構建單頁Web應用

構建單頁Web應用

單頁應用是什么？

讓我們先來看幾個網站：

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注意這幾個網站的相同點，那就是在瀏覽器中，做了原先“應當”在客戶端做的事情。它們的界面切換非常流暢，響應很迅速，跟傳統的網頁明顯不一樣，它們是什么呢？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，所有的業務功能都是它的子模塊，通過特定的方式掛接到主界面上。它是AJAX技術的進一步升華，把AJAX的無刷新機制發揮到極致，因此能造就與桌面程序媲美的流暢用戶體驗。

其實單頁應用我們并不陌生，很多人寫過ExtJS的項目，用它實現的系統，很天然的就已經是單頁的了，也有人用jQuery或者其他框架實現過類似的東西。用各種JS框架，甚至不用框架，都是可以實現單頁應用的，它只是一種理念。有些框架適用于開發這種系統，如果使用它們，可以得到很多便利。

開發框架

ExtJS可以稱為第一代單頁應用框架的典型，它封裝了各種UI組件，用戶主要使用JavaScript來完成整個前端部分，甚至包括布局。隨著功能逐漸增加，ExtJS的體積也逐漸增大，即使用于內部系統的開發，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由于偏重DOM操作，它的插件體系又比較松散，所以比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。

但由于jQuery主要面向上層操作，它對代碼的組織是缺乏約束的。如何在代碼急劇膨脹的情況下控制每個模塊的內聚性，并且適當在模塊之間產生數據傳遞與共享，就成為了一種有挑戰的事情。

為了解決單頁應用規模增大時候的代碼邏輯問題，出現了不少MV*框架，他們的基本思路都是在JS層創建模塊分層和通信機制。有的是MVC，有的是MVP，有的是MVVM，而且，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點。

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

組件化

這些在前端做分層的框架推動了代碼的組件化，所謂組件化，在傳統的Web產品中，更多的指UI組件，但其實組件是一個廣泛概念，傳統Web產品中UI組件占比高的原因是它的厚度不足，隨著客戶端代碼比例的增加，相當一部分的業務邏輯也前端化，由此催生了很多非界面型組件的出現。

分層帶來的一個優勢是，每層的職責更專一了，由此，可以對其作單元測試的覆蓋，以保證其質量。傳統UI層測試最頭疼的問題是UI層和邏輯混雜在一起，比如往往會在遠程請求的回調中更改DOM，當引入分層之后，這些東西都可以分別被測試，然后再通過場景測試來保證整體流程。

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中，有一些比較值得特別關注的點。

從單頁應用的特點來看，它比頁面型網站更加依賴于JavaScript，而由于頁面的單頁化，各種子功能的JavaScript代碼聚集到了同一個作用域，所以代碼的隔離、模塊化變得很重要。

在單頁應用中，頁面模板的使用是很普遍的。很多框架內置了特定的模板，也有的框架需要引入第三方的模板。這種模板是界面片段，我們可以把它們類比成JavaScript模塊，它們是另一種類型的組件。

模板也一樣有隔離的需要。不隔離模板，會造成什么問題呢？模板間的沖突主要存在于id屬性上，如果一個模板中包含固定的id，當它被批量渲染的時候，會造成同一個頁面的作用域中出現多個相同id的元素，產生不可預測的后果。因此，我們需要在模板中避免使用id，如果有對DOM的訪問需求，應當通過其他選擇器來完成。如果一個單頁應用的組件化程度非常高，很可能整個應用中都沒有元素id的使用。

代碼合并與加載策略

人們對于單頁系統的加載時間容忍度與Web頁面不同，如果說他們愿意為購物頁面的加載等待3秒，有可能會愿意為單頁應用的首次加載等待5-10秒，但在此之后，各種功能的使用應當都比較流暢，所有子功能頁面盡量要在1-2秒時間內切換成功，否則他們就會感覺這個系統很慢。

從這些特點來看，我們可以把更多的公共功能放到首次加載，以減小每次加載的載入量，有一些站點甚至把所有的界面和邏輯全部放到首頁加載，每次業務界面切換的時候，只產生數據請求，因此它的響應是非常迅速的，比如青云的控制臺就是這么做的。

通常在單頁應用中，無需像網站型產品一樣，為了防止文件加載阻塞渲染，把js放到html后面加載，因為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，還需要渲染界面，這個新渲染的界面部件一般是界面模板，它從哪里來呢？來源無非是兩種，一種是即時請求，像請求數據那樣通過AJAX獲取過來，另一種是內置于主界面的某些位置，比如script標簽或者不可見的textarea中，后者在切換功能的時候速度有優勢，但是加重了主頁面的負擔。

在傳統的頁面型網站中，頁面之間是互相隔離的，因此，如果在頁面間存在可復用的代碼，一般是提取成單獨的文件，并且可能會需要按照每個頁面的需求去進行合并。單頁應用中，如果總的代碼量不大，可以整體打包一次在首頁載入，如果大到一定規模，再作運行時加載，加載的粒度可以搞得比較大，不同的塊之間沒有重復部分。

路由與狀態的管理

我們最開始看到的幾個在線應用，有的是對路由作了管理的，有的沒有。

管理路由的目的是什么呢？是為了能減少用戶的導航成本。比如說我們有一個功能，經歷過多次導航菜單的點擊，才呈現出來。如果用戶想要把這個功能地址分享給別人，他怎么才能做到呢？

傳統的頁面型產品是不存在這個問題的，因為它就是以頁面為單位的，也有的時候，服務端路由處理了這一切。但是在單頁應用中，這成為了問題，因為我們只有一個頁面，界面上的各種功能區塊是動態生成的。所以我們要通過對路由的管理，來實現這樣的功能。

具體的做法就是把產品功能劃分為若干狀態，每個狀態映射到相應的路由，然后通過pushState這樣的機制，動態解析路由，使之與功能界面匹配。

有了路由之后，我們的單頁面產品就可以前進后退，就像是在不同頁面之間一樣。

其實在Web產品之外，早就有了管理路由的技術方案，Adobe Flex中，就會把比如TabNavigator，甚至下拉框的選中狀態對應到url上，因為它也是單“頁面”的產品模式，需要面對同樣的問題。

當產品狀態復雜到一定程度的時候，路由又變得很難應用了，因為狀態的管理極其麻煩，比如開始的時候我們演示的c9.io在線IDE，它就沒法把狀態對應到url上。

緩存與本地存儲

在單頁應用的運作機制中，緩存是一個很重要的環節。

由于這類系統的前端部分幾乎全是靜態文件，所以它能夠有機會利用瀏覽器的緩存機制，而比如動態加載的界面模板，也完全可以做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。比如Addy Osmani的這個basket.js，就利用了HTML5 localStorage作了js和css文件的緩存。

在單頁產品中，業務代碼也常常會需要跟本地存儲打交道，存儲一些臨時數據，可以使用localStorage或者localStorageDB來簡化自己的業務代碼。

服務端通信

傳統的Web產品通常使用JSONP或者AJAX這樣的方式與服務端通信，但在單頁Web應用中，有很大一部分采用WebSocket這樣的實時通訊方式。

WebSocket與傳統基于HTTP的通信機制相比，有很大的優勢。它可以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，減少一遍又一遍無意義的AJAX輪詢。

由于WebSocket只在比較先進的瀏覽器上被支持，有一些庫提供了在不同瀏覽器中的兼容方案，比如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，對業務代碼完全透明、兼容。

內存管理

傳統的Web頁面一般是不需要考慮內存的管理的，因為用戶的停留時間相對少，即使出現內存泄漏，可能很快就被刷新頁面之類的操作沖掉了，但單頁應用是不同的，它的用戶很可能會把它開一整天，因此，我們需要對其中的DOM操作、網絡連接等部分格外小心。

樣式的規劃

在單頁應用中，因為頁面的集成度高，所有頁面聚集到同一作用域，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

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

組件樣式的劃分

這里面是兩個層面的規劃，首先是各種界面組件及其子元素的樣式，其次是一些修飾樣式。組件樣式應當盡量減少互相依賴，各組件的樣式允許冗余。

堆疊次序的管理

傳統Web頁面的特點是元素多，但是層次少，單頁應用會有些不同。

在單頁應用中，需要提前為各種UI組件規劃堆疊次序，也就是z-index，比如說，我們可能會有各種彈出對話框，浮動層，它們可能組合成各種堆疊狀態。新的對話框的z-index需要比舊的高，才能確保蓋在它上面。諸如此類，都需要我們對這些可能的遮蓋作規劃，那么，怎樣去規劃呢？

了解通信知識的人，應當會知道，不同的頻率段被劃分給不同的通信方式使用，在一些國家，領空的使用也是有劃分的，我們也可以用同樣的方式來預先分段，不同類型的組件的z-index落到各自的區間，以避免它們的沖突。

單頁應用的產品形態

我們在開始的時候提到，存在著很多新型Web產品，使用單頁應用的方式構建，但實際上，這類產品不僅僅存在于Web上。點開Chrome商店，我們會發現很多離線應用，這些產品都可以算是單頁應用的體現。

除了各種瀏覽器插件，借助node-webkit這樣的外殼平臺，我們可以使用Web技術來構建本地應用，產品的主要部分仍然是我們熟悉的單頁應用。

單頁應用的流行程度正在逐漸增加，大家如果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。

單頁應用開發過程中，前后端是天然分離的，雙方以API為分界。前端作為服務的消費者，后端作為服務的提供者。在此模式下，前端將會推動后端的服務化。當后端不再承擔模板渲染、輸出頁面這樣工作的情況下，它可以更專注于所提供的API的實現，而在這樣的情況下，Web前端與各種移動終端的地位對等，也逐漸使得后端API不必再為每個端作差異化設計了。

部署模式的改變

在現在這個時代，我們已經可以看到一種產品的出現了，那就是“無后端”的Web應用。這是一種什么東西呢？基于這種理念，你的產品很可能只需要自己編寫靜態Web頁面，在某種BaaS（Backend as a Service）云平臺上定制服務端API和云存儲，集成這個平臺提供的SDK，通過AJAX等方式與之打交道，實現注冊認證、社交、消息推送、實時通信、云存儲等功能。

我們觀察一下這種模式，會發現前后端的部署已經完全分離了，前端代碼完全靜態化，這意味著可以把它們放置到CDN上，訪問將大大地加速，而服務端托管在BaaS云上，開發者也不必去關注一些部署方面的繁瑣細節。

假設你是一名創業者，正在做的是一種實時協同的單頁產品，可以在云平臺上，快速定制后端服務，把絕大部分寶貴的時間花在開發產品本身上。

單頁應用的缺陷

單頁應用最根本的缺陷就是不利于SEO，因為界面的絕大部分都是動態生成的，所以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，在這個過程中，對開發模式會產生一些變更，對開發技能也會有一些要求。

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