渐进式Web应用（PWA）入门教程（下）

上篇文章我们对渐进式Web应用（PWA）做了一些基本的介绍。

渐进式Web应用（PWA）入门教程（上）

在这一节中，我们将介绍PWA的原理是什么，它是如何开始工作的。

第一步：使用HTTPS

渐进式Web应用程序需要使用HTTPS连接。虽然使用HTTPS会让您服务器的开销变多，但使用HTTPS可以让您的网站变得更安全，HTTPS网站在Google上的排名也会更靠前。

由于Chrome浏览器会默认将localhost以及127.x.x.x地址视为测试地址，所以在本示例中您并不需要开启HTTPS。另外，出于调试目的，您可以在启动Chrome浏览器的时候使用以下参数来关闭其对网站HTTPS的检查：

• user-data-dir
• unsafety-treat-insecure-origin-as-secure

第二步：创建一个应用程序清单（Manifest）

应用程序清单提供了和当前渐进式Web应用的相关信息，如：

• 应用程序名
• 描述
• 所有图片（包括主屏幕图标，启动屏幕页面和用的图片或者网页上用的图片）

本质上讲，程序清单是页面上用到的图标和主题等资源的元数据。

程序清单是一个位于您应用根目录的JSON文件。该JSON文件返回时必须添加Content-Type: application/manifest+json 或者 Content-Type: application/jsonHTTP头信息。程序清单的文件名不限，在本文的示例代码中为manifest.json：

    {
      "name"              : "PWA Website",
      "short_name"        : "PWA",
      "description"       : "An example PWA website",
      "start_url"         : "/",
      "display"           : "standalone",
      "orientation"       : "any",
      "background_color"  : "#ACE",
      "theme_color"       : "#ACE",
      "icons": [
        {
          "src"           : "/images/logo/logo072.png",
          "sizes"         : "72x72",
          "type"          : "image/png"
        },
        {
          "src"           : "/images/logo/logo152.png",
          "sizes"         : "152x152",
          "type"          : "image/png"
        },
        {
          "src"           : "/images/logo/logo192.png",
          "sizes"         : "192x192",
          "type"          : "image/png"
        },
        {
          "src"           : "/images/logo/logo256.png",
          "sizes"         : "256x256",
          "type"          : "image/png"
        },
        {
          "src"           : "/images/logo/logo512.png",
          "sizes"         : "512x512",
          "type"          : "image/png"
        }
      ]
    }

程序清单文件建立完之后，你需要在每个页面上引用该文件：

<link rel="manifest" href="/manifest.json">

以下属性在程序清单中经常使用，介绍说明如下：

• name: 用户看到的应用名称

• short_name: 应用短名称。当显示应用名称的地方不够时，将使用该名称。
• description: 应用描述。
• start_url: 应用起始路径，相对路径，默认为/。
• scope: URL范围。比如：如果您将“/app/”设置为URL范围时，这个应用就会一直在这个目录中。
• background_color: 欢迎页面的背景颜色和浏览器的背景颜色（可选）
• theme_color: 应用的主题颜色，一般都会和背景颜色一样。这个设置决定了应用如何显示。
• orientation: 优先旋转方向，可选的值有：any, natural, - - - - - - landscape, landscape-primary, landscape-- - secondary, portrait, - portrait-primary, and portrait-secondary
• display: 显示方式——fullscreen（无Chrome），standalone（和原生应用一样），minimal-ui（最小的一套UI控件集）或者 - - - browser（最古老的使用浏览器标签显示）
• icons: 一个包含所有图片的数组。该数组中每个元素包含了图片的URL，大小和类型。

第三步：创建一个 Service Worker

Service Worker 是一个可编程的服务器代理，它可以拦截或者响应网络请求。Service Worker 是位于应用程序根目录的一个个的JavaScript文件。

您需要在页面对应的JavaScript文件中注册该ServiceWorker：

    if ('serviceWorker' in navigator) {
      // register service worker
      navigator.serviceWorker.register('/service-worker.js');
    }

如果您不需要离线的相关功能，您可以只创建一个 /service-worker.js文件，这样用户就可以直接安装您的Web应用了！

Service Worker这个概念可能比较难懂，它其实是一个工作在其他线程中的标准的Worker，它不可以访问页面上的DOM元素，没有页面上的API，但是可以拦截所有页面上的网络请求，包括页面导航，请求资源，Ajax请求。

上面就是使用全站HTTPS的主要原因了。假设您没有在您的网站中使用HTTPS，一个第三方的脚本就可以从其他的域名注入他自己的ServiceWorker，然后篡改所有的请求——这无疑是非常危险的。

Service Worker 会响应三个事件：install，activate和fetch。

Install事件
该事件将在应用安装完成后触发。我们一般在这里使用Cache API缓存一些必要的文件。

首先，我们需要提供如下配置

1. 缓存名称（CACHE）以及版本（version）。应用可以有多个缓存存储，但是在使用时只会使用其中一个缓存存储。每当缓存存储有变化时，新的版本号将会指定到缓存存储中。新的缓存存储将会作为当前的缓存存储，之前的缓存存储将会被作废。
2. 一个离线的页面地址（offlineURL）：当用户访问了之前没有访问过的地址时，该页面将会显示。
3. 一个包含了所有必须文件的数组，包括保障页面正常功能的CSS和JavaScript。在本示例中，我还添加了主页和logo。当有不同的URL指向同一个资源时，你也可以将这些URL分别写到这个数组中。offlineURL将会加入到这个数组中。
4. 我们也可以将一些非必要的缓存文件（installFilesDesirable）。这些文件在安装过程中将会被下载，但如果下载失败，不会触发安装失败。

   // 配置文件
   const
     version = '1.0.0',
     CACHE = version + '::PWAsite',
     offlineURL = '/offline/',
     installFilesEssential = [
       '/',
       '/manifest.json',
       '/css/styles.css',
       '/js/main.js',
       '/js/offlinepage.js',
       '/images/logo/logo152.png'
     ].concat(offlineURL),
     installFilesDesirable = [
       '/favicon.ico',
       '/images/logo/logo016.png',
       '/images/hero/power-pv.jpg',
       '/images/hero/power-lo.jpg',
       '/images/hero/power-hi.jpg'
     ];

installStaticFiles() 方法使用基于Promise的方式使用Cache API将文件存储到缓存中。

    // 安装静态资源
    function installStaticFiles() {

      return caches.open(CACHE)
        .then(cache => {

          // 缓存可选文件
          cache.addAll(installFilesDesirable);

          // 缓存必须文件
          return cache.addAll(installFilesEssential);

        });

    }

最后，我们添加一个install的事件监听器。waitUntil方法保证了service worker不会安装直到其相关的代码被执行。这里它会执行installStaticFiles()方法，然后self.skipWaiting()方法来激活service worker：

    // 应用安装
    self.addEventListener('install', event => {

      console.log('service worker: install');

      // 缓存主要文件
      event.waitUntil(
        installStaticFiles()
        .then(() => self.skipWaiting())
      );

    });

Activate 事件
这个事件会在service worker被激活时发生。你可能不需要这个事件，但是在示例代码中，我们在该事件发生时将老的缓存全部清理掉了：

    // clear old caches
    function clearOldCaches() {

      return caches.keys()
        .then(keylist => {

          return Promise.all(
            keylist
              .filter(key => key !== CACHE)
              .map(key => caches.delete(key))
          );

        });

    }

    // application activated
    self.addEventListener('activate', event => {

      console.log('service worker: activate');

        // delete old caches
      event.waitUntil(
        clearOldCaches()
        .then(() => self.clients.claim())
        );

    });

注意self.clients.claim()执行时将会把当前service worker作为被激活的worker。

Fetch 事件 该事件将会在网络开始请求时发起。该事件处理函数中，我们可以使用respondWith()方法来劫持HTTP的GET请求然后返回：

1. 从缓存中取到的资源文件
2. 如果第一步失败，资源文件将会从网络中使用Fetch API来获取（和service
   worker中的fetch事件无关）。获取到的资源将会加入到缓存中。
3. 如果第一步和第二步均失败，将会从缓存中返回正确的资源文件。

   // application fetch network data
   self.addEventListener('fetch', event => {

     // abandon non-GET requests
     if (event.request.method !== 'GET') return;

     let url = event.request.url;

     event.respondWith(

       caches.open(CACHE)
         .then(cache => {

           return cache.match(event.request)
             .then(response => {

               if (response) {
                 // return cached file
                 console.log('cache fetch: ' + url);
                 return response;
               }

               // make network request
               return fetch(event.request)
                 .then(newreq => {

                   console.log('network fetch: ' + url);
                   if (newreq.ok) cache.put(event.request, newreq.clone());
                   return newreq;

                 })
                 // app is offline
                 .catch(() => offlineAsset(url));

             });

         })

     );

   });

offlineAsset(url)方法中使用了一些helper方法来返回正确的数据：

    // 是否为图片地址?
    let iExt = ['png', 'jpg', 'jpeg', 'gif', 'webp', 'bmp'].map(f => '.' + f);
    function isImage(url) {

      return iExt.reduce((ret, ext) => ret || url.endsWith(ext), false);

    }

    // return 返回离线资源
    function offlineAsset(url) {

      if (isImage(url)) {

        // 返回图片
        return new Response(
          '<svg role="img" viewBox="0 0 400 300" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg"><title>offline</title><path d="M0 0h400v300H0z" fill="#eee" /><text x="200" y="150" text-anchor="middle" dominant-baseline="middle" font-family="sans-serif" font-size="50" fill="#ccc">offline</text></svg>',
          { headers: {
            'Content-Type': 'image/svg+xml',
            'Cache-Control': 'no-store'
          }}
        );

      }
      else {

        // return page
        return caches.match(offlineURL);

      }

    }

offlineAsset()方法检查请求是否为一个图片，然后返回一个带有“offline”文字的SVG文件。其他请求将会返回 offlineURL 页面。

Chrome开发者工具中的ServiceWorker部分提供了关于当前页面worker的信息。其中会显示worker中发生的错误，还可以强制刷新，也可以让浏览器进入离线模式。

Cache Storage 部分例举了当前所有已经缓存的资源。你可以在缓存需要更新的时候点击refresh按钮。

第四步：创建可用的离线页面

离线页面可以是静态的HTML，一般用于提醒用户当前请求的页面暂时无法使用。然而，我们可以提供一些可以阅读的页面链接。

Cache API可以在main.js中使用。然而，该API使用Promise，在不支持Promise的浏览器中会失败，所有的JavaScript执行会因此受到影响。为了避免这种情况，在访问/js/offlinepage.js的时候我们添加了一段代码来检查当前是否在离线环境中：

/js/offlinepage.js 中以版本号为名称保存了最近的缓存，获取所有URL，删除不是页面的URL，将这些URL排序然后将所有缓存的URL展示在页面上：

    // cache name
    const
      CACHE = '::PWAsite',
      offlineURL = '/offline/',
      list = document.getElementById('cachedpagelist');

    // fetch all caches
    window.caches.keys()
      .then(cacheList => {

        // find caches by and order by most recent
        cacheList = cacheList
          .filter(cName => cName.includes(CACHE))
          .sort((a, b) => a - b);

        // open first cache
        caches.open(cacheList[0])
          .then(cache => {

            // fetch cached pages
            cache.keys()
              .then(reqList => {

                let frag = document.createDocumentFragment();

                reqList
                  .map(req => req.url)
                  .filter(req => (req.endsWith('/') || req.endsWith('.html')) && !req.endsWith(offlineURL))
                  .sort()
                  .forEach(req => {
                    let
                      li = document.createElement('li'),
                      a = li.appendChild(document.createElement('a'));
                      a.setAttribute('href', req);
                      a.textContent = a.pathname;
                      frag.appendChild(li);
                  });

                if (list) list.appendChild(frag);

              });

          })

      });

开发者工具

Chrome浏览器提供了一系列的工具来帮助您来调试Service Worker，日志也会直接显示在控制台上。

您最好使用匿名模式来进行开发工作，这样可以排除缓存对开发的干扰。

最后，Chrome的Lighthouse扩展也可以为您的渐进式Web应用提供一些改进信息。

渐进式Web应用的要点

渐进式Web应用是一种新的技术，所以使用的时候一定要小心。也就是说，渐进式Web应用可以让您的网站在几个小时内得到改善，并且在不支持渐进式Web应用的浏览器上也不会影响网站的显示。

但是我们需要考虑以下几点：

URL隐藏
当您的应用就是一个单URL的应用程序时（比如游戏），我建议您隐藏地址栏。除此之外的情况我并不建议您隐藏地址栏。在Manifest中，display: minimal-ui 或者 display: browser对于大多数情况来说足够用了。

缓存过大
你不能将您网站中的所有内容缓存下来。对于小一些的网站来说缓存所有内容并不是一个问题，但是如果一个网站包含了上千个页面呢？很明显不是所有人对网站中的所有内容都感兴趣。存储是有限制的，如果您将所有访问过的页面都缓存下来的话，缓存大小会增长额很快。

你可以这样制定你的缓存策略：

• 只缓存重要的页面，比如主页，联系人页面和最近浏览文章的页面。
• 不要缓存任何图片，视频和大文件
• 定时清理旧的缓存
• 提供一个“离线阅读”按钮，这样用户就可以选择需要缓存哪些内容了。

缓存刷新
示例代码中在发起请求之前会先查询缓存。当用户处于离线状态时，这很好，但是如果用户处于在线状态，那他只会浏览到比较老旧的页面。

各种资源比如图片和视频不会改变，所以一般都把这些静态资源设置为长期缓存。这些资源可以直接缓存一年（31,536,000秒）。在HTTP Header中，就是：

Cache-Control: max-age=31536000

页面，CSS和脚本文件可能变化的更频繁一些，所以你可以设置一个比较小的缓存超时时间（24小时），并确保在用户网络连接恢复时再次从服务器请求：

Cache-Control: must-revalidate, max-age=86400

你也可以在每次网站发布时，通过改名的方式强制浏览器重新请求资源。

小结

至此，相信你如果按照本文一步一步操作下来，你也可以很快把自己的Web应用转为PWA。在转为了PWA后，如果有使用满足 PWA 模型的前端控件的需求，可以试试纯前端表格控件SpreadJS，这款具有前瞻性的前端电子表格控件不会让你失望。