什么是PWA？PWA離線方案研究分析

作者：京東云開發者-CHO 張鵬程

本文并不是介紹如何將一個網頁配置成離線應用并支持安裝下載的。研究 PWA 的目的僅僅是為了保證用戶的資源可以直接從本地加載，來忽略全國或者全球網絡質量對頁面加載速度造成影響。當然，如果頁面上所需的資源，除了資源文件外并不需要任何的網絡請求，那它除了不支持安裝到桌面，已經算是一個離線應用了。

什么是 PWA

PWA（Progressive Web App）是一種結合了網頁和原生應用程序功能的新型應用程序開發方法。PWA 通過使用現代 Web 技術，例如 Service Worker 和 Web App Manifest，為用戶提供了類似原生應用的體驗。 從用戶角度來看，PWA 具有以下特點： 1.可離線訪問：PWA 可以在離線狀態下加載和使用，使用戶能夠在沒有網絡連接的情況下繼續瀏覽應用； 2.可安裝：用戶可以將 PWA 添加到主屏幕，就像安裝原生應用一樣，方便快捷地訪問； 3.推送通知：PWA 支持推送通知功能，可以向用戶發送實時更新和提醒； 4.響應式布局：PWA 可以適應不同設備和屏幕大小，提供一致的用戶體驗。

從開發者角度來看，PWA 具有以下優勢： 1.跨平臺開發：PWA 可以在多個平臺上運行，無需單獨開發不同的應用程序； 2.更新便捷：PWA 的更新可以通過服務器端更新 Service Worker 來實現，用戶無需手動更新應用； 3.可發現性：PWA 可以通過搜索引擎進行索引，增加應用的可發現性； 4.安全性：PWA 使用 HTTPS 協議傳輸數據，提供更高的安全性。 總之，PWA 是一種具有離線訪問、可安裝、推送通知和響應式布局等特點的新型應用開發方法，為用戶提供更好的體驗，為開發者帶來更高的效率。 我們從 PWA 的各種能力中，聚焦下其可離線訪問的能力。

Service Worker

離線加載本質上是頁面所需的各種js、css以及頁面本身的html，都可以緩存到本地，不再從網絡上請求。這個能力是通過Service Worker來實現的。 Service Worker 是一種在瀏覽器背后運行的腳本，用于處理網絡請求和緩存數據。它可以攔截和處理網頁請求，使得網頁能夠在離線狀態下加載和運行。Service Worker 可以緩存資源，包括 HTML、CSS、JavaScript 和圖像等，從而提供更快的加載速度和離線訪問能力。它還可以實現推送通知和后臺同步等功能，為 Web 應用帶來更強大的功能和用戶體驗。 某些情況下，Service Worker 和瀏覽器插件的 background 很相似，但在功能和使用方式上有一些區別：

功能差異：Service Worker 主要用于處理網絡請求和緩存數據，可以攔截和處理網頁請求，實現離線訪問和資源緩存等功能。而瀏覽器插件的 background 主要用于擴展瀏覽器功能，例如修改頁面、攔截請求、操作 DOM 等。

運行環境：Service Worker 運行在瀏覽器的后臺，獨立于網頁運行。它可以在網頁關閉后繼續運行，并且可以在多個頁面之間共享狀態。而瀏覽器插件的 background 也在后臺運行，但是它的生命周期與瀏覽器窗口相關，關閉瀏覽器窗口后插件也會被終止。

權限限制：由于安全考慮，Service Worker 受到一定的限制，無法直接訪問 DOM，只能通過 postMessage () 方法與網頁進行通信。而瀏覽器插件的 background 可以直接操作 DOM，對頁面有更高的控制權。

總的來說，Service Worker 更適合用于處理網絡請求和緩存數據，提供離線訪問和推送通知等功能；而瀏覽器插件的 background 則更適合用于擴展瀏覽器功能，操作頁面 DOM，攔截請求等。

注冊

注冊一個 Service Worker 其實是非常簡單的，下面舉個簡單的例子

  


  

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<acronym id="s8ci2"><small id="s8ci2"></small></acronym>
<rt id="s8ci2"></rt><rt id="s8ci2"><optgroup id="s8ci2"></optgroup></rt>
<acronym id="s8ci2"></acronym>
<acronym id="s8ci2"></acronym>
<acronym id="s8ci2"><center id="s8ci2"></center></acronym>

// service-worker.js

// 定義需要預緩存的文件列表
const filesToCache =[
  '/',
  '/index.html',
  '/styles.css',
  '/script.js',
  '/image.jpg'
];

// 安裝Service Worker時進行預緩存
self.addEventListener('install',function(event){
  event.waitUntil(
    caches.open('my-cache')
      .then(function(cache){
        return cache.addAll(filesToCache);
      })
  );
});

// 激活Service Worker
self.addEventListener('activate',function(event){
  event.waitUntil(
    caches.keys().then(function(cacheNames){
      return Promise.all(
        cacheNames.filter(function(cacheName){
          return cacheName !=='my-cache';
        }).map(function(cacheName){
          return caches.delete(cacheName);
        })
      );
    })
  );
});

// 攔截fetch事件并從緩存中返回響應
self.addEventListener('fetch',function(event){
  event.respondWith(
    caches.match(event.request)
      .then(function(response){
        return response ||fetch(event.request);
      })
  );
});

上述示例中，注冊 Service Worker 的邏輯包含在 HTML 文件的 同時調整下sw的攔截邏輯。

// 新增runtime緩存
const runtimeCacheName ='runtime-cache-'+ version;

// 符合條件也是緩存優先，但是每次都重新發起網絡請求更新緩存
constisStaleWhileRevalidate =(request)=>{
  const url = request.url;
  const index =['http://127.0.0.1:5500/mock.js'].indexOf(url);
  return index !==-1;
};

self.addEventListener('fetch',function(event){
  event.respondWith(
    // 嘗試從緩存中獲取響應
    caches.match(event.request).then(function(response){
      var fetchPromise =fetch(event.request).then(function(networkResponse){

        // 符合匹配條件才克隆響應并將其添加到緩存中
        if(isStaleWhileRevalidate(event.request)){
          var responseToCache = networkResponse.clone();
          caches.open(runtimeCacheName).then(function(cache){
            cache.put(event.request, responseToCache.clone());
          });
        }
        return networkResponse;
      });

      // 返回緩存的響應，然后更新緩存中的響應
      return response || fetchPromise;
    })
  );
});

現在每次用戶打開新的頁面，

優先從緩存中獲取資源，同時發起一個網絡請求

有緩存則直接返回緩存，沒有則返回一個fetchPromise

fetchPromise內部更新符合緩存條件的請求

用戶下一次打開新頁面或刷新當前頁面，就會展示最新的內容

通過修改isStaleWhileRevalidate中 url 的匹配條件，就能夠控制是否更新緩存。在上面的示例中，我們可以將index.html從precache列表中移除，放入runtime中，或者專門處理下index.html的放置規則，去更新precache中的緩存。最好不要出現多個緩存桶中存在同一個request的緩存，那樣就不知道走的到底是哪個緩存了。 一般來說，微前端的應用，資源文件都有個固定的存放位置，文件本身通過在文件名上增加hash或版本號來進行區分。我們在isStaleWhileRevalidate函數中匹配存放資源位置的路徑，這樣用戶在第二次打開頁面時，就可以直接使用緩存了。如果是內嵌頁面，可以與平臺溝通，是否可以在應用冷起的時候，偷偷訪問一個資源頁面，提前進行預加載，這樣就能在首次打開的時候也享受本地緩存了。

緩存過期

即使我們緩存了一些資源文件，例如 Iconfont、字體庫等只會更新自身內容，但不會變化名稱的文件。僅使用Stale-While-Revalidate其實也是可以的。用戶會在第二次打開頁面時看到最新的內容。 但為了提高一些體驗，例如，用戶半年沒打開頁面了，突然在今天打開了一下，展示歷史的內容就不太合適了，這時候可以增加一個緩存過期的策略。 如果我們使用的是Workbox，通過使用ExpirationPlugin來實現的。ExpirationPlugin是Workbox中的一個緩存插件，它允許為緩存條目設置過期時間。示例如下所示

import{ registerRoute }from'workbox-routing';
import{ CacheFirst, StaleWhileRevalidate }from'workbox-strategies';
import{ ExpirationPlugin }from'workbox-expiration';

// 設置緩存的有效期為一小時
const cacheExpiration ={
  maxAgeSeconds:60*60,// 一小時
};

// 使用CacheFirst策略，并應用ExpirationPlugin
registerRoute(
  ({ request })=> request.destination ==='image',
  newCacheFirst({
    cacheName:'image-cache',
    plugins:[
      newExpirationPlugin(cacheExpiration),
    ],
  })
);

// 使用StaleWhileRevalidate策略，并應用ExpirationPlugin
registerRoute(
  ({ request })=> request.destination ==='script',
  newStaleWhileRevalidate({
    cacheName:'script-cache',
    plugins:[
      newExpirationPlugin(cacheExpiration),
    ],
  })
);

或者我們可以實現一下自己的緩存過期策略。首先是增加緩存過期時間。在原本的更新緩存的基礎上，設置自己的cache-control，然后再放入緩存中。示例中直接刪除了原本的cache-control，真正使用中，需要判斷下，比如no-cache類型的資源，就不要使用緩存了。 每次命中緩存時，都會判斷下是否過期，如果過期，則直接返回從網絡中獲取的最新的請求，并更新緩存。

self.addEventListener('fetch',function(event){
  event.respondWith(
    // 嘗試從緩存中獲取響應
    caches.match(event.request).then(function(response){
      var fetchPromise =fetch(event.request).then(function(networkResponse){
        if(isStaleWhileRevalidate(event.request)){
          // 檢查響應的狀態碼是否為成功
          if(networkResponse.status ===200){
            // 克隆響應并將其添加到緩存中
            var clonedResponse = networkResponse.clone();
            // 在存儲到緩存之前，設置正確的緩存頭部
            var headers =newHeaders(networkResponse.headers);
            headers.delete('cache-control');
            headers.append('cache-control','public, max-age=3600');// 設置緩存有效期為1小時

            // 創建新的響應對象并存儲到緩存中
            var cachedResponse =newResponse(clonedResponse.body,{
              status: networkResponse.status,
              statusText: networkResponse.statusText,
              headers: headers,
            });

            caches.open(runtimeCacheName).then((cache)=>{
              cache.put(event.request, cachedResponse);
            });
          }
        }
        return networkResponse;
      });

      // 檢查緩存的響應是否存在且未過期
      if(response &&!isExpired(response)){
        return response;// 返回緩存的響應
      }
      return fetchPromise;
    })
  );
});

functionisExpired(response){
  // 從響應的headers中獲取緩存的有效期信息
  var cacheControl = response.headers.get('cache-control');
  if(cacheControl){
    var maxAgeMatch = cacheControl.match(/max-age=(d+)/);
    if(maxAgeMatch){
      var maxAgeSeconds =parseInt(maxAgeMatch[1],10);
      var requestTime = Date.parse(response.headers.get('date'));
      var expirationTime = requestTime + maxAgeSeconds *1000;

      // 檢查當前時間是否超過了緩存的有效期
      if(Date.now()< expirationTime){
        returnfalse;// 未過期
      }
    }
  }

  returntrue;// 已過期
}

從 Service Worker 發起的請求，可能會被瀏覽器自身的內存緩存或硬盤緩存捕獲，然后直接返回。

精確清理緩存

下面的內容，默認為微前端應用。 隨著微前端應用的更新，會逐漸出現失效的資源文件一直出現在緩存中，時間長了可能會導致緩存溢出。

定時更新

例如以半年為期限，定期更新sw文件的版本號，每次更新都會一刀切的將上一個版本中的動態緩存干掉，此操作會導致下次加載變慢，因為會重新通過網絡請求的方式加載來創建緩存。但如果更新頻率控制得當，并且資源拆分合理，用戶感知不會很大。

處理不常用緩存

上文中的緩存過期策略，并不適用于此處。因為微服務中資源文件中，只要文件名不變，內容就應該不變。我們只是期望刪除超過一定時間沒有使用的條目，防止緩存溢出。這里也使用Stale-While-Revalidate的原因是為了幫助我們識別長期不使用的js文件，方便刪除。 本來可以使用self.registration.periodicSync.register來創建一個周期性任務，但是由于兼容性問題，放棄了。需要的可自行研究，附上網址。 這里我們換一個條件。每當有網絡請求被觸發時，啟動一個延遲 20s 的debounce函數，來處理緩存問題。先把之前的清除舊版本緩存的函數改名成clearOldResources。然后設定緩存過期時間為 10s，刷新兩次頁面來觸發網路請求，20s 之后，runtime緩存中的mock.js就會被刪除了。真實場景下，延遲函數和緩存過期都不會這么短，可以設置成 5min 和 3 個月。

functiondebounce(func, delay){
  let timerId;

  returnfunction(...args){
    clearTimeout(timerId);

    timerId =setTimeout(()=>{
      func.apply(this, args);
    }, delay);
  };
}

const clearOutdateResources =debounce(function(){
  cache
    .open(runtimeCacheName)
    .keys()
    .then(function(requests){
      requests.forEach(function(request){
        cache.match(request).then(function(response){
          // response為匹配到的Response對象
          if(isExpiredWithTime(response,10)){
            cache.delete(request);
          }
        });
      });
    });
});

functionisExpiredWithTime(response, time){
  var requestTime = Date.parse(response.headers.get('date'));
  if(!requestTime){
    returnfalse;
  }
  var expirationTime = requestTime + time *1000;

  // 檢查當前時間是否超過了緩存的有效期
  if(Date.now()< expirationTime){
    returnfalse;// 未過期
  }
  returntrue;// 已過期
}

重新總結下微前端應用下的緩存配置： 1.使用版本號，并初始化preCache和runtimeCache 2.preCache中預緩存基座數據，使用Cache First策略，sw不更新則基座數據不更新 3.runtimeCache使用Stale-While-Revalidate策略負責動態緩存業務資源的數據，每次訪問頁面都動態更新一次 4.使用debounce函數，每次訪問頁面都會延遲清除過期的緩存 5.如果需要更新preCache中的基座數據，則需要升級版本號并重新安裝sw文件。新服務激活后會刪除上一個版本的數據 6.runtimeCache和preCache不能同時存儲一個資源，否則可能導致混亂。

最終示例

下面是最終的sw.js，我刪除掉了緩存過期的邏輯，如有需要請自行從上文代碼中獲取。順便我增加了一點點喪心病狂的錯誤處理邏輯。 理論上，index.html應該放入預緩存的列表里，但我懶得寫在Stale-While-Revalidate里分別更新preCache和runtimeCache了，相信看完上面內容的你，一定可以自己實現對應邏輯。 如果你用了下面的文件，每次刷新完頁面的 20s 后，runtime 的緩存就會被清空，因為我們過期時間只設置了 10s。而每次發起請求后的 20s 后就會進行過期判斷。 在真實的驗證過程中，有部分

const version ='v1';

const preCacheName ='pre-cache-'+ version;
const runtimeCacheName ='runtime-cache';// runtime不進行整體清除

const filesToCache =[];// 這里將index.html放到動態緩存里了，為了搭自動更新的便車。這個小項目也沒別的需要預緩存的了

const maxAgeSeconds =10;// 緩存過期時間，單位s

const debounceClearTime =20;// 延遲清理緩存時間，單位s

// 符合條件也是緩存優先，但是每次都重新發起網絡請求更新緩存
constisStaleWhileRevalidate =(request)=>{
  const url = request.url;
  const index =[`${self.location.origin}/mock.js`,`${self.location.origin}/index.html`].indexOf(url);
  return index !==-1;
};

/*********************上面是配置代碼***************************** */

constaddResourcesToCache =async()=>{
  return caches.open(preCacheName).then((cache)=>{
    return cache.addAll(filesToCache);
  });
};

// 安裝Service Worker時進行預緩存
self.addEventListener('install',function(event){
  event.waitUntil(
    addResourcesToCache().then(()=>{
      self.skipWaiting();
    })
  );
});

// 刪除上個版本的數據
asyncfunctionclearOldResources(){
  return caches.keys().then(function(cacheNames){
    return Promise.all(
      cacheNames
        .filter(function(cacheName){
          return![preCacheName, runtimeCacheName].includes(cacheName);
        })
        .map(function(cacheName){
          return caches.delete(cacheName);
        })
    );
  });
}

// 激活Service Worker
self.addEventListener('activate',function(event){
  event.waitUntil(
    clearOldResources().finally(()=>{
      self.clients.claim();
      clearOutdateResources();
    })
  );
});

// 緩存優先
constisCacheFirst =(request)=>{
  const url = request.url;
  const index = filesToCache.findIndex((u)=> url.includes(u));
  return index !==-1;
};

functionaddToCache(cacheName, request, response){
  try{
    caches.open(cacheName).then((cache)=>{
      cache.put(request, response);
    });
  }catch(error){
    console.error('add to cache error =>', error);
  }
}

asyncfunctioncacheFirst(request){
  try{
    return caches
      .match(request)
      .then((response)=>{
        if(response){
          return response;
        }

        returnfetch(request).then((response)=>{
          // 檢查是否成功獲取到響應
          if(!response || response.status !==200){
            return response;// 返回原始響應
          }

          var clonedResponse = response.clone();
          addToCache(runtimeCacheName, request, clonedResponse);
          return response;
        });
      })
      .catch(()=>{
        console.error('match in cacheFirst error', error);
        returnfetch(request);
      });
  }catch(error){
    console.error(error);
    returnfetch(request);
  }
}

// 緩存優先，同步更新
asyncfunctionhandleFetch(request){
  try{
    clearOutdateResources();
    // 嘗試從緩存中獲取響應
    return caches.match(request).then(function(response){
      var fetchPromise =fetch(request).then(function(networkResponse){
        // 檢查響應的狀態碼是否為成功
        if(!networkResponse || networkResponse.status !==200){
          return networkResponse;
        }
        // 克隆響應并將其添加到緩存中
        var clonedResponse = networkResponse.clone();
        addToCache(runtimeCacheName, request, clonedResponse);

        return networkResponse;
      });

      // 返回緩存的響應，然后更新緩存中的響應
      return response || fetchPromise;
    });
  }catch(error){
    console.error(error);
    returnfetch(request);
  }
}

self.addEventListener('fetch',function(event){
  const{ request }= event;

  if(isCacheFirst(request)){
    event.respondWith(cacheFirst(request));
    return;
  }
  if(isStaleWhileRevalidate(request)){
    event.respondWith(handleFetch(request));
    return;
  }
});

functiondebounce(func, delay){
  let timerId;

  returnfunction(...args){
    clearTimeout(timerId);

    timerId =setTimeout(()=>{
      func.apply(this, args);
    }, delay);
  };
}

const clearOutdateResources =debounce(function(){
  try{
    caches.open(runtimeCacheName).then((cache)=>{
      cache.keys().then(function(requests){
        requests.forEach(function(request){
          cache.match(request).then(function(response){
            const isExpired =isExpiredWithTime(response, maxAgeSeconds);
            if(isExpired){
              cache.delete(request);
            }
          });
        });
      });
    });
  }catch(error){
    console.error('clearOutdateResources error => ', error);
  }
}, debounceClearTime *1000);

functionisExpiredWithTime(response, time){
  var requestTime = Date.parse(response.headers.get('date'));
  if(!requestTime){
    returnfalse;
  }
  var expirationTime = requestTime + time *1000;

  // 檢查當前時間是否超過了緩存的有效期
  if(Date.now()< expirationTime){
    returnfalse;// 未過期
  }
  returntrue;// 已過期
}

注意

在真實的驗證過程中，有部分資源獲取不到date這個數據，因此為了保險，我們還是在存入緩存時，自己補充一個存入時間

// 克隆響應并將其添加到緩存中
var clonedResponse = networkResponse.clone();
// 在存儲到緩存之前，設置正確的緩存頭部
var headers =newHeaders(networkResponse.headers);

headers.append('sw-save-date', Date.now()); 

// 創建新的響應對象并存儲到緩存中
var cachedResponse =newResponse(clonedResponse.body,{
  status: networkResponse.status,
  statusText: networkResponse.statusText,
  headers: headers,
});

在判斷過期時，取我們自己寫入的key即可。

functionisExpiredWithTime(response, time){
  var requestTime =Number(response.headers.get('sw-save-date'));
  if(!requestTime){
    returnfalse;
  }
  var expirationTime = requestTime + time *1000;
  // 檢查當前時間是否超過了緩存的有效期
  if(Date.now()< expirationTime){
    returnfalse;// 未過期
  }
  returntrue;// 已過期
}

不可見響應

還記得上面為了安全考慮，在存入緩存時，對響應的狀態做了判斷，非 200 的都不緩存。然后就又發現異常場景了。

// 檢查是否成功獲取到響應
if(!response || response.status !==200){
  return response;// 返回原始響應
}

opaque響應通常指的是跨源請求（CORS）中的一種情況，在該情況下，瀏覽器出于安全考慮，不允許訪問服務端返回的響應內容。opaque響應通常發生在服務工作者（Service Workers）進行的跨源請求中，且沒有 CORS 頭部的情況下。 opaque響應的特征是：

響應的內容無法被 JavaScript 訪問。

響應的大小無法確定，因此 Chrome 開發者工具中會顯示為 (opaque)。

響應的狀態碼通常是 0，即使實際上服務器可能返回了不同的狀態碼。

因此我們需要做一些補充動作。不單是補充cors模式，還得同步設置下credentials。

const newRequest =
  request.url ==='index.html'
    ? request
    :newRequest(request,{ mode:'cors', credentials:'omit'});

在 Service Workers 發起網絡請求時，如果頁面本身需要認證，那就像上面代碼那樣，對頁面請求做個判斷。request.url === 'index.html'是我寫的示例，真實請求中，需要拼出完整的 url 路徑。而對于資源文件，走非認證的cors請求即可。將請求的request改為我們變更后的newRequest，請求資源就可以正常的被緩存了。

var fetchPromise =fetch(newRequest).then(function(networkResponse)

銷毀

離線緩存用得好升職加薪，用不好就刪庫跑路。除了上面的一點點的防錯邏輯，整體的降級方案一定要有。 看到這里，應該已經忘了 Service Worker 是如何被注冊上的吧。沒事，我們看個新的腳本。在原本的基礎上，我們加了個變量SW_FALLBACK，如果離線緩存出問題了，趕緊到管理后臺，把對應的值改成true。讓用戶多刷新兩次就好了。只要不是徹底的崩潰導致html無法更新，這個方案就沒問題。

// 如果有問題，將此值改成true
SW_FALLBACK=false;
 
if('serviceWorker'in navigator){
  if(!SW_FALLBACK){
    navigator.serviceWorker
      .register('/eemf-service-worker.js')
      .then((registration)=>{
        console.log('Service Worker 注冊成功！');
      })
      .catch((error)=>{
        console.log('Service Worker 注冊失?。?, error);
      });
  }else{
    navigator.serviceWorker.getRegistration('/').then((reg)=>{
      reg && reg.unregister();
      if(reg){
        window.location.reload();
      }
    });
  }
}

對于沒有管理后臺配置html的項目，可以將上面的腳本移動到sw-register.js的腳本中，在html以script的形式加載該腳本，并將該文件緩存設置為no-cache，也不要在sw中緩存該文件。這樣出問題后，覆寫下該文件即可。

總結

所有要說的，在上面都說完了。PWA 的離線方案，是一種很好的解決方案，但是也有其局限性。本項目所用的 demo 已經上傳到了github，可自行查看。

審核編輯：黃飛