Docs

Appearance

12单页应用与前端路由库设计原理 ​

在第 6 讲和第 8 讲的内容中，我介绍了浏览器中页面是如何进行请求和渲染的。在单页应用出现以前，浏览器通过 HTTP 请求向服务端请求页面内容的时候，服务端会根据页面不同的 URL 路由，拼接出相应的页面视图片段，最终以 HTML 的方式返回给浏览器，浏览器再进行解析和渲染。

这种多个页面间没有关系、各自为完整页面的应用，称之为多页应用。我们熟悉的 JSP、PHP 也都是通过拼接 HTML 模板的方式，来给浏览器提供完整的页面内容。

如今，大多数的前端应用都使用单页应用的方式来实现。那么什么是单页应用呢？使用单页应用的优势是什么？为什么单页应用流行一段时间之后，现在又有人开始回到多页应用的方式呢？

下面我们来一探究竟。

单页应用的出现 ​

首先，单页应用与多页应用的区别在于：

  • 多页应用是由服务端进行 HTML 模板拼接的，各个页面间没有直接关系；

  • 单页应用便是将页面内容的控制权交给前端来处理，通过使用一个前端页面+多个页面片段的方式进行渲染。

当页面以多页应用的方式进行加载时，如果发生页面间的跳转，常常会导致整个页面都需要重新加载。这是因为当页面路由发生了变化，浏览器会重新向服务端获取相应的内容，而服务端则会根据新的 URL 再次进行 HTML 模板拼接，并返回给前端。

在这个过程中，用户会看到页面重新变回了白屏，然后再出现内容，体验很糟糕。使用这种方式加载页面，整个页面都需要重新加载，导致体验不够友好。

除此之外，由于页面中整个 HTML 内容都需要重新加载，多页应用还存在以下问题：

  1. 静态资源无法有效复用，包括 Javascript 脚本和 CSS 内容；

  2. 原有的页面状态、用户状态无法保留，依赖 URL、Cookie、本地缓存等获取用户数据。

其实在大多数情况下，对于同一个网站，不同 URL 的页面其实整体骨架都很相似，像网站导航栏、顶部菜单栏、底部网站相关内容等都是相同的，使用多页应用的方式会导致这些内容也重新加载。

既然如此，那么是否可以使用页面局部刷新的方式来更新页面内容呢？在第 10 讲中其实我也有介绍，如今流行的 Angular、React、Vue 等这些前端框架都是通过将某个数据变量关联到页面的某块内容展示的方式，实现页面的局部更新。

但只有局部刷新的能力还是不够的，因为即使页面内容更新了，如果页面的 URL 没有发生变化，当用户刷新页面的时候，可能会丢失当前的页面内容。因此，我们需要在前端配合控制路由的方式来控制页面展示，这就是单页应用。

显然，单页应用的出现带来以下的好处：

  1. 通用的静态资源（比如 jQuery、Axios、Boostrap 等）不需要重新加载；

  2. 页面的数据状态和用户状态依然保留；

  3. 局部页面内容更新，页面切换快，用户体验好。

但是，单页应用同样存在着一些问题，这些问题会影响着项目的选型，也因此出现了服务端渲染等解决方案，我们一起来看一下。

单页应用的问题 ​

由于要启用单页应用，浏览器在首次打开页面的时候，除了加载固定的脚本和样式文件以外，页面流程大概是这样的。

  1. 浏览器请求服务端，服务端返回固定静态资源+基础的 HTML 内容+前端路由库。

  2. 由于是前端进行渲染，因此在一般情况下，服务端返回的 HTML 内容基本上<body>为空。前端在页面进行加载的时候，需要继续向服务端发起 Ajax 请求，获取页面渲染需要的数据。

  3. 服务端根据请求内容，给前端返回相应的数据。

  4. 前端拿到数据后，根据当前的 URL 信息来生成相应的内容，进行页面的二次渲染，此时页面才最终加载完成。

可以看到，单页应用相比多页应用的优势主要在于页面切换时。在首次打开的时候，多页应用可以直接返回用于最终渲染的页面，而单页应用则需要自行进行计算和组装，中间过程很可能还涉及数据的二次请求，因此会比多页应用慢。

除此之外，由于搜索引擎只识别 HTML 内容，单页应用更多依赖 Javascript 进行 HTML 拼接，因此对 SEO（search engine optimization 简写为 SEO，搜索引擎优化）的支持不友好，很可能会影响搜索引擎中的排名。

基于这些原因，如今不少前端框架也支持服务端渲染（SSR，Server-Side-Rendering），通过提供 Node.js 服务的方式，在服务端完成页面内容的拼接，直接返回给前端。相对的，单页应用的渲染方式，也被称为客户端渲染（CSR，Client-Side-Rendering）。

服务端渲染听起来跟多页应用很相似，都是由服务端完成 HTML 内容拼接的，那是否可以认为服务端渲染就是多页应用呢？

并不是，服务端渲染可以只用来控制首屏直出，而在页面进行切换的时候，依然使用单页应用的方式，这样的解决方案结合了多页应用和单页应用的优势，如今也在不少项目中使用。

那么，页面切换的时候，如何避免页面重新加载，又能正确渲染页面内容呢？大多数项目中都会使用前端路由库（比如 ngRouter/vue-router/react-router 等），这些路由库的设计原理又是怎样的呢？

我们一起来看一下。

前端路由库的设计与实现 ​

页面的跳转、局部内容的刷新是 Web 应用中使用最多的场景。想象一下，如果我们只刷新了页面的内容，但是 URL 并没有改变，当用户刷新当前页面的时候，原先的内容会丢失，需要重新操作进入到对应的页面中，这是比较糟糕的一种体验。

所以，我们可以把页面的内容匹配到对应的路由信息中，即使是强制刷新，URL 信息也不会丢，用户依然可以快速恢复原先的页面浏览信息，这也是我们项目中设计和使用路由的很重要的原因。

前面说到，单页应用使用了局部刷新的能力，配合路由信息变更的时候进行局部页面内容的刷新（而不是重新加载一个完整的页面），可以让用户获取更好的体验。

要实现前端路由，离不开浏览器提供的 History API、Location API 这些 API，因此后面介绍路由能力实现时，我们也会进行一些介绍。

一般来说，前端路由的实现，会包括两种模式：

  1. History 模式

  2. Hash 模式

我们先来看看 History 模式。

History 模式 ​

History 的路由模式，依赖了一个关键的属性window.history，该属性可用来获取用于操作浏览器历史记录的 History 对象。也就是说，通过使用window.history，我们可以实现以下与路由相关的重要能力。比如：

  • 在 history 中跳转

使用window.history.back()、window.history.forward()和window.history.go()方法，可以实现在用户历史记录中向后和向前的跳转。

  • 添加和修改历史记录中的条目

使用history.pushState()和history.replaceState()方法，它可以操作浏览器的历史栈，同时不会引起页面的刷新（可避免页面重新加载）。

  • 监听页面路由切换

当同一个页面在历史记录间切换时，就会产生popstate事件，可以通过window.popstate监听页面路由切换的情况。

也就是说，使用pushState()和replaceState()来修改路由信息，通过popstate事件监听页面路由变化，来进行页面的局部更新，这便是 History 的路由模式。

但 History 的路由模式需要依赖 HTML5 History API（IE10 以上），以及服务器的配置来支持，所以也有不少的开发者会使用 Hash 模式来管理 Web 应用的路由。

那么 Hash 模式又是怎样的呢？

Hash 模式 ​

Hash 模式使用的是从井号(#)开始的 URL（锚）片段，主要依赖 Location 对象的 hash 属性（location.hash）和hashchange事件，包括：

  • 使用location.hash来设置和获取 hash

location.hash的设置和获取，并不会造成页面重新加载，利用这一点，我们可以记录页面关键信息的同时，提升页面体验。

  • 监听hashchange事件

当页面的 hash 改变时，hashchange事件会被触发，同时提供了两个属性：newURL（当前页面新的 URL）和oldURL（当前页面旧的 URL）。

部分浏览器不支持onhashchange事件，我们可以自行使用定时器检测和触发的方式来进行兼容，可以使用以下的代码逻辑来实现：

java
(function (window) {
  // 如果浏览器原生支持该事件，则退出
  if ("onhashchange" in window.document.body) {
    return;
  }
  var location = window.location,
    oldURL = location.href,
    oldHash = location.hash;
  // 每隔100ms检测一下location.hash是否发生变化
  setInterval(function () {
    var newURL = location.href,
      newHash = location.hash;
    // 如果hash发生了变化，且绑定了处理函数...
    if (newHash != oldHash && typeof window.onhashchange === "function") {
      // 执行事件触发
      window.onhashchange({
        type: "hashchange",
        oldURL: oldURL,
        newURL: newURL,
      });
      oldURL = newURL;
      oldHash = newHash;
    }
  }, 100);
})(window);

我们可以看到，Hash 路由模式使用location.hash来设置和获取 hash，并通过window.onhashchange监听基于 hash 的路由变化，来进行页面更新处理的。

路由结合前端框架 ​

不管是 History 模式还是 Hash 模式，路由的实现原理都很简单，因此一般来说大家也都会直接使用前端框架自带的路由库。

路由库结合前端框架的工作流程是这样的：

  1. 设置监听器，监听popstate或者hashchange事件；

  2. 根据当前 URL 信息匹配设置的路径，根据路由设置加载对应模块，通过前端框架进行更新和渲染；

  3. 页面更新的同时，使用location.hash或者history.pushState/replaceState更新页面的路由信息。

以上是简单的实现，很多路由工具库还会提供除事件监听和通知之外的一些更高级的能力，比如与渲染层结合解析和处理的能力，以及路由的钩子、路由监听、路由鉴权、匹配和映射、懒加载打包等这种能力，减轻业务开发过程中的处理工作。

小结 ​

其实，不管是单页应用/多页应用、服务端渲染/客户端渲染，还是前端路由的设计，都是在前端项目中使用频率很高的功能，也有很多成熟的解决方案和配套工具。

但在了解一个工具如何使用的同时，我们更应该了解工具的实现、为什么需要这样来使用。只有掌握和理解了工具的设计原理、相关的解决方案，我们才可以将这些知识化为己用。

你最近也有在用什么工具库吗？你是否有去了解其中的设计原理呢？欢迎在留言区留下你的思考。