用 Service Worker 實(shí)現(xiàn)前端性能優(yōu)化

前言

說(shuō)起前端性能優(yōu)化, 我們首先想到的可能就是用 Gulp 、Webpack 之類(lèi)的自動(dòng)化構(gòu)建工具對(duì) HTML、CSS 、JS 代碼進(jìn)行壓縮，同時(shí)優(yōu)化圖片資源。再者就是使用 CSS Sprite 或者對(duì)于較小的圖片用 base64 直接編碼來(lái)進(jìn)行優(yōu)化。當(dāng)然還有很多可以優(yōu)化的方向，例如考慮瀏覽器緩存、頁(yè)面渲染性能 ( 減少重排與重繪與 GPU 硬件加速 ) 、JS阻塞性能等等。但我們今天講的是如何利用緩存策略在適宜的情況下直接減少對(duì)前端數(shù)據(jù)的請(qǐng)求量從而達(dá)到前端性能的優(yōu)化。因此 Service Worker 以及其相關(guān)的 API 就成為了我們今天的主角。

提醒 : 本篇文章將直接講述如何利用 Service Worker 對(duì)前端性能進(jìn)行優(yōu)化，希望讀者在此之前已經(jīng)對(duì) Service Worker 有基本的了解，若之前沒(méi)有接觸過(guò)，可以先看看以下的兩篇文章。

Service Worker ~ Google ( 墻 )

Service Worker 簡(jiǎn)介

制定緩存策略

首先，既然是前端性能優(yōu)化，我們就需要想想該如何制定緩存策略才能達(dá)到理想的效果。我們可能有這樣的想法，即對(duì) CSS 、JS 等易更改文件優(yōu)先使用網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求的數(shù)據(jù)，而對(duì)于圖片資源則優(yōu)先使用緩存。如果再進(jìn)一步思考的話，我們也許會(huì)希望在網(wǎng)絡(luò)條件好的情況下優(yōu)先使用網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求數(shù)據(jù)，而網(wǎng)絡(luò)條件較差時(shí)則盡可能的直接使用緩存。嗯 ~ 看起來(lái)還不錯(cuò)，那么根據(jù)以上的兩點(diǎn)我們先用代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)一下吧。

先邁出最簡(jiǎn)單的第一步，注冊(cè) Service Worker。

// index.js 

if ( 'serviceWorker' in navigator ) {
    navigator.serviceWorker.register('/sw.js')
    .then( registration => {
        console.log('ServiceWorker registration successful with scope: ', registration.scope);
    })
    .catch( err => console.log('ServiceWorker registration failed: ', err));
}

在 sw.js 中實(shí)現(xiàn)常規(guī)操作。

// sw.js

var cacheMaps = {
    cache_file: 'css.js',
    cache_image: 'images'
}

self.addEventListener('install', () => {
    // 一般注冊(cè)以后，激活需要等到再次刷新頁(yè)面后再激活
    // 可防止出現(xiàn)等待的情況，這意味著服務(wù)工作線程在安裝完后立即激活
    self.skipWaiting();
})

// 運(yùn)行觸發(fā)的事件
self.addEventListener('activate', event => {
    event.waitUntil(
        // 若緩存數(shù)據(jù)更改，則在這里更新緩存
        caches.keys()
        .then( cacheNames => {
            return cacheNames.filter( item => !Object.values(cacheMaps).includes(item))
        })
        .then( keys => {
            return Promise.all( keys.map( key => {
                return caches.delete(key);
            }))
        })
        // 更新客戶端上的 Service Worker 腳本
        .then(() => self.clients.claim())
    )
})

實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先的邏輯。

function firstNet(cacheName, request) {
    // 請(qǐng)求網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)并緩存
    return fetch(request).then( response => {
        var responseCopy = response.clone();
        caches.open(cacheName).then( cache => {
            cache.put(request, responseCopy);
        });
        return response;
    }).catch(() => {
        return caches.open(cacheName).then( cache => {
            return cache.match(request);
        });
    });
}

實(shí)現(xiàn)緩存優(yōu)先的邏輯。

function firstCache(cacheName, request) {
    return caches.open(cacheName).then( cache => {
        return cache.match(request).then( response => {
            var fetchServer = function() {
                return fetch(request).then( newResponse => {
                    cache.put(request, newResponse.clone());
                    return newResponse;
                });
            }
            // 如果緩存中有數(shù)據(jù)則返回，否則請(qǐng)求網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)
            if (response) {
                return response;
            } else {
                return fetchServer();
            }
        });
    });
}

完成緩存策略中我們提到的第一點(diǎn)，即對(duì) CSS 、JS 請(qǐng)求使用網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先，圖片資源請(qǐng)求實(shí)現(xiàn)緩存優(yōu)先。

// sw.js

self.addEventListener('fetch', event => {
    var 
    request = event.request,
    url = request.url,
    cacheName;

    // 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先
    if ( /\.(js|css)$/.test(url) ) {
        (cacheName = cacheMaps.cache_file) && e.respondWith(firstNet(cacheName, request));
    }
    // 緩存優(yōu)先
    else if ( /\.(png|jpg|jpeg|gif|webp)$/.test(url) ) {
        (cacheName = cacheMaps.cache_image) && e.respondWith(firstCache(cacheName, request));
    }
})

接下來(lái)我們利用 Promise.race() 完成一個(gè)競(jìng)速模式，從而實(shí)現(xiàn)上文提到的第二點(diǎn)即根據(jù)網(wǎng)絡(luò)條件的好壞執(zhí)行相應(yīng)的操作。

function networkCacheRace(cacheName, request) {
    var timer, TIMEOUT = 500;
    /**
     * 網(wǎng)絡(luò)好的情況下給網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求500ms, 若超時(shí)則從緩存中取數(shù)據(jù)
     * 若網(wǎng)絡(luò)較差且沒(méi)有緩存, 由于第一個(gè) Promise 會(huì)一直處于 pending, 故此時(shí)等待網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求響應(yīng)
     */
    return Promise.race([new Promise((resolve, reject) => {
        timer = setTimeout(() => {
            caches.open(cacheName).then( cache => {
                cache.match(request).then( response => {
                    if (response) {
                        resolve(response);
                    }
                });
            });
        }, TIMEOUT);
    }), fetch(request).then( response => {
        clearTimeout(timer);
        var responseCopy = response.clone();
        caches.open(cacheName).then( cache => {
            cache.put(request, responseCopy);
        });
        return response;
    }).catch(() => {
        clearTimeout(timer);
        return caches.open(cacheName).then( cache => {
            return cache.match(request);
        });
    })]);
}

現(xiàn)在我們可以在 sw.js 中更改一下緩存策略，從而達(dá)到最理想的效果。

// sw.js

self.addEventListener('fetch', event => {
    // ...
    if ( /\.(js|css)$/.test(url) ) {
        (cacheName = cacheMaps.cache_file) 
        && e.respondWith(networkCacheRace(cacheName, request));
    }
    // ...
})

更好的方案 - Workbox

什么是 Workbox ? 我們可以看看谷歌開(kāi)發(fā)者官網(wǎng)中給出的解釋。

Workbox is a library that bakes in a set of best practices and removes the boilerplate every developer writes when working with service workers.

其大概意思是它對(duì)常見(jiàn)的 Service Worker 操作進(jìn)行了一層封裝, 根據(jù)最佳實(shí)踐方便了開(kāi)發(fā)者的使用。因此在我們快速開(kāi)發(fā)自己的 PWA 應(yīng)用時(shí)使用 Workbox 是最合適不過(guò)的了。

它主要有以下幾大功能 :

• Precaching  ~  預(yù)緩存

• Runtime caching  ~  運(yùn)行時(shí)緩存

• Strategies  ~  緩存策略

• Request routing  ~  請(qǐng)求路由控制

• Background sync  ~  后臺(tái)同步

• etc …

基于本文的內(nèi)容, 在這里我們只談?wù)勅绾魏?jiǎn)單的使用 Workbox 以及它所提供的幾種緩存策略。

注意在 index.js 里面的注冊(cè)操作不會(huì)改變, 變化的是 sw.js 中的代碼。

// sw.js

// 導(dǎo)入谷歌提供的 Workbox 庫(kù)
importScripts('https://storage.googleapis.com/workbox-cdn/releases/3.2.0/workbox-sw.js');

if ( !workbox ) { 
    console.log(`Workbox didn't load.`);
    return;
}

// Workbox 注冊(cè)成功, 可以進(jìn)行下一步的操作

// 立即激活, 跳過(guò)等待
workbox.skipWaiting();
workbox.clientsClaim();

// workbox.routing.registerRoute()...

下面用官網(wǎng)給出的幾張圖解釋一下 Workbox 所提供的幾種緩存策略，而它們正好能滿足上文我們自己用代碼所實(shí)現(xiàn)的效果。

• Stale-While-Revalidate

• Cache First

• Network First

• Cache Only

• Network Only

接下來(lái)讓我們使用 Workbox 去實(shí)現(xiàn)上文優(yōu)化前端性能的緩存策略。

緩存優(yōu)先 :

workbox.routing.registerRoute(
  /\.(png|jpg|jpeg|gif|webp)$/,
  // 對(duì)于圖片資源使用緩存優(yōu)先
  workbox.strategies.cacheFirst({
    cacheName: 'images',
    // 設(shè)置最大緩存數(shù)量以及過(guò)期時(shí)間
    plugins: [
      new workbox.expiration.Plugin({
        maxEntries: 60,
        maxAgeSeconds: 7 * 24 * 60 * 60,
      }),
    ],
  }),
);

網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先 :

workbox.routing.registerRoute(
  /\.(js|css)$/,
  workbox.strategies.staleWhileRevalidate({
    cacheName: 'css.js',
  }),
);

由上文圖中可看出 stale-while-revalidate 策略與我們實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先稍有不同，確切的來(lái)說(shuō)更加明智，因?yàn)槌说谝淮涡枰W(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求，接下來(lái)的請(qǐng)求會(huì)直接從緩存中取數(shù)據(jù)但在頁(yè)面加載之后會(huì)立即更新緩存，這樣既保證了加載速度又能每次將數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的更新到最新版本。

競(jìng)速模式 :

workbox.routing.registerRoute(
    /\.(js|css)$/,
    workbox.strategies.networkFirst({
        // 給網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求0.5秒，若仍未返回則從緩存中取數(shù)據(jù)
        networkTimetoutSeconds: 0.5,
        cacheName: 'css.js',
    }),
);

回頭看看我們手動(dòng)實(shí)現(xiàn)的緩存策略，顯然使用 Workbox 要簡(jiǎn)單的多。當(dāng)然 Workbox 中還有很多東西需要注意，但由于已經(jīng)超出了文章所講的主要內(nèi)容因此在這里無(wú)法具體闡述，建議讀者還是到官網(wǎng)去仔細(xì)看看文檔詳細(xì)了解一下，若因?yàn)閴Φ膯?wèn)題可以看看第二篇文章。

Workbox ~ Google  ( 墻 )

神奇的 Workbox 3.0