構建單頁Web應用

文章摘自：https://github.com/xufei/blog/issues/5#issuecomment-136962500

單頁應用：優勢和缺點 http://stackoverflow.com/questions/21862054/single-page-application-advantages-and-disadvantages

單頁應用是什麼？

讓咱們先來看幾個網站：

coding

teambition

cloud9

注意這幾個網站的相同點，那就是在瀏覽器中，作了原先「應當」在客戶端作的事情。它們的界面切換很是流暢，響應很迅速，跟傳統的網頁明顯不同，它們是什麼呢？這就是單頁Web應用。

所謂單頁應用，指的是在一個頁面上集成多種功能，甚至整個系統就只有一個頁面，全部的業務功能都是它的子模塊，經過特定的方式掛接到主界面上。它是AJAX技術的進一步昇華，把AJAX的無刷新機制發揮到極致，所以能造就與桌面程序媲美的流暢用戶體驗。

其實單頁應用咱們並不陌生，不少人寫過ExtJS的項目，用它實現的系統，很自然的就已是單頁的了，也有人用jQuery或者其餘框架實現過相似的東西。用各類JS框架，甚至不用框架，都是能夠實現單頁應用的，它只是一種理念。有些框架適用於開發這種系統，若是使用它們，能夠獲得不少便利。

 

開發框架

ExtJS能夠稱爲第一代單頁應用框架的典型，它封裝了各類UI組件，用戶主要使用JavaScript來完成整個前端部分，甚至包括佈局。隨着功能逐漸增長，ExtJS的體積也逐漸增大，即便用於內部系統的開發，有時候也顯得笨重了，更不用說開發以上這類運行在互聯網上的系統。

jQuery因爲偏重DOM操做，它的插件體系又比較鬆散，因此比ExtJS這個體系更適合開發在公網運行的單頁系統，整個解決方案會相對比較輕量、靈活。

但因爲jQuery主要面向上層操做，它對代碼的組織是缺少約束的。如何在代碼急劇膨脹的狀況下控制每一個模塊的內聚性，而且適當在模塊之間產生數據傳遞與共享，就成爲了一種有挑戰的事情。

爲了解決單頁應用規模增大時候的代碼邏輯問題，出現了很多MV*框架，他們的基本思路都是在JS層建立模塊分層和通訊機制。有的是MVC，有的是MVP，有的是MVVM，並且，它們幾乎都在這些模式上產生了變異，以適應前端開發的特色。

這類框架包括Backbone，Knockout，AngularJS，Avalon等。

組件化

這些在前端作分層的框架推進了代碼的組件化，所謂組件化，在傳統的Web產品中，更多的指UI組件，但其實組件是一個普遍概念，傳統Web產品中UI組件佔比高的緣由是它的厚度不足，隨着客戶端代碼比例的增長，至關一部分的業務邏輯也前端化，由此催生了不少非界面型組件的出現。

分層帶來的一個優點是，每層的職責更專注了，由此，能夠對其做單元測試的覆蓋，以保證其質量。傳統UI層測試最頭疼的問題是UI層和邏輯混雜在一塊兒，好比每每會在遠程請求的回調中更改DOM，當引入分層以後，這些東西均可以分別被測試，而後再經過場景測試來保證總體流程。

代碼隔離

與開發傳統頁面型網站相比，實現單頁應用的過程當中，有一些比較值得特別關注的點。

從單頁應用的特色來看，它比頁面型網站更加依賴於JavaScript，而因爲頁面的單頁化，各類子功能的JavaScript代碼彙集到了同一個做用域，因此代碼的隔離、模塊化變得很重要。

在單頁應用中，頁面模板的使用是很廣泛的。不少框架內置了特定的模板，也有的框架須要引入第三方的模板。這種模板是界面片斷，咱們能夠把它們類比成JavaScript模塊，它們是另外一種類型的組件。

模板也同樣有隔離的須要。不隔離模板，會形成什麼問題呢？模板間的衝突主要存在於id屬性上，若是一個模板中包含固定的id，當它被批量渲染的時候，會形成同一個頁面的做用域中出現多個相同id的元素，產生不可預測的後果。所以，咱們須要在模板中避免使用id，若是有對DOM的訪問需求，應當經過其餘選擇器來完成。若是一個單頁應用的組件化程度很是高，極可能整個應用中都沒有元素id的使用。

代碼合併與加載策略

人們對於單頁系統的加載時間容忍度與Web頁面不一樣，若是說他們願意爲購物頁面的加載等待3秒，有可能會願意爲單頁應用的首次加載等待5-10秒，但在此以後，各類功能的使用應當都比較流暢，全部子功能頁面儘可能要在1-2秒時間內切換成功，不然他們就會感受這個系統很慢。

從這些特色來看，咱們能夠把更多的公共功能放到首次加載，以減少每次加載的載入量，有一些站點甚至把全部的界面和邏輯所有放到首頁加載，每次業務界面切換的時候，只產生數據請求，所以它的響應是很是迅速的，好比青雲的控制檯就是這麼作的。

一般在單頁應用中，無需像網站型產品同樣，爲了防止文件加載阻塞渲染，把js放到html後面加載，由於它的界面基本都是動態生成的。

當切換功能的時候，除了產生數據請求，還須要渲染界面，這個新渲染的界面部件通常是界面模板，它從哪裏來呢？來源無非是兩種，一種是即時請求，像請求數據那樣經過AJAX獲取過來，另外一種是內置於主界面的某些位置，好比script標籤或者不可見的textarea中，後者在切換功能的時候速度有優點，可是加劇了主頁面的負擔。

在傳統的頁面型網站中，頁面之間是互相隔離的，所以，若是在頁面間存在可複用的代碼，通常是提取成單獨的文件，而且可能會須要按照每一個頁面的需求去進行合併。單頁應用中，若是總的代碼量不大，能夠總體打包一次在首頁載入，若是大到必定規模，再做運行時加載，加載的粒度能夠搞得比較大，不一樣的塊之間沒有重複部分。

路由與狀態的管理

咱們最開始看到的幾個在線應用，有的是對路由做了管理的，有的沒有。

管理路由的目的是什麼呢？是爲了能減小用戶的導航成本。好比說咱們有一個功能，經歷過屢次導航菜單的點擊，才呈現出來。若是用戶想要把這個功能地址分享給別人，他怎麼才能作到呢？

傳統的頁面型產品是不存在這個問題的，由於它就是以頁面爲單位的，也有的時候，服務端路由處理了這一切。可是在單頁應用中，這成爲了問題，由於咱們只有一個頁面，界面上的各類功能區塊是動態生成的。因此咱們要經過對路由的管理，來實現這樣的功能。

具體的作法就是把產品功能劃分爲若干狀態，每一個狀態映射到相應的路由，而後經過pushState這樣的機制，動態解析路由，使之與功能界面匹配。

有了路由以後，咱們的單頁面產品就能夠前進後退，就像是在不一樣頁面之間同樣。

其實在Web產品以外，早就有了管理路由的技術方案，Adobe Flex中，就會把好比TabNavigator，甚至下拉框的選中狀態對應到url上，由於它也是單「頁面」的產品模式，須要面對一樣的問題。

當產品狀態複雜到必定程度的時候，路由又變得很難應用了，由於狀態的管理極其麻煩，好比開始的時候咱們演示的c9.io在線IDE，它就無法把狀態對應到url上。

緩存與本地存儲

在單頁應用的運做機制中，緩存是一個很重要的環節。

因爲這類系統的前端部分幾乎全是靜態文件，因此它可以有機會利用瀏覽器的緩存機制，而好比動態加載的界面模板，也徹底能夠作一些自定義的緩存機制，在非首次的請求中直接取緩存的版本，以加快加載速度。

甚至，也出現了一些方案，在動態加載JavaScript代碼的同時，把它們也緩存起來。好比Addy Osmani的這個basket.js，就利用了HTML5 localStorage做了js和css文件的緩存。

在單頁產品中，業務代碼也經常會須要跟本地存儲打交道，存儲一些臨時數據，可使用localStorage或者localStorageDB來簡化本身的業務代碼。

服務端通訊

傳統的Web產品一般使用JSONP或者AJAX這樣的方式與服務端通訊，但在單頁Web應用中，有很大一部分採用WebSocket這樣的實時通信方式。

WebSocket與傳統基於HTTP的通訊機制相比，有很大的優點。它可讓服務端很便利地使用反向推送，前端只響應確實產生業務數據的事件，減小一遍又一遍無心義的AJAX輪詢。

因爲WebSocket只在比較先進的瀏覽器上被支持，有一些庫提供了在不一樣瀏覽器中的兼容方案，好比socket.io，它在不支持WebSocket的瀏覽器上會降級成使用AJAX或JSONP等方式，對業務代碼徹底透明、兼容。

內存管理

傳統的Web頁面通常是不須要考慮內存的管理的，由於用戶的停留時間相對少，即便出現內存泄漏，可能很快就被刷新頁面之類的操做沖掉了，但單頁應用是不一樣的，它的用戶極可能會把它開一成天，所以，咱們須要對其中的DOM操做、網絡鏈接等部分格外當心。

樣式的規劃

在單頁應用中，由於頁面的集成度高，全部頁面彙集到同一做用域，樣式的規劃也變得重要了。

樣式規劃主要是幾個方面：

基準樣式的分離

這裏面主要包括瀏覽器樣式的重設、全局字體的設置、佈局的基本約定和響應式支持。

組件樣式的劃分

這裏面是兩個層面的規劃，首先是各類界面組件及其子元素的樣式，其次是一些修飾樣式。組件樣式應當儘可能減小互相依賴，各組件的樣式容許冗餘。

堆疊次序的管理

傳統Web頁面的特色是元素多，可是層次少，單頁應用會有些不一樣。

在單頁應用中，須要提早爲各類UI組件規劃堆疊次序，也就是z-index，好比說，咱們可能會有各類彈出對話框，浮動層，它們可能組合成各類堆疊狀態。新的對話框的z-index須要比舊的高，才能確保蓋在它上面。諸如此類，都須要咱們對這些可能的遮蓋做規劃，那麼，怎樣去規劃呢？

瞭解通訊知識的人，應當會知道，不一樣的頻率段被劃分給不一樣的通訊方式使用，在一些國家，領空的使用也是有劃分的，咱們也能夠用一樣的方式來預先分段，不一樣類型的組件的z-index落到各自的區間，以免它們的衝突。

單頁應用的產品形態

咱們在開始的時候提到，存在着不少新型Web產品，使用單頁應用的方式構建，但實際上，這類產品不只僅存在於Web上。點開Chrome商店，咱們會發現不少離線應用，這些產品均可以算是單頁應用的體現。

除了各類瀏覽器插件，藉助node-webkit這樣的外殼平臺，咱們可使用Web技術來構建本地應用，產品的主要部分仍然是咱們熟悉的單頁應用。

單頁應用的流行程度正在逐漸增長，你們若是關注了一些初創型互聯網企業，會發現其中很大一部分的產品模式是單頁化的。這種模式能帶給用戶流暢的體驗，在開發階段，對JavaScript技能水平要求較高。

單頁應用開發過程當中，先後端是自然分離的，雙方以API爲分界。前端做爲服務的消費者，後端做爲服務的提供者。在此模式下，前端將會推進後端的服務化。當後端再也不承擔模板渲染、輸出頁面這樣工做的狀況下，它能夠更專一於所提供的API的實現，而在這樣的狀況下，Web前端與各類移動終端的地位對等，也逐漸使得後端API沒必要再爲每一個端做差別化設計了。

部署模式的改變

在如今這個時代，咱們已經能夠看到一種產品的出現了，那就是「無後端」的Web應用。這是一種什麼東西呢？基於這種理念，你的產品極可能只須要本身編寫靜態Web頁面，在某種BaaS（Backend as a Service）雲平臺上定製服務端API和雲存儲，集成這個平臺提供的SDK，經過AJAX等方式與之打交道，實現註冊認證、社交、消息推送、實時通訊、雲存儲等功能。

咱們觀察一下這種模式，會發現先後端的部署已經徹底分離了，前端代碼徹底靜態化，這意味着能夠把它們放置到CDN上，訪問將大大地加速，而服務端託管在BaaS雲上，開發者也沒必要去關注一些部署方面的繁瑣細節。

假設你是一名創業者，正在作的是一種實時協同的單頁產品，能夠在雲平臺上，快速定製後端服務，把絕大部分寶貴的時間花在開發產品自己上。

單頁應用的缺陷

單頁應用最根本的缺陷就是不利於SEO，由於界面的絕大部分都是動態生成的，因此搜索引擎很不容易索引它。

產品單頁化帶來的挑戰

一個產品想要單頁化，首先是它必須適合單頁的形態。其次，在這個過程當中，對開發模式會產生一些變動，對開發技能也會有一些要求。

開發者的JavaScript技能必須過關，同時須要對組件化、設計模式有所認識，他所面對的再也不是一個簡單的頁面，而是一個運行在瀏覽器環境中的桌面軟件。

 

 

用JS渲染的單頁面應用其實性能仍是比較差的

證實這個結論以前，要先闡述一下瀏覽器的渲染機制，這裏先祭出這篇文章：《關鍵呈現路徑》，文章主要介紹了瀏覽器渲染過程，其實你們也大概都瞭解過：

如上圖，瀏覽器經過網絡請求加載頁面資源，在頁面呈現以前不管如何都要經歷如下過程：

1. HTML→DOM
2. CSS→CSSOM
3. DOM + CSSOM → Render Tree
4. 對Render Tree進行佈局計算(Layout)
5. 對佈局結果進行屏幕繪製(Paint)

若是在JS渲染頁面模式下，須要在前端用JS加載樣式並組裝數據生成HTML插入頁面，以上瀏覽器渲染過程必須等到頁面加載完CSS，而且JS加載完數據拼裝好HTML以後才能開始進行，通常的網絡時序以下：

大概闡述一下這個流程：

1. 瀏覽器發起請求加載主文檔
2. 服務端響應一個基本骨架的主文檔
3. 瀏覽器加載主文檔中外鏈的loader.js（根據路由控制資源加載的）
4. 服務端響應loader.js
5. loader.js執行，根據頁面url判斷用戶訪問到哪一個虛擬頁面，而後再發起請求加載對應頁面的js和css
6. 頁面所需JS和CSS都加載完畢，JS執行，發起請求加載數據
7. 數據加載完畢，JS執行前端模板拼裝，插入DOM節點，而後瀏覽器開始前述渲染過程
8. 最終頁面呈現

歸納一下，加載時序大概是這樣的：

以上加載過程均爲串行，須要至少多付出3次RTT。若是把這種架構應用在高延遲的網絡環境下（好比移動2G），那就是找死啊（其實國內如今的網絡環境很好了，這樣搞問題或許不太明顯）。

固然，上面的例子仍是常規了一些，有些請求能夠適當合併，進一步優化以後，大概能夠搞成這個樣子：

就是首次請求的主文檔儘可能多內嵌一些東西，除了HTML骨架以外，把loader.js內嵌，再加一個loading界面，讓用戶以爲沒那麼長時間白屏，另外若是前端路由切換是pusState控制的話，能夠在服務端知道前端路由url，而後在主文檔中直接內嵌數據，主文檔體積大了很多，可是能夠減小2次RTT，優化對比：

固然，若是你的單頁面應用體量很小，徹底不用按需加載，主文檔內嵌一切能夠再減小一次RTT，獲得：

不過這麼極端的作法其限制就是：你的應用千萬不能太大！

前端渲染模式我廠的表明產品：UC奇趣百科 ，其優化點：

• 主文檔loader.js內嵌、數據內嵌、loading界面內嵌
• 頁面資源按需加載，請求動態合併
• localstorage存儲JS/CSS

在國內的網絡環境下感受還OK吧。。。

兼顧性能、兼顧SEO，仍是單頁面應用，是能夠作到的！

很明顯，前端JS渲染因爲違背了瀏覽器的優化策略，老是存在一個不可突破的瓶頸：

JS和數據沒加載完，JS拼裝數據的邏輯沒執行完，瀏覽器不能開始正常的渲染流程。

這個性能差別我感受短期內這種JS渲染的webapp是沒法跟傳統頁面輸出模式相比較的，由於瀏覽器的各類渲染優化策略基本上都是圍繞着傳統頁面時序展開的。有沒有辦法突破這個性能瓶頸，而且兼顧SEO，但還保留單頁面應用的體驗呢？

答案是：有辦法。

有人或許會想到 Isomorphic Javascript，所謂的同構JavaScript（這個有機會另外討論），採用同構JavaScript須要必定的架構支持，須要能解決後端渲染的組件反射問題，目前僅 react 或 類react框架才支持。

除了同構JS，還有一種方案，也比較簡單，頁面仍是服務端拼裝好的，CSS在head中，主文檔是完整的HTML，JS在body尾部；但須要在後端模板中實現一種功能：容許經過特殊的ajax請求以json格式響應頁面中的局部區域。這項技術被稱爲 Quickling。

此外，單頁面應用還有一項優化手段，叫PageCache，前端控制頁面切換時，把以前的頁面緩存到內存中，下次再回到這個頁面就直接展示，不用再次請求數據拼裝模板渲染，進一步優化用戶在站內瀏覽的體驗。

基於Quickling和PageCache咱們在印度市場（網絡環境超差）實現了兩個單頁面應用產品：YoloSong 和 Huntnews ，其優化點：

• 首次訪問服務端渲染，頁面間Quickling切換，單頁面體驗
• 全部連接可爬取，解決SEO問題
• PageCache緩存已訪問頁面，加速切換，歷史記錄前進後退
• 可 全站禁用JS，不影響瀏覽體驗
• 按需加載，請求合併