将你的博客升级为 PWA 渐进式Web离线应用

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什么是 PWA

PWA 全称 Progressive Web Apps(渐进式 Web 应用程序)，旨在使用现有的 Web 技术提供用户更优的使用体验。
基本要求

  • 可靠（Reliable） 一方面是指 PWA 的安全性，PWA 只能运行在 HTTPS 上；另一方面是指在网络不稳定或者没网情况下，PWA 依然可以访问。
  • 快速响应（Fast） 快速响应用户的交互行为，并且具有平滑流畅的动画、加载速度、渲染速度和渲染性能等。
  • 粘性(Engaging) 通过添加到桌面以及离线消息推送，能带来用户的第二次访问，并且依靠良好的用户体验吸引用户再次访问。

官网链接：Progressive Web Apps

PWA 的核心技术

PWA 不是一项单独的技术，技术包括 Manifest、Service Worker、Push API & Notification API 、App Shell & App Skeleton 等等技术，接下来我们重点介绍几项技术以及相关问题的解决方法。

manifest

manifest 是支持站点在主屏上创建图标的技术方案，并且定制 PWA 的启动画面的图标和颜色等，如下图：


chrome > 桌面图标 > 启动样式 > 打开效果

manifest 内容

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{
  "name": "梦魇小栈-专注于分享",
  "short_name": "梦魇小栈",
  "description": "心，若没有栖息的地方，到哪里都是流浪......",
  "start_url": "/",
  "display": "standalone",
  "orientation": "any",
  "background_color": "#ffffff",
  "theme_color": "#8a00f9",
  "icons": [
    {
      "src": "images/icons/icon_32.png",
      "sizes": "32x32",
      "type": "image/png"
    },
    {
      "src": "images/icons/icon_72.png",
      "sizes": "72x72",
      "type": "image/png"
    },
    {
      "src": "images/icons/icon_128.png",
      "sizes": "128x128",
      "type": "image/png"
    },
    {
      "src": "images/icons/icon_144.png",
      "sizes": "144x144",
      "type": "image/png"
    },
    {
      "src": "images/icons/icon_192.png",
      "sizes": "192x192",
      "type": "image/png"
    },
    {
      "src": "images/icons/icon_256.png",
      "sizes": "256x256",
      "type": "image/png"
    },
    {
      "src": "images/icons/icon_512.png",
      "sizes": "512x512",
      "type": "image/png"
    }
  ]
}

manifest 属性

  • name — 网页显示给用户的完整名称;
  • short_name — 这是为了在没有足够空间显示 Web 应用程序的全名时使用;
  • description — 关于网站的详细描述;
  • start_url — 网页的初始相对 URL 比如 /）
  • display — 应用程序的首选显示模式;
    • fullscreen - 全屏显示;
    • standalone - 应用程序将看起来像一个独立的应用程序;
    • minimal-ui - 应用程序将看起来像一个独立的应用程序，但会有浏览器地址栏;
    • browser - 该应用程序在传统的浏览器标签或新窗口中打开.
  • orientation — 应用程序的首选显示方向;
    • any
    • natural
    • landscape
    • landscape-primary
    • landscape-secondary
    • portrait
    • portrait-primary
    • portrait-secondary
  • background_color — 启动屏的背景颜色;
  • theme_color — 网站的主题颜色;
  • icons — 定义了 src、sizes 和 type 的图片对象数组,各种环境中用作应用程序图标的图像对象数组.

MDN 提供了完整的 manifest 属性列表: Web App Manifest properties

manifest 使用

manifest 功能虽然强大，但是技术上并不难，就是一个外链的 json 文件，通过 link 来引入：

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<!-- 在 html 页面中添加以下 link 标签 -->
<link rel="manifest" href="/manifest.json" />

manifest 验证

在开发者工具中的 Application Tab 左边有 Manifest 选项，你可以验证你的 manifest JSON 文件，并提供了 “Add to homescreen” .

Service Worker

Service Worker 是 PWA 中最重要的概念之一，它是一个特殊的 Web Worker，独立于浏览器的主线程运行，特殊在它可以拦截用户的网络请求，并且操作缓存，还支持 Push 和后台同步等功能。

注册服务

在 install Service Worker 之前，要在主进程 JavaScript 代码里面注册它，注册是为了告诉浏览器我们的 Service Worker 文件是哪个，然后在后台，Service Worker 就开始安装激活。

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if ("serviceWorker" in navigator) {
  window.addEventListener("load", () => {
    navigator.serviceWorker.register("/sw.js").then(() => {
      console.log("注册成功!");
    });
  });
}

注册时，还可以指定可选参数 scope，scope 是 Service Worker 可以以访问到的作用域，或者说是目录。

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navigator.serviceWorker.register("/sw.js", {
  scope: "/app/",
});

注册成功后，您可以通过转至 chrome://inspect/#service-workers 并寻找您的网站来检查 Service Worker 是否已启用。

安装 Service Worker 服务

install 事件绑定在 Service Worker 文件中，当安装成功后，install 事件就会被触发。
一般我们会在 install 事件里面进行缓存的处理，用到之前提到的 Cahce API，它是一个 Service Worker 上的全局对象，可以缓存网络相应的资源，并根据他们的请求生成 key，这个 API 和浏览器标准的缓存工作原理相似，但是只是针对自己的 scope 域的，缓存会一直存在，知道手动清楚或者刷新。

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const cacheName = "bs-0-0-1"; // 缓存名称
const cacheFiles = ["/", "/favicon.ico", "/images/icons/icon_32.png", "..."]; // 需缓存的文件

// 监听 install 事件，安装完成后，进行文件缓存
self.addEventListener("install", (e) => {
  e.waitUntil(
    caches
      .open(cacheName)
      .then((cache) => {
        console.log("Opened cache");
        return cache.addAll(cacheFiles);
      })
      .then(() => self.skipWaiting())
  );
});

// e.waitUntil 确保 Service Worker 不会在 e.waitUntil() 执行完成之前安装完成。
// caches.open(cacheName) 创建一个 cacheName 的新缓存，返回一个缓存的 promise 对象，当它 resolved 时候，我们在 then 方法里面用 caches.addAll 来添加想要缓存的列表，列表是一个数组，里面的 URL 是相对于 origin 的。
// self.skipWaiting() 跳过 waiting 状态，下面更新第3条~

更新 Service Worker 服务

当你的 Service Worker 需要更新时， 需要经过以下步骤

  1. 更新您的服务工作线程 JavaScript 文件。 用户导航至您的站点时，浏览器会尝试在后台重新下载定义 Service Worker 的脚本文件。 如果 Service Worker 文件与其当前所用文件存在字节差异，则将其视为新 Service Worker。
  2. 新 Service Worker 将会启动，且将会触发 install 事件。
  3. 此时，旧 Service Worker 仍控制着当前页面，因此新 Service Worker 将进入 waiting 状态。
  4. 当网站上打开的页面关闭时，旧 Service Worker 将会被终止，新 Service Worker 将会取得控制权。
  5. 新 Service Worker 取得控制权后，将会触发其 activate 事件。

如果希望在有了新版本时，所有的页面都得到及时自动更新怎么办呢？可以在 install 事件中执行 self.skipWaiting() 方法跳过 waiting 状态，然后会直接进入 activate 阶段。接着在 activate 事件发生时，通过执行 self.clients.claim() 方法，更新所有客户端上的 Service Worker。

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。

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// 监听 activate 事件，激活后通过cache的key来判断是否更新、删除 cache 中的静态资源
self.addEventListener("activate", (e) => {
  console.log("sw: activate");

  e.waitUntil(
    caches
      .keys()
      .then((keys) => {
        return Promise.all(
          keys.map((key) => {
            if (key !== cacheName && key !== apiCacheName) {
              return caches.delete(key);
            }
          })
        );
      })
      .then(() => self.clients.claim()) // 更新客户端
  );
});

处理动态请求缓存

在 Service Worker 的作用域中，当有网络请求时发生时，fetch 事件将被触发。它调用 respondWith() 方法来劫持网络请求缓存并返回：

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var apiCacheName = "api-0-1-1";
self.addEventListener("fetch", (e) => {
  var currentUrl = e.request.url;

  // 只处理同源
  if (new URL(currentUrl).hostname != location.hostname) {
    return;
  }

  // 需要缓存的 xhr 请求
  var cacheRequestUrls = ["/message.json", "/manifest.json"];

  // 判断当前请求是否需要缓存
  var needCache = cacheRequestUrls.includes(new URL(currentUrl).pathname);

  if (needCache) {
    // 需要缓存
    // 使用 fetch 请求数据，并将请求结果 clone 一份缓存到 cache
    // 此部分缓存后在 browser 中使用全局变量 caches 获取
    caches.open(apiCacheName).then((cache) => {
      return fetch(e.request).then((response) => {
        cache.put(e.request.url, response.clone());
        return response;
      });
    });
  } else {
    // 不需要缓存，直接查询 cache
    // 如果有 cache 则直接返回，否则通过 fetch 请求
    e.respondWith(
      caches
        .match(e.request)
        .then((cache) => {
          return cache || fetch(e.request);
        })
        .catch((err) => {
          console.log("respondWithErr:", err);
          return fetch(e.request);
        })
    );
  }
});

到这里，离线缓存动静态资源就完成了。

使用 Lighthouse 测试我们的应用

至此，我们完成了 PWA 的两大基本功能：Web App Manifest 和 Service Worker 的离线缓存。这两大功能可以很好地提升用户体验与应用性能。我们用 Chrome 中的 Lighthouse 来检测一下目前的应用：

可以看到，在 PWA 评分上，我们的这个 WebApp 已经非常不错了。

完整代码 -> 梦魇小栈 PWA 完整代码

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var cacheName = "bs-0-0-2";
var apiCacheName = "api-0-0-2";

var cacheFiles = [
  "/",
  "/favicon.ico?v=6.2.0",
  "/css/main.css?v=6.2.0",
  "/js/src/set.js",
  "/js/src/utils.js",
  "/js/src/motion.js",
  "/js/src/bootstrap.js",
  "/images/cursor.ico",
  "/images/icons/icon_32.png",
  "/images/icons/icon_72.png",
  "/images/icons/icon_128.png",
  "/images/icons/icon_192.png",
  "/images/icons/icon_256.png",
  "/images/icons/icon_512.png",
];

// 监听 install 事件，安装完成后，进行文件缓存
self.addEventListener("install", (e) => {
  console.log("sw: install");

  e.waitUntil(
    caches
      .open(cacheName)
      .then((cache) => {
        console.log("Opened cache");
        return cache.addAll(cacheFiles);
      })
      .then(() => self.skipWaiting())
  );
});

// 监听 activate 事件，激活后通过 cache 的 key 来判断是否更新 cache 中的静态资源
self.addEventListener("activate", (e) => {
  console.log("sw: activate");

  e.waitUntil(
    caches
      .keys()
      .then((keys) => {
        return Promise.all(
          keys.map((key) => {
            if (key !== cacheName && key !== apiCacheName) {
              return caches.delete(key);
            }
          })
        );
      })
      // 更新客户端
      .then(() => self.clients.claim())
  );
});

self.addEventListener("fetch", (e) => {
  var currentUrl = e.request.url;

  // 只处理同源
  if (new URL(currentUrl).hostname != location.hostname) {
    return;
  }

  // 需要缓存的 xhr 请求
  var cacheRequestUrls = ["/message.json", "/manifest.json"];

  // 判断当前请求是否需要缓存
  var needCache = cacheRequestUrls.includes(new URL(currentUrl).pathname);

  if (needCache) {
    // 需要缓存
    // 使用 fetch 请求数据，并将请求结果 clone 一份缓存到 cache
    // 此部分缓存后在 browser 中使用全局变量 caches 获取
    caches.open(apiCacheName).then((cache) => {
      return fetch(e.request).then((response) => {
        cache.put(e.request.url, response.clone());
        return response;
      });
    });
  } else {
    // 不需要缓存，直接查询 cache
    // 如果有 cache 则直接返回，否则通过 fetch 请求
    e.respondWith(
      caches
        .match(new URL(currentUrl).pathname)
        .then((cache) => {
          return cache || fetch(e.request);
        })
        .catch((err) => {
          console.log("respondWithErr:", err);
          return fetch(e.request);
        })
    );
  }
});

由于现在博客仅需 Manifest、Service Worker 后面的技术、Push API & Notification API 、App Shell & App Skeleton 等打算以后有时间在考虑场景加上~

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