構(gòu)建 Web 應(yīng)用之 Service Worker 初探

這次體驗(yàn)一種新的博客風(fēng)格，我們長(zhǎng)話短說，針針見“血”。

備馬

在深入 Service Worker 之前，我們需要快速回顧如下基礎(chǔ)。

誕生之初，JavaScript 是單線程的。

進(jìn)程有私有的虛擬地址空間、代碼、數(shù)據(jù)和其它系統(tǒng)資源，進(jìn)程申請(qǐng)創(chuàng)建和使用的系統(tǒng)資源會(huì)隨其終止而銷毀。線程運(yùn)行在進(jìn)程之中，系統(tǒng)創(chuàng)建進(jìn)程之后就開始啟動(dòng)執(zhí)行進(jìn)程的主線程，并隨主線程的退出而終止。

JavaScript 作為瀏覽器腳本語言，為方便準(zhǔn)確無誤的操作 DOM，誕生之初便采用了單線程的方式。舉個(gè)例子，若多線程同時(shí)分別刪除和修改同一個(gè) DOM，我們很難預(yù)知其執(zhí)行結(jié)果。

但單線程中，必須通過異步和回調(diào)來優(yōu)化耗時(shí)操作。

我們?cè)诰W(wǎng)頁上提交一個(gè)表單，并不希望在提交后頁面卡頓，一直等待服務(wù)端返回的提交結(jié)果。這時(shí)我們需要能在單線程中發(fā)送異步請(qǐng)求，點(diǎn)擊提交表單后可以先在頁面進(jìn)行其他操作。

Ajax 讓我們可以向后端發(fā)送異步請(qǐng)求，同時(shí)不影響用戶在界面中繼續(xù)操作。當(dāng) Ajax 接收到服務(wù)端的響應(yīng)之后，便通過回調(diào)函數(shù)執(zhí)行之后的操作。一個(gè)典型的異步 Ajax 實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)景如下：

// 生成可發(fā)送同步/異步請(qǐng)求的 XMLHttpRequest 對(duì)象實(shí)例
var oReq = new XMLHttpRequest();
// open 方法初始化請(qǐng)求方法、地址，第三個(gè)參數(shù) true 聲明進(jìn)行異步請(qǐng)求
oReq.open("GET", "http://www.itdecent.cn/", true);
// 請(qǐng)求的整個(gè)過程中有五種狀態(tài)，且同一時(shí)刻只能存在一種狀態(tài)：
// 1. 未打開
// 2. 未發(fā)送
// 3. 已獲取響應(yīng)體
// 4. 正在下載響應(yīng)體
// 5. 請(qǐng)求完成
// 當(dāng)請(qǐng)求狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，觸發(fā) onreadystatechange 會(huì)被調(diào)用
oReq.onreadystatechange = function (oEvent) {
  // 如果已經(jīng)開始下載響應(yīng)體了
  if (oReq.readyState === 4) {
    // 如果響應(yīng)體成功下載，并且服務(wù)端返回 200 狀態(tài)碼
    if (oReq.status === 200) {
      // 打印響應(yīng)信息
      console.log(oReq.responseText);
    } else {
      console.log("Error", oReq.statusText);
    }
  }
};
// send 方法發(fā)送請(qǐng)求，由于此請(qǐng)求是異步的，該方法立刻返回
oReq.send(null);

當(dāng)我們的多個(gè)請(qǐng)求需要依賴于上一個(gè)請(qǐng)求的服務(wù)端響應(yīng)時(shí)，回調(diào)函數(shù)中 Ajax 的層級(jí)逐步提高，可維護(hù)性極度下降，這就是回調(diào)地獄。

I Promise U that I`ll Marry U!!!

Promise 由 ES6 標(biāo)準(zhǔn)原生支持。正如題名，Promise 作出諾言，也要因此承擔(dān)成功(fulfilled)或失敗(rejected)的結(jié)果，以便解決回調(diào)地獄問題：

// 生成一個(gè) Promise 實(shí)例，傳入有特定的兩個(gè)參數(shù)的匿名函數(shù)
// Promise 初始狀態(tài)是 pending
// resolve 被調(diào)用時(shí)，將 Promise 狀態(tài)改為成功(fulfilled)
// reject 被調(diào)用時(shí)，將 Promise 狀態(tài)改為失敗(rejected)
// 該匿名函數(shù)拋出錯(cuò)誤時(shí)，Promise 狀態(tài)為失敗(rejected)
var a = new Promise(function(resolve, reject) {
  // setTimeout() 模擬異步請(qǐng)求，成功后執(zhí)行 resolve() 方法
  setTimeout(function() {
      resolve('1')
  }, 2000)
})

a.then(function(val){
    // then() 有兩個(gè)函數(shù)作為參數(shù)，onfulfilled 和 onrejected
    // 當(dāng) Promise 狀態(tài)為 fulfilled 時(shí)，調(diào)用 then 的 onfulfilled 方法
    // 當(dāng) Promise 狀態(tài)為 rejected 時(shí)，調(diào)用 then 的 onrejected 方法
    console.log(val)
    // then() 方法返回 Promise 對(duì)象實(shí)例，所以可被鏈?zhǔn)秸{(diào)用
    return new Promise(function(resolve, reject) {
      setTimeout(function() {
          resolve('2')
      }, 2000)
    })
  })
  .then(function(val) {
    // 鏈?zhǔn)秸{(diào)用的第二個(gè)環(huán)節(jié)，處理上一個(gè)環(huán)節(jié)返回的 Promise 對(duì)象
    console.log(val)
  })

Promise 對(duì)象的生命周期如下圖。

除了異步編程，我們還可以有 Web Worker。

通過異步編程，我們的頁面可以邊響應(yīng)用戶的下一步操作邊等待服務(wù)端的回應(yīng)，不再擁有阻塞感，但 JavaScript 的單線程問題并沒有得到相應(yīng)的解決。通過 HTML 5 標(biāo)準(zhǔn)支持的 Web Worker，我們可以為 JavaScript 創(chuàng)建運(yùn)行在后臺(tái)的額外線程，并被多個(gè)頁面共享。

在一個(gè)簡(jiǎn)單的 Web Worker 實(shí)例中，main.js 和 task.js 的源碼如下。

// main.js
// 實(shí)例化 Worker 對(duì)象，其實(shí)質(zhì)為新創(chuàng)建的工作線程在主線程的引用
var worker = new Worker("task.js")
// postMessage 方法與新創(chuàng)建的工作線程通信
worker.postMessage({
        id:1,
        msg:'Hello World'
});
// 當(dāng) Worker 線程返回?cái)?shù)據(jù)時(shí)，onmessage 回調(diào)函數(shù)執(zhí)行
worker.onmessage = function(message) {
    var data = message.data;
    console.log(JSON.stringify(data))
    // terminate 方法終止 worker 線程的運(yùn)行
    worker.terminate()
};
// 當(dāng) Worker 線程出錯(cuò)時(shí)，onerror 回調(diào)函數(shù)執(zhí)行
// error 參數(shù)中封裝了錯(cuò)誤對(duì)象的文件名、出錯(cuò)行號(hào)和具體錯(cuò)誤信息
worker.onerror = function(error) {
    console.log(error.filename, error.lineno, error.message)
}

// task.js
onmessage = function(message) {
    var data = message.data
    data.msg = 'Hi from task.js'
    postMessage(data)
}

在 Chrome 瀏覽器里，以上代碼必須運(yùn)行在 Web 容器如 Apache 中。同時(shí)，WebKit 內(nèi)核加載并執(zhí)行 Worker 線程的流程如下圖所示。

上述知識(shí)點(diǎn)的詳盡博客盡請(qǐng)期待，您可以先查閱其它資料進(jìn)行補(bǔ)充。

沖鋒

Service Worker 基于 Web Worker 事件驅(qū)動(dòng)。

Service Worker 同樣可以在瀏覽器后臺(tái)掛起新線程，來緩解 JavaScript 的單線程問題。并且，我們可以用 Service Worker 攔截網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求進(jìn)行本地緩存或請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)，相當(dāng)于充當(dāng)服務(wù)端與瀏覽器、瀏覽器與 Web 應(yīng)用程序之間的代理服務(wù)器。

Service Worker 帶來了速度，極大的提高了用戶體驗(yàn)。

  • Service Worker 可有效加快重復(fù)訪問網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的速度。
  • 擁有攔截請(qǐng)求、消息推送、靜默更新、地理圍欄等服務(wù)。
  • 可以在客戶端通過 indexedDB API 保存持久化信息。

Service Worker 大量使用 Promise 對(duì)象。

因?yàn)橥ǔ?Service Worker 會(huì)等待響應(yīng)后繼續(xù)，并根據(jù)響應(yīng)返回一個(gè)成功或者失敗的操作。Promise 非常適合這種場(chǎng)景。

零、Service Worker 的生命周期。

所謂生命周期，包括 Service Worker 的注冊(cè)、安裝、激活、控制和銷毀時(shí)的全部過程。我們需要對(duì) Service Worker 的生命周期有所了解。

  • 先決條件：
    • 瀏覽器支持：Service Worker。
    • 在 localhost 域或 HTTPS 域下運(yùn)行：介于我們能夠通過使用 Service Worker 劫持連接、編撰以及過濾響應(yīng)來進(jìn)行權(quán)限較高的操作。
  • 注冊(cè)：注冊(cè)過程獨(dú)立于網(wǎng)頁，先在頁面執(zhí)行注冊(cè)，之后在瀏覽器后臺(tái)啟動(dòng)安裝步驟。
  • 安裝：通常需要緩存某些靜態(tài)資源。當(dāng)所有文件已成功緩存，則安裝完畢。如果任何文件下載失敗或緩存失敗，則安裝失敗，無法激活。
  • 激活：管理就緩存的絕佳機(jī)會(huì)。激活后它將會(huì)對(duì)作用域頁面實(shí)時(shí)控制，不過首次注冊(cè)該服務(wù)工作線程的頁面需要再次加載才會(huì)受其控制。
  • 控制時(shí)：處于兩種狀態(tài)之一：
    • ①、終止以節(jié)省內(nèi)存；
    • ②、監(jiān)聽獲取 fetch 和消息 message 事件。
  • 銷毀：由瀏覽器決定，因此盡量不要留存全局變量。
初始安裝時(shí)的簡(jiǎn)化聲明周期

一、注冊(cè) Service Worker。

當(dāng)瀏覽器對(duì) Service Worker 提供原生支持時(shí)，我們便可以在頁面加載后注冊(cè)指定的 JavaScript 文件，并運(yùn)行在后臺(tái)線程之中，以下代碼是這一過程的實(shí)例。

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
  <title>ServiceWorker</title>
</head>
<body>
  <h1>Hello World!</h1>
  <script>
    // 檢查瀏覽器是否對(duì) serviceWorker 有原生支持
    if ('serviceWorker' in navigator) {
      // 有原生支持時(shí)，在頁面加載后開啟新的 Service Worker 線程，從而優(yōu)化首屏加載速度
      window.addEventListener('load', function() {
      // register 方法里第一個(gè)參數(shù)為 Service Worker 要加載的文件；第二個(gè)參數(shù) scope 可選，用來指定 Service Worker 控制的內(nèi)容的子目錄
        navigator.serviceWorker.register('./ServiceWorker.js').then(function(registration) {
          // Service Worker 注冊(cè)成功
          console.log('ServiceWorker registration successful with scope: ', registration.scope);
        }).catch(function(err) {
          // Service Worker 注冊(cè)失敗
          console.log('ServiceWorker registration failed: ', err);
        });
      });
    }
  </script>
</body>
</html>

這里通過 php 內(nèi)置命令監(jiān)聽項(xiàng)目目錄，便能看到 Service Worker 注冊(cè)成功。同時(shí)，在 Chrome 瀏覽器里，可以訪問 chrome://inspect/#service-workers和 chrome://serviceworker-internals/ 來檢查 Service Worker 是否已經(jīng)啟用。

二、安裝 Service Worker。

安裝階段，我們可以執(zhí)行任何任務(wù)。這里我們逐步打開緩存、緩存文件和確認(rèn)所有需要的資產(chǎn)是否緩存。ServiceWorker.js 中的實(shí)例安裝代碼如下：

var CACHE_NAME = 'my-site-cache-v1';
var urlsToCache = [
  '/',
  '/styles/main.css',
  '/script/main.js'
];

self.addEventListener('install', function(event) {
  // Perform install steps
  event.waitUntil(
    caches.open(CACHE_NAME)
      .then(function(cache) {
        console.log('Opened cache');
        return cache.addAll(urlsToCache);
      })
  );
});

這要求我們?cè)谂c項(xiàng)目根目錄下建立 main.js 和 main.css 空文件。我們可以在 Chrome 開發(fā)者工具里的“Application”菜單的“Cache Storage”中看到相應(yīng)的緩存。并且在圖中的“Service Workers”選項(xiàng)卡中看到正在運(yùn)行的 Service Workers。

且從上面的代碼可以看到，通過 Service Worker 對(duì)象加載的文件擁有全局變量 caches 等，并且 self 關(guān)鍵字指向這個(gè)對(duì)象本身。cache 使我們可以存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)發(fā)來的資源，并且根據(jù)它們的請(qǐng)求來生成 key。這個(gè) API 和瀏覽器的標(biāo)準(zhǔn)的緩存工作原理很相似，且會(huì)持久存在，直到我們釋放主動(dòng)空間——我們擁有全部的控制權(quán)。

三、激活 Service Worker。

當(dāng) Service Worker 安裝成功后，便被激活，這時(shí)可實(shí)時(shí)控制作用域中的所有網(wǎng)站，進(jìn)行緩存文件等操作。不過首次使用 Service Worker 的頁面需要再次加載才會(huì)受其控制。

四、控制 Service Worker

以下列舉幾個(gè)常見的 Service Worker 應(yīng)用場(chǎng)景。

1. 文件緩存

self.addEventListener('fetch', function(event) {
  event.respondWith(
    // 以下方法檢視請(qǐng)求，并從服務(wù)工作線程所創(chuàng)建的任何緩存中查找緩存的結(jié)果。
    caches.match(event.request)
      .then(function(response) {
        console.log(event.request)
        console.log(caches)
        // 如果發(fā)現(xiàn)匹配的響應(yīng)，則返回緩存的值
        if (response) {
          return response;
        }
        return fetch(event.request);
      }
    )
  );
});

通過上述文件緩存過程，我們可以告訴 Service Worker 如何使用這些緩存文件，并通過 fetch 事件來捕獲。fetch 事件只會(huì)在瀏覽器準(zhǔn)備請(qǐng)求 Service Worker 控制的資源時(shí)才會(huì)被觸發(fā)。這些資源包括了指定的 scope 內(nèi)的文檔，和這些文檔內(nèi)引用的其他任何資源。

2. 多頁面?zhèn)鬟f消息

我們可以打開多個(gè) https://nzv3tos3n.qnssl.com/message/msg-demo.html 測(cè)試頁面來進(jìn)行測(cè)試，效果如下。

其中，index.js 源碼為：

(function () {
    if (navigator.serviceWorker) {
        // 獲取頁面 DOM 元素
        var msgIpt = document.getElementById('ipt'),
            showArea = document.getElementById('show'),
            sendBtn = document.getElementById('sendBtn');

        navigator.serviceWorker.register('service-worker3.js');

        navigator.serviceWorker.addEventListener('message', function (event) {
            // 接受數(shù)據(jù)，并填充在 DOM 中
            showArea.innerHTML = showArea.innerHTML + ('<li>' + event.data.message + '</li>');
        });

        sendBtn.addEventListener('click', function () {
            // 綁定點(diǎn)擊事件，點(diǎn)擊后發(fā)送數(shù)據(jù)
            navigator.serviceWorker.controller.postMessage(msgIpt.value);
            msgIpt.value = '';
        });
    }
})();

3. 更新 Service Worker

每次用戶導(dǎo)航至使用 Service Worker 的站點(diǎn)時(shí)，瀏覽器會(huì)嘗試在后臺(tái)重新下載該腳本文件。這時(shí)新的 Service Worker 將會(huì)在后臺(tái)安裝，并在第二次訪問時(shí)獲取控制權(quán)，為了不與新的 Service Worker 緩存的文件沖突，我們可以使用類似 caches.open('v2') 語句來創(chuàng)建新的緩存目錄。

this.addEventListener('install', function(event) {
  event.waitUntil(
    // 創(chuàng)建新的緩存目錄，并指定
    caches.open('v2').then(function(cache) {
      return cache.addAll([
        '/sw-test/',
        '/sw-test/index.html',
        …
      ]);
    });
  );
});

當(dāng)新的 Service Worker 激活，記得刪除 v1 緩存目錄，代碼如下。

this.addEventListener('activate', function(event) {
  // 聲明緩存白名單，該名單內(nèi)的緩存目錄不會(huì)被生成
  var cacheWhitelist = ['v2'];
  event.waitUntil(
    // 傳給 waitUntil() 的 promise 會(huì)阻塞其他的事件，直到它完成
    // 確保清理操作會(huì)在第一次 fetch 事件之前完成
    caches.keys().then(function(keyList) {
      return Promise.all(keyList.map(function(key) {
        if (cacheWhitelist.indexOf(key) === -1) {
          return caches.delete(key);
        }
      }));
    })
  );
});

4. 預(yù)緩存

Service Worker 也可以在后臺(tái)主動(dòng)發(fā)送請(qǐng)求，優(yōu)化用戶體驗(yàn)，圖片來源于《餓了么的 PWA 升級(jí)實(shí)踐》。

5. Service Worker 支持的所有事件

五、銷毀 Service Worker

瀏覽器決定是否銷毀 Service Worker。在無痕瀏覽中，當(dāng)頁面關(guān)閉時(shí)相應(yīng)的 Service Worker 會(huì)被銷毀，因此盡量不要在代碼中留存全局變量?？梢栽L問 chrome://inspect/#service-workers和 chrome://serviceworker-internals/ 來檢查 Service Worker 是否已經(jīng)停用。

小結(jié)

困擾 Web 用戶多年的難題——丟失網(wǎng)絡(luò)連接，從 APPCache 到 Service Worker，解決辦法一直在完善。Service Worker 開啟的服務(wù)工作線程，對(duì)如何步入 Web 應(yīng)用開發(fā)之旅，提供了很棒的切入角度。

那么，如何從本文開始，更好的學(xué)習(xí) Service Worker？結(jié)合更多其它技術(shù)博客與 Service Worker 的 API 文檔會(huì)更好。本文圖片素材、寫作思路多取源于此。

接口列表
Cache CacheStorage
Client Clients
ExtendableEvent FetchEvent
InstallEvent Navigator.serviceWorker
NotificationEvent PeriodicSyncEvent
PeriodicSyncManager PeriodicSyncRegistration
ServiceWorker ServiceWorkerContainer
ServiceWorkerGlobalScope ServiceWorkerRegistration
SyncEvent SyncManager
SyncRegistration WindowClient
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