JavaScript-Tutorium:Browser

Ziel

Ziel dieses Tutoriums ist es die Grundlagen und Besonderheiten bei der JavaScript-Entwicklung im Browser zu vermitteln. Zur Veranschaulichung sind viele Code-Beispiele gegeben.

Einführung

Native vs. Host

In einer JavaScript-Umgebung existieren immer zwei unterschiedliche Arten von Objekten und Funktionen. Native Objekte werden von der JavaScript-Engine zur Verfügung gestellt und sind durch den ECMAScript-Standard abgedeckt. Host-Objekte sind hingegen nicht zwingend standardisiert und werden von der Umgebung bereitgestellt. Im Browser handelt es sich bei Host-Objekten um Schnittstellen für den Zugriff auf den Browser selbst und externe Geräte.

HTML5-Standard

Das bedeuteut, dass obwohl die Sprache selbst dem ECMAScript-Standard folgt, musste man bis vor wenigen Jahren noch davon ausgehen dass sich die verfügbaren APIs je nach Browser sehr stark unterscheiden können. Durch die steigende Entwicklungsgeschwindigkeit der Browser-Hersteller und den allgemein akzeptierten HTML5-Standard verbessert sich diese Situation jedoch zunehmend.

Heutzutage kann man davon ausgehen, dass jeweils die neuesten Versionen von Firefox, Chrome und Internet Explorer die DOM-API und viele der neu verfassten HTML5-APIs bereits standardkonform unterstützen.

Inline Code vs. externe Dateien

Eine im Browser angezeigte Web-Seite besteht meist aus HTML, CSS und JavaScript, wobei nur HTML zwingend verlangt ist. Der JavaScript-Code kümmert sich normalerweise um die dynamischen Aspekte, wie Interaktionen und das Nachladen von Inhalten.

Beim Besuch einer Website lädt der Browser das HTML-Dokument unter der angegeben URL herunter und evaluiert es. Das Dokument enthält dann wiederum optional Verweise auf CSS-Dateien, Bilder, JavaScript-Dateien und andere Medien. Neben Verweisen auf externen JavaScript-Code kann das Dokument auch Inline-Code-Blöcke enthalten. Ob es sich um externe Dateien oder Inline-Code handelt wirkt sich auf die Ladezeiten und das Caching des Browser aus, die enthaltenen Anweisungen und Ausdrücke werden jedoch nicht davon beeinflusst.

'Anmerkung: Die Reihenfolge der eingebunden Code-Blöcke und angegebenen Dateiverweise ist allerdings wichtig, da diese ebenso die Reihenfolge der Code-Ausführung darstellt.

JavaScript-Kontext

Für jede geladene Web-Seite, unabhängig davon ob sie im separaten Fenster oder als ein weiterer Tab angezeigt wird, erzeugt der Browser einen separaten und isolierten JavaScript-Kontext, in dem der geladene Code ausgeführt wird. Das bedeutet dass alle Objekte und Funktionen nur so lange am Leben sind bis die Seite neu geladen oder verlassen wird. Ein Zugriff auf andere Seiten in anderen Fenstern oder Tabs ist aus Sicherheitsgründen nicht erlaubt.

Window

Das globale Objekt window referenziert alle im Browser verfügbaren Objekte und Werte als Eigenschaften (native und host).

console.log(window.Object);
console.log(window.XMLHttpRequest);

Für den Zugriff auf globale Eigenschaften ist es nicht notwendig explizit window zu schreiben.

console.log(Date == window.Date);
console.log(new Date());

Alle nicht innerhalb von Funktionen deklarierten Variablen werden automatisch an das globale Objekt angehängt.

var globaleVariable = 'global';
var globaleFunktion = function() {};
console.log(window.globaleVariable);
console.log(window.globaleFunktion);

Modifikation von Eigenschaften

Da es sich um ein normales Objekt handelt können die meisten Eigenschaften modifiziert und auch gelöscht werden.

Anmerkung: Veränderungen von globalen Eigenschaften sind nicht sinnvoll und können schwerwiegende Fehler verursachen.

window.Object = {};
var objekt = new Object();

delete window.Array;
var array = new Array();

Das window-Objekt wird vom Browser mithilfe der Konstruktorfunktion Window erzeugt, welche auch global verfügbar ist.

console.log(window.constructor == window.Window);

Popups und Frames

Neben dem globalen Fenster-Objekt kann eine Web-Seite beliebig viele weitere window-Objekte enthalten. Dabei handelt es sich dann entweder um durch Code erzeugte Popups oder aber um Frames (besser bekannt als iframes).

window.open('https://www.google.com', 'Google im Popup', 'width=400,height=300,resizable=yes');

Frames können entweder durch das entsprechende HTML oder aber auch wie im Code gezeigt programmatisch erzeugt werden.

Browser-Schnittstellen

Abgesehen von den nativen Objekten notwendigen Objekte enthält window wichtige Browser- und Geräte-Schinttstellen. Dazu zählen zum Beispiel Funktionen um Dialoge im Browser zu öffnen oder aber sogar um Game-Controller zu verwenden.

var name = window.prompt('Wie ist Ihr Name?');
window.alert('Hello ' + name);
window.alert('Die aktuelle Seite ist ' + window.innerWidth + 'px breit');

console.log(window.Gamepad);

Eine komplette Liste der verfügbaren Eigenschaften finden Sie auf dieser MDN-Seite. In den folgenden Abschnitten werden exemplarisch ein paar wichtige Objekte im Detail beschrieben.

Beispiel für Browser-Schnittstellen

Location

location ist ein globales Objekt welches die aktuelle URL und ihre Bestandteile enthält und diese auch verändern kann. Das Objekt wird analog zum window-Objekt mithilfe der Konstruktorfunktion Location erstellt.

console.log(window.location.constructor == window.Location);

Abfragen der URL

Die Eigenschaft href enhtält die gesamte aktuelle URL. Alternativ kann auch location.toString() genutzt werden.

console.log(location.href);
console.log(location.toString()

Um einzelne Bestandteile der URL ermitteln zu können werden viele separate Eigenschaften bereitgestellt.

console.log(location.protocol);
console.log(location.host);
console.log(location.port);
console.log(location.pathname);
console.log(location.hash);

Verändern der URL

Diese Eigenschaften können nicht nur lesend genutzt werden, sondern auch um Änderungen an der aktuellen URL vorzunehmen.

Mit der Ausname von location.hash führen Änderungen der Eigenschaften zum Verlassen der aktuellen Seite.

location.protocol = 'http';
location.port = '8080';
location.hash = '#anker';
location.href = 'https://www.google.com';

Des Weiteren gibt es ein paar Funktionen um die URL zu modifizieren oder aber die Seite neuzuladen:</source>

location.assign('https://www.google.com');
location.reload(true);

History

Das globale history-Objekt ermöglicht den programmatischen Zugriff auf den Browser-Verlauf. Es werden Funktionen zur Verfügung gestellt um im Verlauf beliebig viele Schritte zurück und vorwärts zu gehen.

history.back();
history.forward();
history.go(-3);
history.go(3);

Anmerkung: Aus Sicherheitsgründen ist es nicht erlaubt auf Informationen einzelner Einträge im Verlauf zuzugreifen.

Navigator

Für detaillierte Informationen über den aktuellen Client bzw. Browser existiert das navigator-Objekt. Die meistgenutzte Eigenschaft navigator.userAgent ermöglicht das Feststellen des Browser-Herstellers.

console.log(navigator.userAgent);
console.log(navigator.battery);

Document Object Model

Im Browser können einem Fenster beliebig viele Dokumentenobjekte zugeordnet werden, mindestens aber ein Hauptdokument. Das automatisch erstellte Hauptdokument wird über die globale Variable document zur Verfügung gestellt. Die Schnittstelle für den Dokumentenzugriff wird durch das Document Object Model spezifiziert.

Objektmodell

Ein Document-Objekt repräsentiert ein vom Browser interpretiertes HTML-Dokument als Objektmodell mit einer Baumstruktur. Dabei werden Tags, Texte und Kommentare in Knoten umgewandelt, wobei Tag-Knoten wiederum Unterknoten haben können.

<html>
  <head>
    <title>Titel</title>
  </head>
  <body>
    <p>
      Text
      <!-- Kommentar -->
    </p>
    <input type="text" value="Eingabe">
    
  </body>
</html>

Das oben dargestellte Markup wird bei der Interpretation durch den Browser in folgendes Objektmodell übersetzt:

• Ein html-Knoten mit den Unterknoten head und body
• Ein head-Knoten mit dem Unterknoten title
• Ein title-Knoten mit einem Text-Unterknoten
• Ein body-Knoten mit den Unterknoten p und input
• Ein p-Knoten mit einem Text-Unterknoten und einem Kommentar-Unterknoten
• Ein input-Knoten

Tipp: Achtet man bei HTML auf eine korrekte Einrückung so ist das resultierende Objektmodell meist klar erkennbar.

Markup-Korrekturen

Es ist zu beachten, dass es sich beim Objektmodell nicht um ein eindeutiges Abbild des originalen Markups handelt. Der Unterschied wird besonders deutlich wenn man das Resultat von folgendem invalidem HTML untersucht.

<html>
  <head>
    <title>Titel</title>
  </head>
  <body>
    <table>
      <tr>
        <td>Tabelle</td>
      </tr>
    </table>
  </body>
</html>

Das Objektmodell fügt zwischen dem table- und dem tr-Knoten einen tbody-Knoten ein damit das HTML valide wird.Tipp: Im Browser kann man das Objektmodell einer Seite mit dem (DOM) Inspector der Entwicklerwerkzeuge betrachten.

Aufbau von Dokumenten

Node-Objekte

Jeder Knoten innerhalb eines Dokumentenobjekts ist direkt oder indirekt abgeleitet vom Node-Konstruktor/-Prototypen. Mit Ausnahme des Dokumentenobjekts selbst wird allen Knoten ein Dokument zugeordnet durch die ownerDocument-Eigenschaft.

Des Weiteren hat jeder Knoten einen bestimmten numerischen Typen, welcher in der Eigenschaft nodeType gespeichert wird. Die folgende Liste enthält die gängigsten Typen von Dokumentenknoten denen man bei der Arbeit mit Dokumenten begegnet:

• 1: ELEMENT_NODE
• 3: TEXT_NODE
• 8: COMMENT_NODE
• 9: DOCUMENT_NODE

Eine vollständige Referenz der Eigenschaften von Node-Objekten finden Sie auf dieser MDN-Seite.

Document-Objekte

Ein Dokument wird mit dem Document-Konstruktor erzeugt und ist selbst keinem Dokument, jedoch einem Fenster zugeordnet.

console.log(document.defaultView);
console.log(window == document.defaultView);

Das Dokument selbst repräsentiert kein HTML-Element, verweist aber auf das html-Element mit der Eigenschaft documentElement.

console.log(document.documentElement);

Mithilfe der Funktionen eines Dokuments ist es möglich neue Element-Objekte zu erstellen, einzufügen und diese zu suchen.

Element-Objekte

Jedes HTML-Tag wird in einen Knoten übersetzt welcher mit dem Element-Konstruktor erzeugt wird. Element-Objekte besitzen Schnittstellen um auf Eigenschaften eines HTML-Tags zuzugreifen und diese zu modifizieren.

console.log(document.documentElement.tagName);
console.log(document.documentElement.innerHTML);

Ebenso wie Dokumente können Element-Objekten weitere Node-Objekte als Unterknoten angehängt und nach ihnen gesucht werden.

Comment-Objekte

HTML-Kommentare werden in Comment-Objekte umgewandelt welche mit dem Comment-Konstruktor erzeugt werden.

Text-Objekte

Texte werden in Text-Objekte umgewandelt, wobei auf diese auch durch übergeordnete Elemente zugegriffen werden kann. Normalerweise wird bei der Anwendungsprogrammierung mit JavaScript nicht direkt mit Text-Knoten gearbeitet.

Erstellen von Elementen

Neue Element-Objekte werden über die Schnittstelle eines Document-Objekts unter der Angabe eines Tag-Namens erzeugt.

var absatz = document.createElement('p');
console.log(absatz.tagName);
console.log(absatz.nodeType);

Bei der Erstellung wird das neue Element dem augerufenen Dokument als zugehörig markiert durch die Eigenschaft ownerDocument.

var block = document.createElement('div');
console.log(block.ownerDocument);

Da die Schnittstelle eines Dokuments nicht mit HTML-Standards gekoppelt ist, können beliebige Tag-Namen vergeben werden.

var meinElement = document.createElement('mein-element');
console.log(meinElement);

Suchen von Elementen

Besonders wichtig bei der Arbeit mit Dokumenten ist die Suche von einzelnen oder mehreren Elementen. Aufgrund dessen haben sich die Schnittstellen für die Suche im Browser über die letzten Jahre rapide verbessert.

Vorgefertige Kriterien

Die Suche nach einem eindeutigen Element kann mithilfe einer ID ausgeführt werden, insofern das HTML-Element eine besitzt.

var inhalt = document.getElementById('inhalt');
console.log(inhalt);

Bei einer Suche wird entweder das Dokument selbst oder aber ein beliebiges Element als Ausgangspunkt verwendet.Es wird dann jeweils immer nur unterhalb des Ausgangsknotens gesucht, was sich positiv auf die Performance auswirken kann.

var inhalt = document.getElementById('inhalt');
var kommentare = inhalt.getElementById('kommentare');

Werden Elemente einer bestimmten Art gesucht so kann der Tag-Name oder aber die HTML-Klasse als Kriterium genutzt werden.

var elemente = document.getElementsByTagName('body');
console.log(elemente);

var kommentare = document.getElementsByClassName('kommentar');
console.log(kommentare.length);

Bei dieser Art von Suche wird eine NodeList als Ergebnis zurückgeliefert, ein Array-artiges Objekt von Node-Elementen.Einzelne Elemente dieser Liste können entweder über eine Funktion oder aber über einen Index abgefragt werden.

var absaetze = document.getElementsByTagName('p');
console.log(absaetze);
console.log(absaetze.item(0));
console.log(absaetze.item(0) == absaetze[0]);

Verweise

Jedes Element verweist im Sinne einer Baumstruktur auf seine übergeordneten und untergeordneten Knoten und seine Nachbaren.

var body = document.getElementsByTagName('body').item(0);
for (var i = 0; i < body.childNodes.length; i++) {
  console.log(body.childNodes[i]);
}
console.log(body.parentNode);

Diese Referenzen können genutzt werden um sich durch das Dokument zu bewegen und bestimmte Elemente zu finden.

var container = [];
var absaetze = document.getElementsByTagName('p');
for (var i = 0; i < absaetze.length; i++) {
  container.push(absaetze[i].parentNode);
}
console.log(container);

CSS-Selektoren

Die Suche mithilfe von vorgefertigen Kriterien und Verweisen auf benachbarte Elemente hat gewisse Limitierungen. Aufgrund dessen enstand durch bekannte Bibliotheken wie jQuery das Konzept von Query-Selektoren, welche heute als CSS-Selektoren standardisiert werden und in vielen Browser verfügbar sind.

Eine CSS-Selektorgruppe beschreibt eine beliebige Menge an Kriterien, die auf ein oder mehrere HTML-Elemente zutrifft. Der Name wurde so gewählt da CSS-Selektoren ebenso in Stylesheets genutzt werden um eine Menge an Elementen auszuwählen. Aufgrund der Kombinierbarkeit einzelner CSS-Selektoren ergibt sich eine sehr mächtige Suchfunktionalität.

Im Browser gibt zwei verschiedene Funktionen um Elemente mithilfe von CSS-Selektoren zu suchen:

• document.querySelector liefert das erste Element zurück welches die Kriterien erfüllt
• document.querySelectorAll liefert alle Elemente zurück welche die Kriterien erfüllen in Form einer Node-Liste

Mögliche Kriterien

Das einfachste Kriterium für einen CSS-Selektor ist die Angabe eines Tag-Namen.

var absaetze = document.querySelectorAll('p');
console.log(absaetze);

Die Angabe einer ID eines HTML-Elements erfolgt durch eine vorangestellte Raute (#).

var inhalt = document.querySelector('#inhalt');
console.log(inhalt);

Klassen-Selektoren werden durch einen vorangestellten Punkt (.) gekennzeichnet.

var kommentare = document.querySelectorAll('.kommentar');
console.log(kommentare);

Mithilfe von eckigen Klammern ([]) werden beliebige Attribute als Kriterium definiert.

var textFelder = document.querySelectorAll('[type="text"]');
console.log(textFelder);

Wird kein Attributwert vergeben, wird lediglich auf die Existenz des Attributs geprüft.

var versteckteElemente = document.querySelectorAll('[hidden]');
console.log(versteckteElemente);

Die Mächtigkeit von CSS-Selektoren ergibt sich vor allem durch die beliebige Kombinationsmöglichkeiten von Selektoren.

var wichtigeKommentare = document.querySelectorAll('.kommentar.wichtig');
console.log(wichtigeKommentare);
var versteckteAbsaetze = document.querySelectorAll('p[hidden]');
console.log(textFelder);

Es ist sogar möglich Kriterien für übergeordnete Elemente zu definieren indem man die Selektoren durch Leerzeichen trennt.

var versteckteElementeInnerhalbVonKommentaren = document.querySelectorAll('.kommentar [hidden]');

Anmerkung: Die Komplexität einer CSS-Selektorgruppe beeinflusst die Performance einer Suche. Anmerkung: Eine vollständige Erklärung der Funktionsweise von CSS-Selektoren ist nicht Ziel dieses Tutoriums. Diese Einführung dient lediglich dazu ein grundsätzliches Verständnis für den Umgang mit Selektoren zu vermitteln.

Hinzufügen von Elementen

Neu erstellte Elemente können im Dokument als untergeordnete Knoten mithilfe von appendChild() eingefügt werden.

var absatz = document.createElement('p');
document.documentElement.appendChild(absatz);

Dazu muss immer der künftig übergeordnete Knoten angesprochen werden wenn das Element an einer bestimmten Stelle landen soll.

var absatz = document.querySelector('p');
var unterAbsatz = document.createElement('p');
absatz.appendChild(unterAbsatz);

Modifizieren von Elementen

Mithilfe der entsprechenden DOM-Schnittstellen können Text, Attribute sowie das Styling von Elementen beeinflusst werden.

Ändern von Text

Ein Element-Objekt mit nur einem Text-Unterknoten stellt seinen Text über der Eigenschaft textContent zur Verfügung.

var p = document.querySelector('p');
console.log(p.textContent);

Der Text kann über diese Eigenschaft nicht nur gelesen sondern ebenso beliebig modifiziert werden.

var p = document.querySelector('p');
p.textContent = 'Hallo Welt';

Ändern von Text

Eine wesentlich mächtigere Weise um den Inhalt eines Elements zu beeinflussen stellt die Eigenschaft innerHTML dar.

var body = document.querySelector('body');
body.innerHTML = 'Hallo Welt';

Neben einfachen Text-Änderungen lässt sich mithilfe dieser Eigenschaft das gesamte enthaltene HTML beeinflussen.Anstatt also mithilfe der DOM-Schnittstelle einzelne Elemente zu erzeugen kann einfach Markup als Wert zugewiesen werden.

var body = document.querySelector('body');
body.innerHTML = '<p>Hallo <strong>Welt!</strong></p>';

Ändern von Attributen

Für den Zugriff auf die Attribute eines HTML-Elements gibt es die Funktionen getAttribute() und setAttribute(). Beide akzeptieren als erstes Argument den Namen des Attributs, der Setter akzeptiert außerdem einen zu setzenden Wert.

var absatz = document.createElement('p');
absatz.innerHTML = 'Tolle Website!';
absatz.setAttribute('class', 'kommentar');
document.querySelector('body').appendChild(p);

console.log(p.getAttribute('class'));

Außerdem kann mithilfe der Funktion hasAttribute() nach der Existenz eines Attributs gefragt werden.

var eingabefeld = document.querySelector('input[type=text]');
console.log('Ist das Eingabefeld Pflicht? ' + eingabefeld.hasAttribute('required'));

Anmerkung: Eine besondere Häufigkeit bei Attributsänderungen ist das Hinzufügen und/oder Entfernen von Klassen. Dafür gibt es in neueren Browsern die Liste classList auf jedem Element-Objekt, welche die Arbeit erleichtert.

var absatz = document.querySelector('p');
absatz.classList.push('wichtig');

Ändern von CSS-Eigenschaften

Neben dem Document Object Model existiert außerdem der CSS Object Model Standard welcher die Schnittstelle für den Zugriff auf CSS-Eigenschaften von DOM-Objekten standardisiert.

Ein jedes DOM-Element vom Typ Element besitzt eine Eigenschaft style welche alle CSS-Eigenschaften beherbergt.

var body = document.querySelector('body');
console.log(body.style.color);
console.log(body.style.padding);

Diese Eigenschaften spiegeln die in Stylesheets definierten Regeln wieder, jedoch inklusive dem kaskadierenden Charakter.Das heisst dass ein Element-Objekt nicht zwingend selbst eine color besitzt, diese jedoch für die Anzeige vererbt bekommt.

Die Eigenschaften können ebenso beliebig modifiziert werden, was zu einer sofortigen Anpassung der Darstellung führt.

var body = document.querySelector('body');
body.style.backgroundColor = '#AAF';

Löschen von Elementen

Ebenso wie neue Elemente einem Dokument hinzugefügt werden können, so können diese oder bestehende auch gelöscht werden. Dazu muss man den übergeordneten Knoten ansteuern und mithilfe von removeChild() die Entfernung durchführen.

var liste = document.querySelector('ul');
var listenelement = liste.querySelector('li');
liste.removeChild(listenelement);

Anmerkung: Ist einem der übergeordnete Knoten nicht bekannt so kann diesen mithilfe der Knotenverweise ermitteln.

var entferneKnoten = function(knoten) {
  if (!knoten.parentNode) {
    throw new Error('no parent node');
  }
  knoten.parentNode.removeChild(knoten);
}

var listenelement = document.querySelector('li');
entferneKnoten(listenelement);