网站图片无缝兼容 WebP/AVIF

前言

WebP 格式发布已有十余年，但不少站点至今仍未使用，只为兼顾极少数低版本浏览器。至于去年发布的 AVIF 格式，使用的站点就更少了。

然而图片往往是流量大户，与其费尽心机优化脚本体积，可能还不如转换一张大图带来的收益更多。据 caniuse 统计，如今有 67% 的用户支持 AVIF、95% 的用户支持 WebP。先进的格式触手可得，却因兼容性问题仍坚守 PNG、GIF 等古老格式，白白浪费网站流量，以及用户加载时间，实在浪费。

事实上，对于同一个图片 URL，完全可为低版本浏览器使用老格式，为高版本浏览器使用新格式，从而实现无缝兼容。本文讲解后端和前端两种不同的实现方案。

后端方案

这是最简单也是最普及的方案，网上能搜到很多相关的文章。不过这其中存在诸多细节，大多数文章都未考虑全面。

原理

支持 WebP 的浏览器，HTTP 请求的 Accept 头会包含 image/webp 字符，后端可根据该特征返回 WebP 版图片；不支持的浏览器则没有该特征，后端返回原始图片。

AVIF 同理，特征为 image/avif。由于 AVIF 比 WebP 更先进，因此需优先判断。

实现

由于图片解码和编码开销很大，因此格式转换通常离线完成，例如预先将 foo.jpg 转换成 foo.jpg.webp 和 foo.jpg.avif。这里有几个细节：

  • 如果 WebP 文件比原文件更大，那就没有必要保留 WebP 文件。AVIF 同理

  • 如果原文件本身就是 WebP 文件，那就不用再转 WebP 了。但可以尝试转 AVIF 版本，如果更小则保留

  • 如果原文件本身就是 AVIF 文件，那什么都不用做

运行时的判断逻辑很简单，但也容易疏漏。以 nginx 为例，通常会这样配置：

http {
  map $http_accept $_ext {
    ~image/avif   .avif;
    ~image/webp   .webp;
    default       '';
  }
  server {
    location / {
      add_header  Vary  Accept;
      try_files   $uri$_ext  $uri  =404;
    }
  }
}

看起来好像没问题，但遇到这种情况就不对了：用户支持 WebP 和 AVIF，但后端只存在 WebP 文件。正常应该返回 WebP，但这里 try_files 只尝试一次，找不到 $uri.avif 就返回原文件了。显然不对。

正确应该 try_files 两次：

http {
  map $http_accept $_avif {
    ~image/avif           .avif;
    ~image/webp           .webp;
    default               '';
  }
  map $http_accept $_webp {
    ~image/webp           .webp;
    default               '';
  }
  server {
    location / {
      add_header  Vary  Accept;
      try_files   $uri$_avif  $uri$_webp  $uri  =404;
    }
  }
}

注意这里的逻辑顺序。即使用户不支持 AVIF 扩展名也不能直接返回空，否则就是在尝试原文件了。至于可能会重复尝试两次 WebP 文件，虽不优雅但也无大碍。

此外，如果希望用户访问目录名时 URL 末尾能自动添加 /（例如访问 /blogs 时先重定向到 /blogs/），那么 try_files 还需添加 $uri/。

演示

访问：https://www.etherdream.com/img-test/fox.html

支持 AVIF 的浏览器，返回的图片类型为 image/avif

不支持 AVIF 但支持 WebP 的浏览器，返回的图片类型为 image/webp

既不支持 AVIF 又不支持 WebP 的浏览器，返回的图片类型为 image/jpeg

优点

后端实现的方案显然通用性很好，前端无需修改即可生效，甚至前端不是浏览器都没关系，只要遵循 HTTP 的 Accept 规范即可。

缺点 1

由于同一个 URL 会返回不同的内容，如需通过 CDN 加速，则需配置 Vary: Accept 响应头，以确保代理服务器能根据不同的 Accept 请求头缓存相应的内容。然而目前 CloudFlare 免费版却无视 Vary，开启这个功能意味低版本浏览器显示不了图片！

缺点 2

不同格式的图片，即使像素完全相同，但文件数据显然是不同的。假如业务依赖文件数据，例如校验文件 Hash，那么显然会失败，从而导致业务损坏。

对于这个问题，有两种缓解方案：

  1. 判断 Fetch Metadata 相关的请求头，对于有能力读取文件数据的请求，则不考虑升级

  2. 通过黑白名单机制，只允许或不允许某些图片升级

第 1 种方案更通用，但 Fetch Metadata 只有较高版本的浏览器才支持，并且某些特殊场合仍可能存在问题。第 2 种方案更稳定，但需整理文件列表并在后端维护，显然很麻烦。

前端方案

如果网站搭建在虚拟空间、GitHub Pages 等这类无法修改配置的后端，或者使用了 CloudFlare 免费加速服务，那只能在前端实现。

原理

前端升级图片有多种方案。最容易想到的就是用 JS 在线解码高版本图片。当初 WebP 发布时我对此颇有兴趣，尝试用 Flash 实现 WebP 解码器，并且能自动替换网页中的图片元素，看起来就像原生支持一样。但实际应用后发现并不理想，一是不支持 CSS 图片（实现很麻烦），二是解码性能差。虽然使用了 Alchemy 编译技术（LLVM → ActionScript ByteCode），但性能相比原生仍差一大截。最终放弃了这个方案。

尽管后来有更先进的计算方案，例如 WebWorker、asm.js / WebAssembly、SIMD 等，但仍然达不到原生性能，并且代码体积很大。所以在线解码的方案仍不考虑。

直到另一个黑科技的出现，使得前端升级图片变得非常容易，并能覆盖网页中所有图片，那就是 Service Worker。它能拦截当前站点产生的所有请求，并能控制返回结果，相当于一个反向代理服务。于是我们可以在 Service Worker 中判断 Accept 请求头，然后代理到相应的 URL。

实现

得益于 Service Worker 强大的功能，图片除了格式升级外还能玩出很多「骚操作」，例如可将图片部署在免费的图床、相册上，使用时根据清单中的地址进行反向代理，从而可将图片流量降低到 0！并且可准备多个图片 URL 做冗余备份，以及完整性校验等等。这个思路之前在 网站 CDN 去中心化 尝试过，不过实际应用起来似乎并不容易。

最近我重新整理这个思路，并实现了一个工具：freecdn，它可以自动生成清单文件，记录原文件的备用 URL 列表、Hash 值、是否支持 WebP/AVIF 升级等信息。

演示

访问：https://freecdn.etherdream.com/fox.html

Service Worker 不仅将 JPEG 升级成 AVIF 版本，甚至从免费 CDN 加载，将流量开销「优化」到了零！

还有更有趣的现象 —— 新建一个隐身窗口，打开控制台网络栏，访问：https://freecdn.etherdream.com/fox.jpg

从浏览器界面上看，和直接访问图片一模一样，但实际上该图片是由 Service Worker 提供的。具体原理和细节可 查看这里。

优点

后端无需任何修改，无论是普通的服务器、CDN 还是虚拟空间都可以。前端只需引用一个脚本开启 Service Worker，无需修改业务逻辑。

由于 Service Worker 运行在前端，因此能获取到更详细的 请求上下文信息，从而可实现更智能的策略。此外，即使要配置黑白名单，只需通过一个清单文件即可实现，比修改后端服务配置方便很多。

缺点

如果用户的浏览器不支持脚本，或者根本不是浏览器访问，那么 Service Worker 显然无法运行，图片升级功能自然就失效了。这种情况只能使用后端方案。

posted @ 2021-07-15 13:12  EtherDream  阅读(4423)  评论(11)  编辑  收藏  举报