PWA的探索与应用

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PWA（Progressive Web App）起源背景

传统的Web网页存在以下几个问题：

• 进入一个页面必须要记住它的url或者加入书签，入口不便捷；
• 没网络就没响应，不具备离线能力；
• 不像APP一样能进行消息推送。

Native app：

• 开发成本高
• 软件上线需要审核
• 即使使用频率不高，想使用一个app必须先下载安装

PWA概念的提出

2016 年Google I/O 大会上提出一个 Next Web Generation 的概念。PWA是在传统Web应用的基础上，结合Manifest和service worker，完善Web应用的一些能力，比如：

• 添加至主屏幕，点击主屏幕图标可以实现启动动画以及隐藏地址栏
• 实现离线缓存功能，即使用户手机没有网络，依然可以使用一些离线功能
• 消息推送

PWA技术点

Web App Manifest

Web App Manifest 技术实现了将PWA网页应用 添加至桌面的功能，但该项技术目前仍处于实验性阶段，各浏览器支持度不高

image.png

PWA 站点部署的 manifest.json文件满足以下条件时会自动显示横幅：

- short\_name （主屏幕显示）
- name （安装横幅显示）
- icons （必须包含一个 mime 类型为 image/png 的图标声明）
- start\_url （应用启动地址）
- display （必须为 standalone 或 fullscreen）
- 站点注册 Service Worker。
- 站点支持 HTTPS 访问。
- 同一浏览器中站点至少被访问两次，间隔至少为 5 分钟。

Service Worker

​ PWA应用的离线体验、定期的后台同步以及推送通知等功能的实现依赖于Service Worker技术，下图为目前SW技术的支持度。

SW具有以下特征：

• 一个独立的 worker 线程，独立于当前网页进程，有自己独立的 worker context。
• 一旦被 install，就永远存在，除非被手动 unregister
• 用到的时候可以直接唤醒，不用的时候自动睡眠
• 离线内容开发者可控
• 能向客户端推送消息
• 不能直接操作 DOM
• 必须在 HTTPS 环境下才能工作
• 异步实现，内部大都是通过 Promise 实现

Service Worker生命周期

• installing：这个状态发生在 SW 注册之后开始安装，install 事件回调中执行skipWaiting()方法表示强制当前处在 waiting 状态的 Service Worker 进入 activate 状态。
• installed：SW已经完成了安装，等待其他的 SW 线程被关闭。
• activating：在这个状态下清除其他的worker 以及关联缓存的旧缓存资源，等待新的 SW线程被激活。在 activate 事件回调中执行self.clients.claim()方法表示取得页面的控制权, 这样之后打开页面都会使用版本更新的缓存。旧的 Service Worker 脚本不再控制着页面，之后会被停止。
• activated：在这个状态可以处理功能性的事件 fetch (请求)、sync (后台同步)、push (推送)。
• 废弃状态 ( redundant )：这个状态表示一个 Service Worker 的生命周期结束。

Service Worker 支持的事件

• install：Service Worker 安装成功后被触发的事件， 在事件处理函数中可以添加需要缓存的文件
• activate：当 Service Worker 安装完成后并进入激活状态，会触发 activate 事件。通过监听 activate 事件你可以做一些预处理，如对旧版本的更新、对无用缓存的清理等。
• message：Service Worker 运行于独立 context 中，无法直接访问当前页面主线程的 DOM 等信息，但是通过 postMessage API，可以实现他们之间的消息传递，这样主线程就可以接受 Service Worker 的指令操作 DOM。
• fetch ：当浏览器在当前指定的 scope 下发起请求时，会触发 fetch 事件，并得到传有 response 参数的回调函数。fetch 事件特别重要，因为它能够定义你的缓存策略。也就是说，你可以决定何时使用缓存数据，何时使用网络请求来的数据。
• push：push 事件是为推送准备的。通过 PUSH API，当订阅了推送服务后，可以使用推送方式唤醒 Service Worker 以响应来自系统消息传递服务的消息，即使用户已经关闭了页面。
• sync：sync 事件由 background sync (后台同步)发出。background sync 是 Google 配合 SW 推出的 API，用于为 Service Worker 提供一个可以实现注册和监听同步处理的方法。但它还不在 W3C Web API 标准中。在 Chrome 中这也只是一个实验性功能，需要访问 chrome://flags/#enable-experimental-web-platform-features ，开启该功能，然后重启生效。Sync 事件允许延迟网络任务，直到用户连接上网络，它实现的功能通常被称为后台同步。这对于在离线模式下，确保用户启动的任何有网络依赖的任务，最终都将在网络再次可用时达到其预期目的，是非常有用的。

Service Worker 的工作原理

Service Worker是基于注册、安装、激活等步骤

注册

if ('serviceWorker' in navigator) {
window.addEventListener('load', function () {
    navigator.serviceWorker.register('/jslearning/sw.js') // 默认作用域为jslearning下，也可以通过设置scope参数进行设置
        .then(function (registration) {
            // 注册成功
            console.log('ServiceWorker registration successful with scope: ', registration.scope);
        })
        .catch(function (err) {
            // 注册失败:(
            console.log('ServiceWorker registration failed: ', err);
        });
});
}

安装

this.addEventListener('install', function(event) {
  console.log('V1 installing…');
  //需要缓存的重要的高优先级资源
  var vipUrlsToPrefetch = [
'./index.html'
  ];
  //次重要的资源
  var urlsToPrefetch = [
'./icon.png'
  ];
  event.waitUntil(
caches.open(OFFLINE_CACHE_NAME).then(function(cache) {
  //urlsToPrefetch非重要资源，即使有资源加载失败也不影响Service Worker安装
  cache.addAll(urlsToPrefetch);
  //vipUrlsToPrefetch中资源全部请求成功，Service Worker安装事件才顺利完成，可以进入激活事件
  return cache.addAll(vipUrlsToPrefetch);
})
  );      
});

激活

//Service Worker激活事件
this.addEventListener('activate', function(event) {
  //在激活事件中清除非当前版本的缓存避免用户存储空间急剧膨胀
  event.waitUntil(caches.keys().then(function(cacheNames) {
console.log('V1 activate');
return Promise.all(cacheNames.map(function(cacheName) {
    if (cacheName !== OFFLINE_CACHE_NAME) {
      if(cacheName.indexOf(OFFLINE_CACHE_PREFIX) != -1) {
        return caches.delete(cacheName);
      }
    }
}));
  }));
});

Service Worker更新

• 如果线程的字节与已有的SW线程字节不同，浏览器则考虑更新SW线程。
• 更新的SW线程与现有SW线程一起启动，并获取自己的 install 事件。
• 如果新工作SW线程出现不正常状态代码（例如，404）、解析失败，在执行中引发错误或在安装期间被拒，则系统将舍弃新工作线程，但当前工作线程仍处于活动状态。
• 安装成功后，更新的工作线程将 wait，直到现有工作线程控制0个客户端。
• self.skipWaiting() 可跳过等待情况，这意味着sw线程在安装完后立即激活。

Service Worker缓存策略

​ Service Worker缓存策略大部分在fetch与install时间中定义，对于某些固定不变的静态资源，可以在Service Worker初次安装的install事件中将其缓存，但资源过大或者网络不佳都会造成资源并未全部下载成功而导致Service Worker安装被中断安装失败。SW主要有以下几类缓存策略：

• 不影响安装的资源预缓存
• 渐进式缓存
• 仅使用缓存、仅使用网络
• 缓存优先 、网络优先

// 渐进式缓存
var addToCache = function(req) {   
  return fetch(req.clone()).then(function(resp) {   
    var cacheResp = resp.clone();
    if (!resp.ok) {
      return resp;
    }
    caches.open(OFFLINE_CACHE_NAME).then(function(cache) {
      cache.put(req.clone(), cacheResp);
    });
    return resp;
  });
};
 
this.addEventListener('fetch', function(event)  {
  event.respondWith(
     caches.open(OFFLINE_CACHE_NAME).then(function(cache) {
          return cache.match(event.request);
      }).then(function(response) {
        if (response) {
            return response;
        } else {
            return addToCache(event.request);
        }
    })
  ); 
});

PWA应用可以通过开发者工具中的Application进行查看调试，如下图所示：

PWA优缺点总结

优点

• 可以将app的快捷方式放置到桌面上，全屏运行，与原生app无异
• 能够在网络差和断网条件下
• 推送消息的能力
• 快速响应用户指令

缺点

• 支持率不高
• Chrome在安卓移动端上的占有率很低
• 依赖的GCM服务在国内无法使用
• 微信小程序的竞争

PWA应用

• Lavas 是一套基于 Vue 的 PWA 解决方案，能够帮助开发者快速搭建 PWA 应用
• 新浪微博
• 饿了么
• Instagram
• Twitter
• Offline Wikipedia
• Spotlight
• ...

参考文献

• https://developers.google.com/web/progressive-web-apps/
• https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/Apps/Progressive
• https://lavas.baidu.com/pwa
• https://x5.tencent.com/tbs/guide/serviceworker.html
• https://segmentfault.com/a/1190000012353473#articleHeader0
• https://blog.csdn.net/baidu_browser/article/details/64440238

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