就是一件很🤢的事了，再看到這么一款體驗(yàn)極差的產(chǎn)品，感覺分分鐘就要離職了。為了給我司年交易額兩萬億的長遠(yuǎn)目標(biāo)添磚加瓦，我們來看看有啥需要改進(jìn)的地方。
至少字給我居中吧
注意到我們的字都是左下角定位到節(jié)點(diǎn)中心的，這是因?yàn)槲覀兪褂玫氖?svg 的 text 元素，默認(rèn)情況下給 text 元素設(shè)置的 x 和 y 代表了 text 元素 baseLine 的起始位置。當(dāng)然我們可以通過直接設(shè)置 dx 與 dy 設(shè)置一個(gè)偏移量來完成居中的問題，但考慮到 svg 元素相比普通的 html 元素畢竟還是有所限制，并不方便將來的擴(kuò)展啥的，所以我們索性把所有的圓點(diǎn)與文字都換成 html 元素。
...const nodeElements = html.append('div') .selectAll('div') .data(nodes.filter(node => node.isAppNode)) .enter().append('div') // css modules .attr('class', styles.NodeItem) .html((node: INode) => { return `<p>${node.id}</p>`; });const labelElements = html.append('div') .selectAll('div') .data(nodes.filter(node => !node.isAppNode)) .enter().append('div') // css modules .attr('class', styles.LabelItem) .html(node => ` <p>${node.label}</p> <p>Avada Kedavra!</p> `);...const render = () => { nodeElements .attr('style', (node) => { return `transform: translate3d(calc(${node.x}px - 50%), calc(${node.y}px - 50%), 0);`; }); labelElements .attr('style', (node) => { return `transform: translate3d(calc(${node.x}px - 50%), calc(${node.y}px - 50%), 0);`; });}效果如下：
字都居中了！
這個(gè)線怎么跟激光似的，一點(diǎn)也不像在遛舔狗
再來看看這個(gè)線，我們一開始是把所有代表彈簧力的線段當(dāng)成直線就畫上去了，但這樣看起來很生硬效果很差。實(shí)際上我們需要的是一條自然的曲線把資源節(jié)點(diǎn)和應(yīng)用節(jié)點(diǎn)連接起來，同時(shí)穿過信息節(jié)點(diǎn)，所以問題就變成了如何穿過三個(gè)點(diǎn)畫一條曲線。
要畫曲線自然要用到 svg 的 path 元素和他的 d 繪制指令，關(guān)于怎么用 path 畫曲線，這里和MDN上都有很詳細(xì)的教程。在具體實(shí)際項(xiàng)目應(yīng)用中，一般來說貝塞爾曲線會比較難把控也比較難獲得較好的效果，所以我們使用 A 指令來畫這個(gè)弧線。
使用 A 指令畫弧線，需要知道的元素有：x軸半徑，y軸半徑，弧形旋轉(zhuǎn)角度，角度大小flag，弧線方向flag，弧形的終點(diǎn)。那在已知三個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)的情況下，怎么求出這些元素呢？是時(shí)候復(fù)習(xí)一波三角函數(shù)了。
已知 A、B、C 坐標(biāo)（xaya、xbyb、xcyc），則可求得 a、b、c 長度（Math.sqrt((x1-x2)2 - (y1-y2)2），再根據(jù)余弦定理可求得∠C，再根據(jù)正弦定理可得r，具體參看代碼：
type IVisualLink = { id: string; start: number[]; middle: number[]; end: number[]; arcPath: string; hasReverseVisualLink: boolean;};const visualLinks: IVisualLink[] = [...];function dist(a: number[], b: number[]) { return Math.sqrt( Math.pow(a[0] - b[0], 2) + Math.pow(a[1] - b[1], 2));}...const pathElements = svg.append('g') .selectAll('path') .data(visualLinks) .enter().append('path') .attr('fill', 'none') .attr('stroke-width', 1) .attr('stroke', '#E5E5E5');...const render = () => { ... nodes // 過濾出所有的信息節(jié)點(diǎn) .filter(node => !node.isAppNode) .forEach((node) => { ... // 根據(jù)信息節(jié)點(diǎn)的信息得到對應(yīng)的 visualLink 對象 index const idx = findVisualLinkIndex(node) visualLinks[idx].start = [source.x!, source.y!]; visualLinks[idx].middle = [node.x!, node.y!]; visualLinks[idx].end = [target.x!, target.y!]; const A = visualLinks[idx].start; const B = visualLinks[idx].end; const C = visualLinks[idx].middle; const a = dist(B, C); const b = dist(C, A); const c = dist(A, B); // 余弦定理求得∠C const angle = Math.acos((a * a + b * b - c * c) / (2 * a * b)); // 正弦定理求得外接圓半徑 const r = _.round(c / Math.sin(angle) / 2, 4); // 角度大小flag，因?yàn)槲覀円氖菞l弧線而不是一個(gè)殘缺的圓，所以恒為0 const laf = 0; // 弧線方向flag，根據(jù)AB的斜率判斷C在AB線的那一邊，再確定弧線方向 const saf = +((B[0] - A[0]) * (C[1] - A[1]) - (B[1] - A[1]) * (C[0] - A[0]) < 0); const arcPath = ['M', A, 'A', r, r, 0, laf, saf, B].join(' '); visualLinks[idx].arcPath = arcPath; }); pathElements .attr('d', (link) => { return link.arcPath; });}效果如下：
這些線一對A都沒有，分不清正反啊
應(yīng)用與資源間的關(guān)系，是有方向的，大部分情況下是應(yīng)用調(diào)用資源，也有情況會有雙向的調(diào)用，除了文字意外，我們還需要加上箭頭來表明是誰在調(diào)用誰。怎么加這個(gè)箭頭呢？svg 的 path 元素有一個(gè) marker-end 屬性，通過設(shè)置這個(gè)屬性可以可以將一個(gè) svg 元素繪制到 path 元素最后的向量上。
// 在 svg 元素中添加一個(gè) marker 元素<svg> <marker id="arrow" viewBox="-10 -10 20 20" markerWidth="20" markerHeight="20" orient="auto" > <path d="M-6.75,-6.75 L 0,0 L -6.75,6.75" fill="none" stroke="#E5E5E5" /> </marker></svg>...const pathElements = svg.append('g') .selectAll('path') .data(visualLinks) .enter().append('path') .attr('fill', 'none') // 設(shè)置 marker-end 屬性 .attr('marker-end', 'url(#arrow)') .attr('id', link => link.id) .attr('stroke-width', 1) .attr('stroke', '#E5E5E5');...但直接這樣寫的話，效果會很差，為啥呢？因?yàn)槲覀?path 元素的起點(diǎn)與終點(diǎn)是節(jié)點(diǎn)的中心點(diǎn)，直接這樣的話箭頭都在節(jié)點(diǎn)上面，如圖：
看到中間那朵菊花沒
所以我們沒法直接通過加這個(gè)屬性來加上箭頭，我們需要對 path 做一些處理，對 path 線段去頭去尾。那怎么做呢？還好有巨佬已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了一種算法，算出兩個(gè) path 元素之間的交點(diǎn)，因此我們可以在算出原 arcPath 后，再算出這條弧線與節(jié)點(diǎn)外一個(gè)大一點(diǎn)的圓的交點(diǎn)，再把原 arcPath 的起點(diǎn)與終點(diǎn)移到這兩個(gè)點(diǎn)上。
import intersect from 'path-intersection';const render = () => { ... nodes // 過濾出所有的信息節(jié)點(diǎn) .filter(node => !node.isAppNode) .forEach((node) => { ... // 根據(jù)信息節(jié)點(diǎn)的信息得到對應(yīng)的 visualLink 對象 index const idx = findVisualLinkIndex(node) visualLinks[idx].start = [source.x!, source.y!]; visualLinks[idx].middle = [node.x!, node.y!]; visualLinks[idx].end = [target.x!, target.y!]; const A = visualLinks[idx].start; const B = visualLinks[idx].end; const C = visualLinks[idx].middle; const a = dist(B, C); const b = dist(C, A); const c = dist(A, B); // 余弦定理求得∠C const angle = Math.acos((a * a + b * b - c * c) / (2 * a * b)); // 正弦定理求得外接圓半徑 const r = _.round(c / Math.sin(angle) / 2, 4); // 角度大小flag，因?yàn)槲覀円氖菞l弧線而不是一個(gè)殘缺的圓，所以恒為0 const laf = 0; // 弧線方向flag，根據(jù)AB的斜率判斷C在AB線的那一邊，再確定弧線方向 const saf = +((B[0] - A[0]) * (C[1] - A[1]) - (B[1] - A[1]) * (C[0] - A[0]) < 0); const origArcPath = ['M', A, 'A', r, r, 0, laf, saf, B].join(' '); const raidus = NODE_RADIUS; const startCirclePath = [ 'M', A, 'm', [-raidus, 0], 'a', raidus, raidus, 0, 1, 0, [raidus * 2, 0], 'a', raidus, raidus, 0, 1, 0, [-raidus * 2, 0], ].join(' '); const endCirclePath = [ 'M', B, 'm', [-raidus, 0], 'a', raidus, raidus, 0, 1, 0, [raidus * 2, 0], 'a', raidus, raidus, 0, 1, 0, [-raidus * 2, 0], ].join(' '); const startIntersection = intersect(origArcPath, startCirclePath)[0]; const endIntersection = intersect(origArcPath, endCirclePath)[0]; const arcPath = [ 'M', [startIntersection.x, startIntersection.y], 'A', r, r, 0, laf, saf, [endIntersection.x, endIntersection.y], ].join(' '); visualLinks[idx].arcPath = arcPath; }); pathElements .attr('d', (link) => { return link.arcPath; }); ...}
效果已經(jīng)很接近了！
字疊到一起啦，臣妾看不清啊
到這一步整體效果其實(shí)已經(jīng)差不多了，但追求完美的我們怎么可能到此為止呢？仔細(xì)看看這個(gè)圖，因?yàn)檎{(diào)用信息是一個(gè)方盒而不是原型的節(jié)點(diǎn)，如果應(yīng)用和資源間有來有往，那這個(gè)字很容易疊到一起。可以嘗試調(diào)整碰撞力（Collision）和彈簧力（Links）來讓他們別疊到一起，不過試下來發(fā)現(xiàn)調(diào)整這兩個(gè)系數(shù)很容易把整個(gè)圖弄得亂七八糟的。那咋辦呢？我們就要到此為止了嗎？不妨換個(gè)思路，如果應(yīng)用與資源間有來有往，則這個(gè)連接信息就不放到中間點(diǎn)，而是放到開始三分之一處。
說的挺好，我咋知道開始三分之一處在哪？
還好這種「復(fù)雜」的數(shù)學(xué)問題，前人已經(jīng)幫我們探索的差不多了。svg 標(biāo)準(zhǔn)里定義了 SVGGeometryElement.getTotalLength 與 SVGGeometryElement.getPointAtLength 兩個(gè)方法，通過這兩個(gè)方法我們可以獲得 path 路徑的全長，和某一長度時(shí)點(diǎn)的位置。不過這兩個(gè)方法都是附在 DOM 元素上的，直接調(diào)用有點(diǎn)麻煩，還好有PureJS 的實(shí)現(xiàn)：
import { svgPathProperties } from 'svg-path-properties';...render = () => { ... labelElements .attr('style', (link) => { const properties = svgPathProperties(link.arcPath); const totalLength = properties.getTotalLength(); const point = properties.getPointAtLength( link.hasReverseVisualLink ? totalLength / 3 : totalLength / 2, ); return `transform: translate3d(calc(${point.x}px - 50%), calc(${point.y}px - 50%), 0);`; }); ...}最終效果：
還差一點(diǎn)
效果做到這已經(jīng)差不多了，不過還有一些不完美的地方
感覺這兩個(gè)問題都算是力導(dǎo)布局的固有缺陷，可能那張圖的實(shí)現(xiàn)根本和力導(dǎo)布局沒啥關(guān)系呢😂。不過我們使用力導(dǎo)布局也可以實(shí)現(xiàn)不錯(cuò)的效果，這種 edge case 可以慢慢來解決了就。
總結(jié)
以上就是這篇文章的全部內(nèi)容了，希望本文的內(nèi)容對大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值，如果有疑問大家可以留言交流，謝謝大家對武林網(wǎng)的支持。
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