PWA入门之路

由于项目中有个问题涉及到了Service Worker，所以找了时间去研究了一下PWA。也趁此写一篇文章总结一下。

前言：PWA作为今年最火热的技术概念之一，对提升Web应用的安全、性能和体验有着很大的意义，非常值得我们去了解与学习。

什么是PWA

PWA，全称Progressive Web App，即渐进式WEB应用， 是提升 Web App 的体验的一种新方法，能给用户原生应用的体验。它的优势主要体现在：

• 可在离线或网络较差的环境下正常打开页面。
• 安全（HTTPS）。
• 保持最新（及时更新）。
• 支持安装（添加到主屏幕）和消息推送。
• 向下兼容，在不支持相关技术的浏览器中仍可正常访问。

PWA本身其实是一个概念集合，它不是指某一项技术，而是通过一系列的Web技术与Web标准来优化Web App的安全、性能和体验。其中涉及到的一些技术概念包括但不限于：

• Web App Manifest
• Service Worker
• Cache API 缓存
• Push&Notification 推送与通知
• Background Sync 后台同步

本文主要讲一下Service Worker相关的东西。

Service Worker

1. 什么是Service Worker？

Service worker是一个注册在指定源和路径下的事件驱动worker。它采用JavaScript控制关联的页面或者网站，拦截并修改访问和资源请求，细粒度地缓存资源。你可以完全控制应用在特定情形（最常见的情形是网络不可用）下的表现。

Service worker运行在worker上下文，因此它不能访问DOM。相对于驱动应用的主JavaScript线程，它运行在其他线程中，所以不会造成阻塞。它设计为完全异步，同步API（如XHR和localStorage）不能在service worker中使用。

下图展示普通Web App与添加了Service Worker的Web App在网络请求上的差异：

2. 使用Service Worker

2.1. 注册Service Worker

在index.js文件里面注册Service Worker。

// index.js
// 注册service worker，service worker脚本文件为sw.js
if ('serviceWorker' in navigator) {
    navigator.serviceWorker.register('./sw.js').then(function () {
        console.log('Service Worker 注册成功');
    });
}

值得一提的是，Service Worker里的各类操作都被设计为异步，以避免一些长时间的阻塞操作。这些异步操作都是建立在Promise的基础上的，如果你对Promise不够了解，建议去熟悉一下Promise。传送门：Promise（ES6标准入门）

2.2. 使用Service Worker

Service Worker的生命周期

当我们注册了Service Worker后，它会经历生命周期的各个阶段，同时会触发相应的事件。整个生命周期包括了：installing --> installed --> activating --> activated --> redundant。当Service Worker安装（installed）完毕后，会触发install事件；而激活（activated）后，则会触发activate事件。

下面的例子监听了install事件

// 在sw.js里面
// 监听install事件
self.addEventListener('install', function (e) {
    console.log('Service Worker installed');
});

self是Service Worker中的一个特殊的全局变量，类似于window。self指向当前这个Service Worker。

缓存静态资源

一般情况下，我们会列出一个需要缓存的资源列表，当Service Worker install时，会将改列表的资源缓存下来。

// sw.js
var cacheName = 'v1';
var cacheFiles = [
    '/',
    './index.html',
    './index.js',
    './index.css'
];

// 监听install事件，安装完成后，进行文件缓存
self.addEventListener('install', e => {
    console.log(e);
    e.waitUntil(
        caches.open(cacheStorageKey)
        .then(cache => cache.addAll(cacheList))
        .then(_ => self.skipWaiting()) // 该函数可使新的sw.js马上生效。
    );
})

看完这段代码，你可能会有所疑惑。caches是个什么鬼东西？

caches是暴露在window作用域的一个变量，我们通过caches属性访问CacheStorage。

CacheStorage是一种新的本地存储，它的存储结构是这样的：

每个域有若干个存储模块，每个模块内可以存储若干个键值对。 它的键是网络请求（Request），值是请求对应的响应（Response）。 CacheStorage的接口集中在全局变量caches中，且仅在HTTPS协议（或localhost:*域）下可用。

我们在chrome上的devtool-application中可以看到CacheStorage的相关信息。

介绍变量caches常用方法

• open(cacheName)

  返回一个 Promise，resolve为匹配 cacheName （如果不存在则创建一个新的cache）的 Cache对象。

• keys()

  返回一个 Promise ，它将使用一个包含与 CacheStorage 追踪的所有命名 Cache对象对应字符串的数组来resolve。 使用该方法迭代所有 Cache对象的列表。

Cache对象常用方法

• match(request, options)

  返回一个 Promise对象，resolve的结果是跟 Cache对象匹配的第一个已经缓存的请求。

• add(request)

  抓取这个URL，检索并把返回的response对象添加到给定的Cache对象。这在功能上等同于调用 fetch()，然后使用 Cache.put() 将response添加到cache中。

• addAll(requests)

  抓取一个URL数组，检索并把返回的response对象添加到给定的Cache对象。

• put(request, response)

  同时抓取一个请求及其响应，并将其添加到给定的cache。

• keys(request, options)

  返回一个Promise对象，resolve的结果是Cache对象key值组成的数组。

更多详细介绍和方法请查阅MDN-CacheStorage、MDN-Cache。

看到这里你可能又会问，Request？？？Response？？？

这里跟Fetch API有着密切的关系。

Request对象，用来表示资源的请求。

Response对象，用来表示一次请求的响应数据。

详细资料传送门在这里：Request、Response

我们打印一下这两个东西，就非常明了了。

好了，接下来继续我们的Service Worker。

我们可以给 service worker 添加一个 fetch 的事件监听器，接着调用 event 上的 respondWith() 方法来劫持我们的 HTTP 响应，然后我们就可以进行一波操作了。

// sw.js
self.addEventListener('fetch', e => {
    e.respondWith(
        caches.match(e.request).then(res => {
            return res || fetch(e.request);
        })
    )
})

这里的逻辑是这样的：

1. 浏览器发起请求，请求各类静态资源（html/js/css/img）；
2. Service Worker拦截浏览器请求，并查询当前cache；
3. 若存在cache则直接返回，结束；
4. 若不存在cache，则通过fetch方法向服务端发起请求，并返回请求结果给浏览器。

最终这里就简单实现了缓存静态资源文件的目的了。

更新静态缓存资源

我们通过修改cacheName来达到更新缓存资源的目的。由于浏览器判断sw.js是否更新是通过字节方式，因此修改cacheName会重新触发install并缓存资源。此外，在activate事件中，我们需要检查cacheName是否变化，如果变化则表示有了新的缓存资源，原有缓存需要删除。

self.addEventListener('activate', e => {
    e.waitUntil(
        caches.keys().then(cacheNames => {
            return Promise.all(
                cacheNames.map(cache => {
                    if (cache !== cacheStorageKey) {
                        return caches.delete(cache);
                    }
                })
            )
        })
    )
    return self.clients.claim();
})

最后我们可以在network看到请求资源的信息。

资源来自于Service Worker，时间也是在10ms左右，可以说是非常快的加载速度了，这样的体验对用户非常友好。

2.4. Service Worker其他功能

除了缓存静态资源文件以外，Service Worker还有缓存API数据，进行消息提醒，后台同步的功能。东西很多，目前还在慢慢探索当中。

参考资料

• PWA学习手册
• [贝聊科技]PWA初探
• 使用 Service Workers