【Mermaid.js 深度解析—— 一个快速生成图表的工具】
Mermaid.js 深度解析（一）：核心概念与基础应用
一、Mermaid 是什么？
Mermaid 是一个基于 JavaScript 的图表生成库，允许通过简单的文本语法创建多种类型的可视化图表。其核心特点是 “Diagrams as Code”（代码即图表），开发者可以用纯文本的方式描述图表结构，由引擎自动渲染为可交互的矢量图形。
二、核心特性
| 特性 | 说明 | 示例场景 |
|---|---|---|
| 文本驱动 | 用类 Markdown 语法定义图表 | 版本控制友好的文档 |
| 多图表支持 | 支持流程图、时序图、甘特图等 30+ 类型 | 技术文档、系统设计 |
| 跨平台 | 浏览器、Node.js、VS Code 等均可使用 | 博客嵌入、CI/CD 文档生成 |
| 可定制化 | 主题、样式、布局均可配置 | 企业品牌风格适配 |
| 自动化集成 | 可与 Puppeteer 等工具结合 | 自动化报告生成 |
三、工作原理
用户 Mermaid 渲染引擎 输入文本语法 解析为抽象语法树 生成绘图指令 输出SVG/Canvas 用户 Mermaid 渲染引擎
- 解析阶段：将文本转换为结构化数据（AST）
- 布局计算：确定节点位置和连接关系
- 渲染输出：生成最终矢量图形（默认 SVG）
四、基础语法示例
4.1 流程图
```mermaid
graph TD
A[开始] --> B{条件判断}
B -->|是| C[执行操作]
B -->|否| D[结束]
```
是
否
开始
条件判断
执行操作
结束
4.2 时序图
```mermaid
sequenceDiagram
participant 用户
participant 系统
用户->>系统: 登录请求
系统-->>用户: 返回令牌
```
用户 系统 登录请求 返回令牌 用户 系统
4.3 类图
```mermaid
classDiagram
class Animal {
+String name
+void eat()
}
class Dog {
+void bark()
}
Animal <|-- Dog
```
Animal
+String name
+void eat()
Dog
+void bark()
五、为什么选择 Mermaid？
与传统工具对比
| Mermaid | Visio | Draw.io | |
|---|---|---|---|
| 协作效率 | Git 友好 | 文件冲突 | 需手动同步 |
| 维护成本 | 改文本自动更新 | 需重新调整图形 | 需重新调整图形 |
| 自动化能力 | 支持 CI/CD 集成 | 无 | 有限 |
| 学习曲线 | 30 分钟掌握基础 | 2小时+ | 1小时+ |
六、典型应用场景
- 技术文档：
GitHub/GitLab 的 README 文件直接渲染图表 - 敏捷开发：
在用户故事描述中嵌入流程图 - 系统设计：
用时序图描述微服务交互 - 数据分析：
自动生成数据流向图 - 教学演示：
动态生成算法示意图
七、技术背景与发展历程
7.1 诞生背景
### 1.1 诞生背景
Mermaid 的诞生源于以下技术需求：
1. **文档即代码**趋势的兴起
2. 传统绘图工具的局限性：
- Visio：商业软件，协作困难
- Draw.io：需要手动调整布局
- PlantUML：需要服务端支持
3. 开发者对可视化方案的核心诉求：
- 版本控制友好
- 可读性优先
- 自动化流程集成
- 跨平台渲染
八、核心架构解析
8.1 技术架构图
用户输入
解析器
抽象语法树
布局引擎
渲染器
输出SVG
8.2 模块组成
interface MermaidAPI {
parse(text: string): void;
render(
id: string,
text: string,
cb?: (svgCode: string) => void
): Promise<string>;
initialize(config: MermaidConfig): void;
// ...其他方法
}
九、基础应用示例
9.1 浏览器端基础使用
DOCTYPE html>
<html>
<body>
<div class="mermaid">
graph TD A[开始] --> B(处理流程) B --> C{判断条件} C -->|是| D[执行操作] C
-->|否| E[结束]
div>
<script src="https://cdn.jsdelivr.net/npm/[email protected]/dist/mermaid.min.js">script>
<script>
mermaid.initialize({ startOnLoad: true });
script>
body>
html>
9.2 Node.js 服务端渲染
import { create } from "mermaid-render";
const mermaid = create({
securityLevel: "loose",
theme: "forest",
});
const svg = await mermaid.render(
"diagram-1",
`
sequenceDiagram
用户->>+服务器: 请求数据
服务器-->>-用户: 返回响应
`
);
十、关键技术原理
10.1 解析流程
输入文本
Lexer词法分析
Parser语法解析
生成AST
布局计算
生成绘图指令
SVG渲染
10.2 样式继承机制
/* 自定义主题示例 */
.mermaid {
font-family: "Roboto Mono";
background-color: #f8f9fa;
path {
stroke: #2c3e50;
}
.node rect {
fill: #3498db;
stroke-width: 2px;
}
}
五、核心语法手册
5.1 流程图（Flowchart）
```mermaid
graph TD
A[开始] --> B{条件判断}
B -->|是| C[执行操作]
B -->|否| D[结束]
是
否
开始
条件判断
执行操作
结束
语法要素：
graph方向：TD（上下）/LR（左右）- 节点类型：
[]矩形 /()圆角 /{}菱形 - 连接线：
-->实线 /-.->虚线 /==>粗线
5.2 时序图（Sequence Diagram）
```mermaid
graph TD
A[开始] --> B{条件判断}
B -->|是| C[执行操作]
B -->|否| D[结束]
```
用户 系统 登录请求 返回令牌 重新请求 loop [重试机制] 用户 系统
特殊语法：
alt/else条件分支par并行操作critical关键区域
5.3 类图（Class Diagram）
```mermaid
classDiagram
class Animal {
+String name
+void eat()
}
class Dog {
+void bark()
}
Animal <|-- Dog
Dog "1" *-- "0..n" Bone : 拥有
拥有
1
0..n
Animal
+String name
+void eat()
Dog
+void bark()
Bone
关系表示：
- 继承：
<|-- - 组合：
*-- - 聚合：
o--
六、API 核心方法
6.1 初始化配置
mermaid.initialize({
startOnLoad: true,
theme: "dark",
flowchart: {
curve: "basis",
},
securityLevel: "loose",
});
关键配置项：
theme: 主题（default/forest/dark/neutral）fontFamily: 全局字体logLevel: 调试日志级别
6.2 动态渲染
const render = async (elementId, code) => {
const { svg } = await mermaid.render(elementId, code);
document.getElementById("output").innerHTML = svg;
};
// 示例调用
render("demo", "graph TD\nA-->B");
七、高级技巧
7.1 性能优化
// 预编译图表
// build-diagrams.js
const fs = require('fs');
const { create } = require('mermaid-render');
async function build() {
const mermaid = create();
const diagrams = fs.readdirSync('./src/diagrams');
for (const file of diagrams) {
const code = fs.readFileSync(`./src/diagrams/${file}`, 'utf8');
const { svg } = await mermaid.render(file, code);
// 输出到 public 目录
fs.writeFileSync(`./public/diagrams/${file.replace('.mmd','.svg')}`, svg);
}
}
build();
// 使用 Web Worker
**主线程代码**：
```javascript
// 主线程
const worker = new Worker('mermaid-worker.js');
// 发送渲染请求
worker.postMessage({
type: 'render',
config: {
theme: 'dark',
fontSize: 16
},
code: 'graph TD\nA-->B'
});
// 接收结果
worker.onmessage = (e) => {
if (e.data.type === 'svg') {
document.getElementById('output').innerHTML = e.data.svg;
}
};
Worker 线程代码 (mermaid-worker.js)：
// worker.js
importScripts('https://cdn.jsdelivr.net/npm/[email protected]/dist/mermaid.min.js');
self.onmessage = async (e) => {
if (e.data.type === 'render') {
// 初始化配置
mermaid.initialize({
...e.data.config,
startOnLoad: false
});
try {
// 服务端渲染模式
const { svg } = await mermaid.render('worker-diagram', e.data.code);
self.postMessage({ type: 'svg', svg });
} catch (err) {
self.postMessage({ type: 'error', message: err.message });
}
}
};
7.2 常见问题解决
问题1：Worker 中报错 “window is undefined”
解决：使用 mermaid-render 替代浏览器版：
import { create } from 'mermaid-render';
const mermaid = create();
// ...其余代码不变
问题2：预编译 SVG 样式丢失
解决：内联 CSS 样式：
const { svg } = await mermaid.render('diagram', code);
const styledSVG = svg.replace(', ' 问题3：图表更新后缓存未失效
解决：添加版本哈希：
function getCacheKey(code) {
return `${sha1(code)}-${mermaid.version}`;
}
问题4：中文显示异常
解决：指定中文字体
<style>
.mermaid {
font-family: "Microsoft YaHei", sans-serif;
}
style>
7.3 主题定制
/* 自定义主题 */
.mermaid {
--bg-color: #2d2d2d;
--text-color: #f8f8f2;
--node-color: #3498db;
}
/* 动态切换主题 */
document.querySelector('#dark-mode').addEventListener('click', () => {
mermaid.initialize({ theme: 'dark' });
mermaid.reload();
});
7.4 调试技巧
// 开启调试模式
mermaid.initialize({ logLevel: 1 });
// 捕获解析错误
mermaid.parseError = (err, hash) => {
console.error("Mermaid Error:", err.message);
showErrorToast(err.message);
};
7.5 复杂图表渲染慢
优化策略：
- 分阶段渲染
- 使用
will-change: transformCSS 属性 - 启用 GPU 加速：
.mermaid svg {
transform: translateZ(0);
}
八、企业级应用方案
8.1 智能文档系统
流程图
表格
用户输入
AI分析
类型判断
Mermaid渲染
Markdown转换
PDF生成
技术栈：
- 前端：React + Mermaid.js
- 后端：Node.js + Puppeteer
- 存储：MongoDB（存储原始文本）
智能文档生成系统架构
Markdown
结构化数据
用户输入
AI分析
Mermaid预处理
模板引擎
图表渲染服务
文档组装
PDF/DOCX生成
输出分发
8.2 实时协作平台
// 使用 Yjs 实现协同编辑
const ydoc = new Y.Doc();
const ytext = ydoc.getText("mermaid");
ytext.observe((event) => {
renderDiagram(ytext.toString());
});
// 集成 Mermaid
const renderDiagram = debounce(async (code) => {
const { svg } = await mermaid.render("collab-diagram", code);
document.getElementById("canvas").innerHTML = svg;
}, 300);
以下是第二部分，重点解析服务端渲染与无头浏览器集成方案：
Mermaid.js 深度解析（二）：服务端渲染与自动化集成
九、服务端渲染技术方案
9.1 核心挑战
1. 环境差异：
- 缺少浏览器DOM API
- 字体渲染差异
- 异步加载资源限制
2. 性能要求：
- 高并发处理
- 内存泄漏预防
- 渲染缓存策略
3. 功能完整性：
- CSS样式继承
- 外部资源加载
- 交互功能模拟
9.2 技术选型对比
| 方案 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|
| Puppeteer | 完整浏览器环境 | 资源消耗大 |
| JSDOM | 轻量快速 | 缺少布局计算 |
| Mermaid-cli | 官方工具链 | 定制能力有限 |
| Canvas 模拟 | 高性能 | 样式兼容性问题 |
十、Puppeteer 集成最佳实践
10.1 基础渲染流程
const puppeteer = require("puppeteer");
async function renderMermaid(mermaidCode) {
const browser = await puppeteer.launch();
const page = await browser.newPage();
await page.setContent(`
${mermaidCode}
`);
await page.evaluate(() => {
mermaid.initialize({ startOnLoad: true });
});
// 等待渲染完成
await page.waitForSelector(".mermaid svg");
const svg = await page.$eval(".mermaid", (el) => el.innerHTML);
await browser.close();
return svg;
}
10.2 性能优化方案
// 共享浏览器实例
let _browser;
async function getBrowser() {
if (!_browser) {
_browser = await puppeteer.launch({
headless: "new",
args: ["--no-sandbox", "--disable-setuid-sandbox"],
});
}
return _browser;
}
// 缓存页面池
const pagePool = [];
async function getPage() {
if (pagePool.length > 0) return pagePool.pop();
const browser = await getBrowser();
const page = await browser.newPage();
await page.setViewport({ width: 1200, height: 800 });
return page;
}
// 释放资源
function releasePage(page) {
pagePool.push(page);
}
十一、常见问题解决方案
11.1 图表渲染不完整
现象：部分图形元素缺失或错位
诊断步骤：
// 调试代码
await page.screenshot({ path: "debug.png" });
const logs = await page.evaluate(() => {
return Array.from(document.querySelectorAll(".mermaid")).map((el) => {
return {
width: el.offsetWidth,
height: el.offsetHeight,
computedStyle: window.getComputedStyle(el),
};
});
});
console.log("Layout metrics:", logs);
解决方案：
- 显式设置容器尺寸
- 添加渲染完成检查：
await page.waitForFunction(
() => {
return (
document.querySelectorAll('.mermaid[data-processed="true"]').length > 0
);
},
{ timeout: 5000 }
);
11.2 字体加载异常
处理方案：
// 预加载字体
await page.addStyleTag({
content: `
@font-face {
font-family: 'MermaidFont';
src: url('data:font/ttf;base64,${fontBase64}');
}
`,
});
// 强制字体设置
await page.evaluate(() => {
const style = document.createElement("style");
style.textContent = `
.mermaid * {
font-family: 'MermaidFont' !important;
}
`;
document.head.appendChild(style);
});
以下是第三部分，重点解析插件开发与安全防护
Mermaid.js 深度解析（三）：扩展开发与安全实践
十二、插件开发指南
12.1 插件架构设计
MermaidAPI
+registerDiagrams()
+registerRenderer()
+setConfig()
CustomPlugin
+id: string
+install(api: MermaidAPI)
12.2 自定义图形实现
// 交通信号灯图形插件
const trafficLightDiagram = {
id: "trafficLight",
parser: {
parse: (text) => {
const states = text.split("->");
return { transitions: states };
},
},
renderer: (diagram, api) => {
const circles = ["red", "yellow", "green"]
.map(
(color, i) =>
`${30 + i * 40} " r="15" fill="${color}"/>`
)
.join("");
return `${circles}`;
},
};
// 注册插件
mermaid.registerDiagrams([trafficLightDiagram]);
十三、安全防护方案
13.1 XSS 防范措施
// 安全渲染配置
mermaid.initialize({
securityLevel: "strict", // 可选 'loose'|'strict'|'antiscript'
secure: true,
flowchart: {
htmlLabels: false, // 禁用HTML标签
},
});
// 输入过滤函数
function sanitizeMermaidCode(input) {
return input.replace(/[<>"&]/g, (m) => {
return {
"<": "<",
">": ">",
"&": "&",
'"': """,
}[m];
});
}
13.2 沙箱化渲染方案
const { VM } = require("vm2");
async function safeRender(code) {
const vm = new VM({
timeout: 1000,
sandbox: {},
eval: false,
});
return vm.run(`
const mermaid = require('mermaid');
mermaid.initialize({ securityLevel: 'strict' });
mermaid.render('graph', \`${code}\`);
`);
}
十四、自动化测试策略
14.1 视觉回归测试
const { expect } = require("chai");
const pixelMatch = require("pixelmatch");
describe("Mermaid渲染测试", () => {
it("流程图应正确渲染", async () => {
const svg1 = await renderMermaid("graph TD;A-->B");
const svg2 = await loadBaseline("flowchart.png");
const diff = pixelMatch(svg1, svg2, null, 800, 600);
expect(diff).to.be.below(100); // 允许100个像素差异
});
});
14.2 语法兼容性测试
const testCases = [
{
input: "graph TD\nA-->B",
should: "生成2个节点和1个连线",
assert: (svg) => {
const nodes = svg.match(/]+class="node" /g);
expect(nodes).to.have.lengthOf(2);
},
},
// 更多测试用例...
];
十五、源码解析
15.1 解析器核心逻辑
// src/diagrams/flowchart/parser.ts
class FlowchartParser {
parse(text: string) {
const tokens = this.lexer.tokenize(text);
this.parser.input = tokens;
const ast = this.parser.flowchart();
this.validate(ast);
return ast;
}
private validate(ast: AST) {
if (!ast.nodes.length) {
throw new Error("流程图必须包含至少一个节点");
}
}
}
15.2 布局引擎原理
// src/diagrams/flowchart/renderer.js
function layout(ast) {
const ranks = {};
// 层级计算
ast.edges.forEach((edge) => {
const fromRank = ranks[edge.from] || 0;
ranks[edge.to] = Math.max(ranks[edge.to] || 0, fromRank + 1);
});
// 节点位置计算
const positions = {};
Object.keys(ranks).forEach((node) => {
positions[node] = {
x: ranks[node] * 200,
y: Math.random() * 100, // 模拟简单布局
};
});
return positions;
}
十六、未来发展趋势
16.1 技术演进方向
1. 智能化：
- AI辅助图表生成
- 自动布局优化
2. 三维化：
- WebGL集成
- AR/VR支持
3. 协同化：
- 实时协作编辑
- 版本对比工具
16.2 生态整合趋势
Mermaid
VS Code
Obsidian
GitLab
Notion
ChatGPT插件
十七、学习资源
- 官方文档：https://mermaid.js.org
- 在线编辑器：https://mermaid.live
- VS Code 插件：Mermaid Markdown Syntax Highlighting
- 交互教程：https://mermaid-js.github.io/mermaid/#/Tutorials
十八、扩展资源
- 官方示例库: https://mermaid.js.org/examples/
- 交互式教程: https://mermaidjs.github.io/mermaid-live-editor/
- 企业案例集: https://github.com/mermaid-js/mermaid-use-cases
项目优化建议：
- 在项目中添加沙箱渲染模式
- 实现基于插件的自定义图表支持
- 建立自动化测试流水线
- 添加版本兼容性层（支持旧版语法）