前端缓存——Service Worker（重点介绍）

前端缓存

• 前言
• 前端缓存简介
• • http缓存
  • • Expires
    • Cache-Control
    • Last-Modified / If-Modified-Since
    • Etag / If-None-Match
  • 浏览器缓存
  • • Storage
  • 前端数据库
  • 应用缓存
• Service Worker
• • 兼容性
  • 成熟程度
  • 调试方法
  • 使用条件
  • 生命周期
  • 举个栗子
  • Workbox
  • • 简介
    • 使用者
    • 基本配置
    • precache
    • runtimecache
    • 举个栗子
    • 原理
• 总结

前言

本文首先会简单介绍下前端的常见缓存方式，再引入serviceworker的概念，针对其原理和如何运用进行介绍。然后基于google推出的第三方库workbox，在产品中进行运用实践，并对其原理进行简要剖析。

前端缓存简介

先简单介绍一下现有的前端缓存技术方案，主要分为http缓存和浏览器缓存。

http缓存

http缓存都是第二次请求时开始的，这也是个老生常谈的话题了。无非也是那几个http头的问题：

Expires

HTTP1.0的内容，服务器使用Expires头来告诉Web客户端它可以使用当前副本，直到指定的时间为止。

Cache-Control

HTTP1.1引入了Cathe-Control，它使用max-age指定资源被缓存多久，主要是解决了Expires一个重大的缺陷，就是它设置的是一个固定的时间点，客户端时间和服务端时间可能有误差
所以一般会把两个头都带上，这种缓存称为强缓存，表现形式为：

Last-Modified / If-Modified-Since

Last-Modified是服务器告诉浏览器该资源的最后修改时间，If-Modified-Since是请求头带上的，上次服务器给自己的该资源的最后修改时间。然后服务器拿去对比。

若资源的最后修改时间大于If-Modified-Since，说明资源又被改动过，则响应整片资源内容，返回状态码200；

若资源的最后修改时间小于或等于If-Modified-Since，说明资源无新修改，则响应HTTP 304，告知浏览器继续使用当前版本。

Etag / If-None-Match

前面提到由文件的修改时间来判断文件是否改动，还是会带来一定的误差，比如注释等无关紧要的修改等。所以推出了新的方式。

Etag是由服务端特定算法生成的该文件的唯一标识，而请求头把返回的Etag值通过If-None-Match再带给服务端，服务端通过比对从而决定是否响应新内容。这也是304缓存。

浏览器缓存

Storage

简单的缓存方式有cookie，localStorage和sessionStorage。这里就不详细介绍他们的区别了，这里说下通过localStorage来缓存静态资源的优化方案。

localStorage通常有5MB的存储空间，我们以微信文章页为例。

查看请求发现，基本没有js和css的请求，因为它把全部的不需要改动的资源都放到了localStorage中：

所以微信的文章页加载非常的快。

前端数据库

前端数据库有WebSql和IndexDB，其中WebSql被规范废弃，他们都有大约50MB的最大容量，可以理解为localStorage的加强版。

应用缓存

应用缓存主要是通过manifest文件来注册被缓存的静态资源，已经被废弃，因为他的设计有些不合理的地方，他在缓存静态文件的同时，也会默认缓存html文件。这导致页面的更新只能通过manifest文件中的版本号来决定。所以，应用缓存只适合那种常年不变化的静态网站。如此的不方便，也是被废弃的重要原因。

PWA也运用了该文件，不同于manifest简单的将文件通过是否缓存进行分类，PWA用manifest构建了自己的APP骨架，并运用Servie Worker来控制缓存，这也是今天的主角。

Service Worker

Service Worker本质上也是浏览器缓存资源用的，只不过他不仅仅是cache，也是通过worker的方式来进一步优化。

他基于h5的web worker，所以绝对不会阻碍当前js线程的执行，sw最重要的工作原理就是

1. 后台线程：独立于当前网页线程；
2. 网络代理：在网页发起请求时代理，来缓存文件；

兼容性

可以看到，基本上新版浏览器还是兼容滴。之前是只有chrome和firefox支持，现在微软和苹果也相继支持了。

成熟程度

判断一个技术是否值得尝试，肯定要考虑下它的成熟程度，否则过一段时间又和应用缓存一样被规范抛弃就尴尬了。

所以这里我列举了几个使用Service Worker的页面：淘宝,网易新闻,考拉;所以说还是可以尝试下的。

调试方法

一个网站是否启用Service Worker，可以通过开发者工具中的Application来查看：

被Service Worker缓存的文件，可以在Network中看到Size项为 from ServiceWorker：

也可以在Application的Cache Storage中查看缓存的具体内容：

如果是具体的断点调试，需要使用对应的线程，不再是main线程了，这也是webworker的通用调试方法：

使用条件

sw 是基于 HTTPS 的，因为service worker中涉及到请求拦截，所以必须使用HTTPS协议来保障安全。如果是本地调试的话，localhost是可以的。

而我们刚好全站强制https化，所以正好可以使用。

生命周期

大概可以用如下图片来解释：

注册
要使用Service worker，首先需要注册一个sw，通知浏览器为该页面分配一块内存，然后sw就会进入安装阶段。

一个简单的注册方式：

(function() {
    if('serviceWorker' in navigator) {
        navigator.serviceWorker.register('./sw.js');
    }
})()

当然也可以考虑全面点，参考网易新闻的注册方式：

"serviceWorker" in navigator && window.addEventListener("load",
    function() {
        var e = location.pathname.match(/\/news\/[a-z]{1,}\//)[0] + "article-sw.js?v=08494f887a520e6455fa";
        navigator.serviceWorker.register(e).then(function(n) {
            n.onupdatefound = function() {
                var e = n.installing;
                e.onstatechange = function() {
                    switch (e.state) {
                        case "installed":
                            navigator.serviceWorker.controller ? console.log("New or updated content is available.") : console.log("Content is now available offline!");
                            break;
                        case "redundant":
                            console.error("The installing service worker became redundant.")
                    }
                }
            }
        }).
        catch(function(e) {
            console.error("Error during service worker registration:", e)
        })
    })

前面提到过，由于sw会监听和代理所有的请求，所以sw的作用域就显得额外的重要了，比如说我们只想监听我们专题页的所有请求，就在注册时指定路径：

navigator.serviceWorker.register('/topics/sw.js');

这样就只会对topics/下面的路径进行优化。

installing

我们注册后，浏览器就会开始安装sw，可以通过事件监听：

//service worker安装成功后开始缓存所需的资源
var CACHE_PREFIX = 'cms-sw-cache';
var CACHE_VERSION = '0.0.20';
var CACHE_NAME = CACHE_PREFIX+'-'+CACHE_VERSION;
var allAssets = [
    './main.css'
];
self.addEventListener('install', function(event) {

    //调试时跳过等待过程
    self.skipWaiting();


    // Perform install steps
    //首先 event.waitUntil 你可以理解为 new Promise，
    //它接受的实际参数只能是一个 promise，因为,caches 和 cache.addAll 返回的都是 Promise，
    //这里就是一个串行的异步加载，当所有加载都成功时，那么 SW 就可以下一步。
    //另外，event.waitUntil 还有另外一个重要好处，它可以用来延长一个事件作用的时间，
    //这里特别针对于我们 SW 来说，比如我们使用 caches.open 是用来打开指定的缓存，但开启的时候，
    //并不是一下就能调用成功，也有可能有一定延迟，由于系统会随时睡眠 SW，所以，为了防止执行中断，
    //就需要使用 event.waitUntil 进行捕获。另外，event.waitUntil 会监听所有的异步 promise
    //如果其中一个 promise 是 reject 状态，那么该次 event 是失败的。这就导致，我们的 SW 开启失败。
    event.waitUntil(
        caches.open(CACHE_NAME)
            .then(function(cache) {
                console.log('[SW]: Opened cache');
                return cache.addAll(allAssets);
            })
    );

});

安装时，sw就开始缓存文件了，会检查所有文件的缓存状态，如果都已经缓存了，则安装成功，进入下一阶段。

activated

如果是第一次加载sw，在安装后，会直接进入activated阶段，而如果sw进行更新，情况就会显得复杂一些。流程如下：

首先老的sw为A，新的sw版本为B。B进入install阶段，而A还处于工作状态，所以B进入waiting阶段。只有等到A被terminated后，B才能正常替换A的工作。

这个terminated的时机有如下几种方式：

1. 关闭浏览器一段时间；

2. 手动清除serviceworker；

3. 在sw安装时直接跳过waiting阶段

//service worker安装成功后开始缓存所需的资源
self.addEventListener('install', function(event) {
    //跳过等待过程
    self.skipWaiting();
});

然后就进入了activated阶段，激活sw工作。

activated阶段可以做很多有意义的事情，比如更新存储在cache中的key和value：

var CACHE_PREFIX = 'cms-sw-cache';
var CACHE_VERSION = '0.0.20';
/**
 * 找出对应的其他key并进行删除操作
 * @returns {*}
 */
function deleteOldCaches() {
    return caches.keys().then(function (keys) {
        var all = keys.map(function (key) {
            if (key.indexOf(CACHE_PREFIX) !== -1 && key.indexOf(CACHE_VERSION) === -1){
                console.log('[SW]: Delete cache:' + key);
                return caches.delete(key);
            }
        });
        return Promise.all(all);
    });
}
//sw激活阶段,说明上一sw已失效
self.addEventListener('activate', function(event) {


    event.waitUntil(
        // 遍历 caches 里所有缓存的 keys 值
        caches.keys().then(deleteOldCaches)
    );
});

idle
这个空闲状态一般是不可见的，这种一般说明sw的事情都处理完毕了，然后处于闲置状态了。

浏览器会周期性的轮询，去释放处于idle的sw占用的资源。

fetch

该阶段是sw最为关键的一个阶段，用于拦截代理所有指定的请求，并进行对应的操作。

所有的缓存部分，都是在该阶段，这里举一个简单的例子：

//监听浏览器的所有fetch请求，对已经缓存的资源使用本地缓存回复
self.addEventListener('fetch', function(event) {
    event.respondWith(
        caches.match(event.request)
            .then(function(response) {
                //该fetch请求已经缓存
                if (response) {
                    return response;
                }
                return fetch(event.request);
                }
            )
    );
});

生命周期大概讲清楚了，我们就以一个具体的例子来说明下原生的serviceworker是如何在生产环境中使用的吧。

举个栗子

我们可以以网易新闻的wap页为例,其针对不怎么变化的静态资源开启了sw缓存，具体的sw.js逻辑和解读如下：

'use strict';
//需要缓存的资源列表
var precacheConfig = [
    ["https://static.ws.126.net/163/wap/f2e/milk_index/bg_img_sm_minfy.png",
        "c4f55f5a9784ed2093009dadf1e954f9"],
    ["https://static.ws.126.net/163/wap/f2e/milk_index/change.png",
        "9af1b102ef784b8ff08567ba25f31d95"],
    ["https://static.ws.126.net/163/wap/f2e/milk_index/icon-download.png",
        "1c02c724381d77a1a19ca18925e9b30c"],
    ["https://static.ws.126.net/163/wap/f2e/milk_index/icon-login-dark.png",
        "b59ba5abe97ff29855dfa4bd3a7a9f35"],
    ["https://static.ws.126.net/163/wap/f2e/milk_index/icon-refresh.png",
        "a5b1084e41939885969a13f8dbc88abd"],
    ["https://static.ws.126.net/163/wap/f2e/milk_index/icon-video-play.png",
        "065ff496d7d36345196d254aff027240"],
    ["https://static.ws.126.net/163/wap/f2e/milk_index/icon.ico",
        "a14e5365cc2b27ec57e1ab7866c6a228"],
    ["https://static.ws.126.net/163/wap/f2e/milk_index/iconfont_1.eot",
        "e4d2788fef09eb0630d66cc7e6b1ab79"],
    ["https://static.ws.126.net/163/wap/f2e/milk_index/iconfont_1.svg",
        "d9e57c341608fddd7c140570167bdabb"],
    ["https://static.ws.126.net/163/wap/f2e/milk_index/iconfont_1.ttf",
        "f422407038a3180bb3ce941a4a52bfa2"],
    ["https://static.ws.126.net/163/wap/f2e/milk_index/iconfont_1.woff",
        "ead2bef59378b00425779c4ca558d9bd"],
    ["https://static.ws.126.net/163/wap/f2e/milk_index/index.5cdf03e8.js",
        "6262ac947d12a7b0baf32be79e273083"],
    ["https://static.ws.126.net/163/wap/f2e/milk_index/index.bc729f8a.css",
        "58e54a2c735f72a24715af7dab757739"],
    ["https://static.ws.126.net/163/wap/f2e/milk_index/logo-app-bohe.png",
        "ac5116d8f5fcb3e7c49e962c54ff9766"],
    ["https://static.ws.126.net/163/wap/f2e/milk_index/logo-app-mail.png",
        "a12bbfaeee7fbf025d5ee85634fca1eb"],
    ["https://static.ws.126.net/163/wap/f2e/milk_index/logo-app-manhua.png",
        "b8905b119cf19a43caa2d8a0120bdd06"],
    ["https://static.ws.126.net/163/wap/f2e/milk_index/logo-app-open.png",
        "b7cc76ba7874b2132f407049d3e4e6e6"],
    ["https://static.ws.126.net/163/wap/f2e/milk_index/logo-app-read.png",
        "e6e9c8bc72f857960822df13141cbbfd"],
    ["https://static.ws.126.net/163/wap/f2e/milk_index/logo-site.png",
        "2b0d728b46518870a7e2fe424e9c0085"],
    ["https://static.ws.126.net/163/wap/f2e/milk_index/version_no_pic.png",
        "aef80885188e9d763282735e53b25c0e"],
    ["https://static.ws.126.net/163/wap/f2e/milk_index/version_pc.png",
        "42f3cc914eab7be4258fac3a4889d41d"],
    ["https://static.ws.126.net/163/wap/f2e/milk_index/version_standard.png",
        "573408fa002e58c347041e9f41a5cd0d"]
];
var cacheName = 'sw-precache-v3-new-wap-index-' + (self.registration ? self.registration.scope : '');

var ignoreUrlParametersMatching = [/^utm_/];

var addDirectoryIndex = function(originalUrl, index) {
    var url = new URL(originalUrl);
    if (url.pathname.slice(-1) === '/') {
        url.pathname += index;
    }
    return url.toString();
};
var cleanResponse = function(originalResponse) {
    // If this is not a redirected response, then we don't have to do anything.
    if (!originalResponse.redirected) {
        return Promise.resolve(originalResponse);
    }
    // Firefox 50 and below doesn't support the Response.body stream, so we may
    // need to read the entire body to memory as a Blob.
    var bodyPromise = 'body' in originalResponse ?
        Promise.resolve(originalResponse.body) :
        originalResponse.blob();
    return bodyPromise.then(function(body) {
        // new Response() is happy when passed either a stream or a Blob.
        return new Response(body, {
            headers: originalResponse.headers,
            status: originalResponse.status,
            statusText: originalResponse.statusText
        });
    });
};
var createCacheKey = function(originalUrl, paramName, paramValue,
                              dontCacheBustUrlsMatching) {
    // Create a new URL object to avoid modifying originalUrl.
    var url = new URL(originalUrl);
    // If dontCacheBustUrlsMatching is not set, or if we don't have a match,
    // then add in the extra cache-busting URL parameter.
    if (!dontCacheBustUrlsMatching ||
        !(url.pathname.match(dontCacheBustUrlsMatching))) {
        url.search += (url.search ? '&' : '') +
            encodeURIComponent(paramName) + '=' + encodeURIComponent(paramValue);
    }
    return url.toString();
};
var isPathWhitelisted = function(whitelist, absoluteUrlString) {
    // If the whitelist is empty, then consider all URLs to be whitelisted.
    if (whitelist.length === 0) {
        return true;
    }
    // Otherwise compare each path regex to the path of the URL passed in.
    var path = (new URL(absoluteUrlString)).pathname;
    return whitelist.some(function(whitelistedPathRegex) {
        return path.match(whitelistedPathRegex);
    });
};
var stripIgnoredUrlParameters = function(originalUrl,
                                         ignoreUrlParametersMatching) {
    var url = new URL(originalUrl);
    // Remove the hash; see https://github.com/GoogleChrome/sw-precache/issues/290
    url.hash = '';
    url.search = url.search.slice(1) // Exclude initial '?'
        .split('&') // Split into an array of 'key=value' strings
        .map(function(kv) {
            return kv.split('='); // Split each 'key=value' string into a [key, value] array
        })
        .filter(function(kv) {
            return ignoreUrlParametersMatching.every(function(ignoredRegex) {
                return !ignoredRegex.test(kv[0]); // Return true iff the key doesn't match any of the regexes.
            });
        })
        .map(function(kv) {
            return kv.join('='); // Join each [key, value] array into a 'key=value' string
        })
        .join('&'); // Join the array of 'key=value' strings into a string with '&' in between each
    return url.toString();
};

var hashParamName = '_sw-precache';
//定义需要缓存的url列表
var urlsToCacheKeys = new Map(
    precacheConfig.map(function(item) {
        var relativeUrl = item[0];
        var hash = item[1];
        var absoluteUrl = new URL(relativeUrl, self.location);
        var cacheKey = createCacheKey(absoluteUrl, hashParamName, hash, false);
        return [absoluteUrl.toString(), cacheKey];
    })
);
//把cache中的url提取出来,进行去重操作
function setOfCachedUrls(cache) {
    return cache.keys().then(function(requests) {
        //提取url
        return requests.map(function(request) {
            return request.url;
        });
    }).then(function(urls) {
        //去重
        return new Set(urls);
    });
}
//sw安装阶段
self.addEventListener('install', function(event) {
    event.waitUntil(
        //首先尝试取出存在客户端cache中的数据
        caches.open(cacheName).then(function(cache) {
            return setOfCachedUrls(cache).then(function(cachedUrls) {
                return Promise.all(
                    Array.from(urlsToCacheKeys.values()).map(function(cacheKey) {
                        //如果需要缓存的url不在当前cache中,则添加到cache
                        if (!cachedUrls.has(cacheKey)) {
                            //设置same-origin是为了兼容旧版本safari中其默认值不为same-origin,
                            //只有当URL与响应脚本同源才发送 cookies、 HTTP Basic authentication 等验证信息
                            var request = new Request(cacheKey, {credentials: 'same-origin'});
                            return fetch(request).then(function(response) {
                                //通过fetch api请求资源
                                if (!response.ok) {
                                    throw new Error('Request for ' + cacheKey + ' returned a ' +
                                        'response with status ' + response.status);
                                }
                                return cleanResponse(response).then(function(responseToCache) {
                                    //并设置到当前cache中
                                    return cache.put(cacheKey, responseToCache);
                                });
                            });
                        }
                    })
                );
            });
        }).then(function() {

            //强制跳过等待阶段,进入激活阶段
            return self.skipWaiting();

        })
    );
});
self.addEventListener('activate', function(event) {
    //清除cache中原来老的一批相同key的数据
    var setOfExpectedUrls = new Set(urlsToCacheKeys.values());
    event.waitUntil(
        caches.open(cacheName).then(function(cache) {
            return cache.keys().then(function(existingRequests) {
                return Promise.all(
                    existingRequests.map(function(existingRequest) {
                        if (!setOfExpectedUrls.has(existingRequest.url)) {
                            //cache中删除指定对象
                            return cache.delete(existingRequest);
                        }
                    })
                );
            });
        }).then(function() {
            //self相当于webworker线程的当前作用域
            //当一个 service worker 被初始注册时，页面在下次加载之前不会使用它。claim() 方法会立即控制这些页面
            //从而更新客户端上的serviceworker
            return self.clients.claim();

        })
    );
});

self.addEventListener('fetch', function(event) {
    if (event.request.method === 'GET') {
        // 标识位,用来判断是否需要缓存
        var shouldRespond;
        // 对url进行一些处理,移除一些不必要的参数
        var url = stripIgnoredUrlParameters(event.request.url, ignoreUrlParametersMatching);
        // 如果该url不是我们想要缓存的url,置为false
        shouldRespond = urlsToCacheKeys.has(url);
        // 如果shouldRespond未false,再次验证
        var directoryIndex = 'index.html';
        if (!shouldRespond && directoryIndex) {
            url = addDirectoryIndex(url, directoryIndex);
            shouldRespond = urlsToCacheKeys.has(url);
        }
        // 再次验证,判断其是否是一个navigation类型的请求
        var navigateFallback = '';
        if (!shouldRespond &&
            navigateFallback &&
            (event.request.mode === 'navigate') &&
            isPathWhitelisted([], event.request.url)) {
            url = new URL(navigateFallback, self.location).toString();
            shouldRespond = urlsToCacheKeys.has(url);
        }
        // 如果标识位为true
        if (shouldRespond) {
            event.respondWith(
                caches.open(cacheName).then(function(cache) {
                    //去缓存cache中找对应的url的值
                    return cache.match(urlsToCacheKeys.get(url)).then(function(response) {
                        //如果找到了,就返回value
                        if (response) {
                            return response;
                        }
                        throw Error('The cached response that was expected is missing.');
                    });
                }).catch(function(e) {
                    // 如果没找到则请求该资源
                    console.warn('Couldn\'t serve response for "%s" from cache: %O', event.request.url, e);
                    return fetch(event.request);
                })
            );
        }
    }
});

这里的策略大概就是优先在cache中寻找资源，如果找不到再请求资源。可以看出，为了实现一个较为简单的缓存，还是比较复杂和繁琐的，所以很多工具就应运而生了。

Workbox

由于直接写原生的sw.js，比较繁琐和复杂，所以一些工具就出现了，而workbox是其中的佼佼者，由google团队推出。

简介

在 Workbox 之前，GoogleChrome 团队较早时间推出过 sw-precache 和 sw-toolbox 库，但是在 GoogleChrome 工程师们看来，workbox 才是真正能方便统一的处理离线能力的更完美的方案，所以停止了对 sw-precache 和 sw-toolbox 的维护。

使用者

有很多团队也是启用该工具来实现serviceworker的缓存，比如说：淘宝首页,网易新闻wap文章页,百度的Lavas

基本配置

首先，需要在项目的sw.js文件中，引入workbox的官方js，这里用了我们自己的静态资源：

importScripts(
    "https://edu-cms.nosdn.127.net/topics/js/workbox_9cc4c3d662a4266fe6691d0d5d83f4dc.js"
);

其中importScripts是webworker中加载js的方式。

引入workbox后，全局会挂载一个workbox对象

if (workbox) {
    console.log('workbox加载成功');
} else {
    console.log('workbox加载失败');
}

然后需要在使用其他的api前，提前使用配置

//关闭控制台中的输出
workbox.setConfig({ debug: false });

也可以统一指定存储时cache的名称：

//设置缓存cachestorage的名称
workbox.core.setCacheNameDetails({
    prefix:'edu-cms',
    suffix:'v1'
});

precache

workbox的缓存分为两种，一种的precache，一种的runtimecache。

precache对应的是在installing阶段进行读取缓存的操作。它让开发人员可以确定缓存文件的时间和长度，以及在不进入网络的情况下将其提供给浏览器，这意味着它可以用于创建Web离线工作的应用。

工作原理
首次加载Web应用程序时，workbox会下载指定的资源，并存储具体内容和相关修订的信息在indexedDB中。

当资源内容和sw.js更新后，workbox会去比对资源，然后将新的资源存入cache，并修改indexedDB中的版本信息。

我们举一个例子：

workbox.precaching.precacheAndRoute([
    './main.css'
]);

indexedDB中会保存其相关信息

这个时候我们把main.css的内容改变后，再刷新页面，会发现除非强制刷新，否则workbox还是会读取cache中存在的老的main.css内容。

即使我们把main.css从服务器上删除，也不会对页面造成影响。

所以这种方式的缓存都需要配置一个版本号。在修改sw.js时，对应的版本也需要变更。

使用实践

当然了，一般我们的一些不经常变的资源，都会使用cdn，所以这里自然就需要支持域外资源了，配置方式如下：

var fileList = [
    {
        url:'https://edu-cms.nosdn.127.net/topics/js/cms_specialWebCommon_js_f26c710bd7cd055a64b67456192ed32a.js'
    },
    {
        url:'https://static.ws.126.net/163/frontend/share/css/article.207ac19ad70fd0e54d4a.css'
    }
];


//precache 适用于支持跨域的cdn和域内静态资源
workbox.precaching.suppressWarnings();
workbox.precaching.precacheAndRoute(fileList, {
    "ignoreUrlParametersMatching": [/./]
});

这里需要对应的资源配置跨域允许头，否则是不能正常加载的。且文件都要以版本文件名的方式，来确保修改后cache和indexDB会得到更新。

理解了原理和实践后，说明这种方式适合于上线后就不会经常变动的静态资源。

runtimecache

运行时缓存是在install之后，activated和fetch阶段做的事情。

既然在fetch阶段发送，那么runtimecache 往往应对着各种类型的资源，对于不同类型的资源往往也有不同的缓存策略。

缓存策略

workbox提供的缓存策划有以下几种，通过不同的配置可以针对自己的业务达到不同的效果：

staleWhileRevalidate

这种策略的意思是当请求的路由有对应的 Cache 缓存结果就直接返回， 在返回 Cache 缓存结果的同时会在后台发起网络请求拿到请求结果并更新 Cache 缓存，如果本来就没有 Cache 缓存的话，直接就发起网络请求并返回结果，这对用户来说是一种非常安全的策略，能保证用户最快速的拿到请求的结果。

但是也有一定的缺点，就是还是会有网络请求占用了用户的网络带宽。可以像如下的方式使用 State While Revalidate 策略：

workbox.routing.registerRoute(
    new RegExp('https://edu-cms\.nosdn\.127\.net/topics/'),
    workbox.strategies.staleWhileRevalidate({
        //cache名称
        cacheName: 'lf-sw:static',
        plugins: [
            new workbox.expiration.Plugin({
                //cache最大数量
                maxEntries: 30
            })
        ]
    })
);

networkFirst

这种策略就是当请求路由是被匹配的，就采用网络优先的策略，也就是优先尝试拿到网络请求的返回结果，如果拿到网络请求的结果，就将结果返回给客户端并且写入 Cache 缓存。

如果网络请求失败，那最后被缓存的 Cache 缓存结果就会被返回到客户端，这种策略一般适用于返回结果不太固定或对实时性有要求的请求，为网络请求失败进行兜底。可以像如下方式使用 Network First 策略：

//自定义要缓存的html列表
var cacheList = [
    '/Hexo/public/demo/PWADemo/workbox/index.html'
];
workbox.routing.registerRoute(
    //自定义过滤方法
    function(event) {
        // 需要缓存的HTML路径列表
        if (event.url.host === 'localhost:63342') {
            if (~cacheList.indexOf(event.url.pathname)) return true;
            else return false;
        } else {
            return false;
        }
    },
    workbox.strategies.networkFirst({
        cacheName: 'lf-sw:html',
        plugins: [
            new workbox.expiration.Plugin({
                maxEntries: 10
            })
        ]
    })
);

cacheFirst

这个策略的意思就是当匹配到请求之后直接从 Cache 缓存中取得结果，如果 Cache 缓存中没有结果，那就会发起网络请求，拿到网络请求结果并将结果更新至 Cache 缓存，并将结果返回给客户端。这种策略比较适合结果不怎么变动且对实时性要求不高的请求。可以像如下方式使用 Cache First 策略：

workbox.routing.registerRoute(
    new RegExp('https://edu-image\.nosdn\.127\.net/'),
    workbox.strategies.cacheFirst({
        cacheName: 'lf-sw:img',
        plugins: [
            //如果要拿到域外的资源，必须配置
            //因为跨域使用fetch配置了
            //mode: 'no-cors',所以status返回值为0，故而需要兼容
            new workbox.cacheableResponse.Plugin({
                statuses: [0, 200]
            }),
            new workbox.expiration.Plugin({
                maxEntries: 40,
                //缓存的时间
                maxAgeSeconds: 12 * 60 * 60
            })
        ]
    })
);

networkOnly

比较直接的策略，直接强制使用正常的网络请求，并将结果返回给客户端，这种策略比较适合对实时性要求非常高的请求。

cacheOnly

这个策略也比较直接，直接使用 Cache 缓存的结果，并将结果返回给客户端，这种策略比较适合一上线就不会变的静态资源请求。

举个栗子

又到了举个栗子的阶段了，这次我们用淘宝好了，看看他们是如何通过workbox来配置serviceworker的：

//首先是异常处理
self.addEventListener('error', function(e) {
  self.clients.matchAll()
    .then(function (clients) {
      if (clients && clients.length) {
        clients[0].postMessage({ 
          type: 'ERROR',
          msg: e.message || null,
          stack: e.error ? e.error.stack : null
        });
      }
    });
});

self.addEventListener('unhandledrejection', function(e) {
  self.clients.matchAll()
    .then(function (clients) {
      if (clients && clients.length) {
        clients[0].postMessage({
          type: 'REJECTION',
          msg: e.reason ? e.reason.message : null,
          stack: e.reason ? e.reason.stack : null
        });
      }
    });
})
//然后引入workbox
importScripts('https://g.alicdn.com/kg/workbox/3.3.0/workbox-sw.js');
workbox.setConfig({
  debug: false,
  modulePathPrefix: 'https://g.alicdn.com/kg/workbox/3.3.0/'
});
//直接激活跳过等待阶段
workbox.skipWaiting();
workbox.clientsClaim();
//定义要缓存的html
var cacheList = [
  '/',
  '/tbhome/home-2017',
  '/tbhome/page/market-list'
];
//html采用networkFirst策略，支持离线也能大体访问
workbox.routing.registerRoute(
  function(event) {
    // 需要缓存的HTML路径列表
    if (event.url.host === 'www.taobao.com') {
      if (~cacheList.indexOf(event.url.pathname)) return true;
      else return false;
    } else {
      return false;
    }
  },
  workbox.strategies.networkFirst({
    cacheName: 'tbh:html',
    plugins: [
      new workbox.expiration.Plugin({
        maxEntries: 10
      })
    ]
  })
);
//静态资源采用staleWhileRevalidate策略，安全可靠
workbox.routing.registerRoute(
  new RegExp('https://g\.alicdn\.com/'),
  workbox.strategies.staleWhileRevalidate({
    cacheName: 'tbh:static',
    plugins: [
      new workbox.expiration.Plugin({
        maxEntries: 20
      })
    ]
  })
);
//图片采用cacheFirst策略，提升速度
workbox.routing.registerRoute(
  new RegExp('https://img\.alicdn\.com/'),
  workbox.strategies.cacheFirst({
    cacheName: 'tbh:img',
    plugins: [
      new workbox.cacheableResponse.Plugin({
        statuses: [0, 200]
      }),
      new workbox.expiration.Plugin({
        maxEntries: 20,
        maxAgeSeconds: 12 * 60 * 60
      })
    ]
  })
);

workbox.routing.registerRoute(
  new RegExp('https://gtms01\.alicdn\.com/'),
  workbox.strategies.cacheFirst({
    cacheName: 'tbh:img',
    plugins: [
      new workbox.cacheableResponse.Plugin({
        statuses: [0, 200]
      }),
      new workbox.expiration.Plugin({
        maxEntries: 30,
        maxAgeSeconds: 12 * 60 * 60
      })
    ]
  })
);

原理

目前分析serviceworker和workbox的文章不少，但是介绍workbox原理的文章却不多。这里简单介绍下workbox这个工具库的原理。

首先将几个我们产品用到的模块图奉上：

简单提几个workbox源码的亮点。

通过Proxy按需依赖

熟悉了workbox后会得知，它是有很多个子模块的，各个子模块再通过用到的时候按需importScript到线程中。

做到按需依赖的原理就是通过Proxy对全局对象workbox进行代理：

new Proxy(this, {
  get(t, s) {
    //如果workbox对象上不存在指定对象，就依赖注入该对象对应的脚本
    if (t[s]) return t[s];
    const o = e[s];
    return o && t.loadModule(`workbox-${o}`), t[s];
  }
})

如果找不到对应模块，则通过importScripts主动加载：

/**
 * 加载前端模块
 * @param {Strnig} t 
 */
loadModule(t) {
  const e = this.o(t);
  try {
    importScripts(e), (this.s = !0);
  } catch (s) {
    throw (console.error(`Unable to import module '${t}' from '${e}'.`), s);
  }
}

通过freeze冻结对外暴露api

workbox.core模块中提供了几个核心操作模块，如封装了indexedDB操作的DBWrapper、对cacheStorage进行读取的cacheWrapper，以及发送请求的fetchWrapper和日志管理的logger等等。

为了防止外部对内部模块暴露出去的api进行修改，导致出现不可预估的错误，内部模块可以通过Object.freeze将api进行冻结保护：

  var _private = /*#__PURE__*/Object.freeze({
    DBWrapper: DBWrapper,
    WorkboxError: WorkboxError,
    assert: finalAssertExports,
    cacheNames: cacheNames,
    cacheWrapper: cacheWrapper,
    fetchWrapper: fetchWrapper,
    getFriendlyURL: getFriendlyURL,
    logger: defaultExport
  });

总结

通过对serviceworker的理解和workbox的应用，可以进一步提升产品的性能和弱网情况下的体验。有兴趣的同学也可以对workbox的源码细细评读，其中还有很多不错的设计模式和编程风格值得学习。

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