一、背景

文章2017 前端大事件和趋势回顾，2018 何去何从？中提到了2017年前端值得关注的十大事件，其中就提到了PWA。

大家都知道Native app体验确实很好，下载到手机上之后入口也方便。它也有一些缺点:

开发成本高(ios和安卓)
软件上线需要审核
版本更新需要将新版本上传到不同的应用商店
想使用一个app就必须去下载才能使用，即使是偶尔需要使用一下下

而web网页开发成本低，网站更新时上传最新的资源到服务器即可，用手机带的浏览器打开就可以使用。但是出了体验上比Native app还是差一些，还有一些明显的缺点

手机桌面入口不够便捷，想要进入一个页面必须要记住它的url或者加入书签
没网络就没响应，不具备离线能力
不像APP一样能进行消息推送

那么什么是PWA呢？

二、What's PWA?

PWA全称Progressive Web App，即渐进式WEB应用。

一个 PWA 应用首先是一个网页, 可以通过 Web 技术编写出一个网页应用. 随后添加上 App Manifest 和 Service Worker 来实现 PWA 的安装和离线等功能解决了哪些问题？

可以添加至主屏幕，点击主屏幕图标可以实现启动动画以及隐藏地址栏
实现离线缓存功能，即使用户手机没有网络，依然可以使用一些离线功能
实现了消息推送

它解决了上述提到的问题，这些特性将使得 Web 应用渐进式接近原生 App。

三、PWA的实现

3.1 Manifest实现添加至主屏幕

index.html

<head>
  <title>Minimal PWA</title>
  <meta name="viewport" content="width=device-width, user-scalable=no" />
  <link rel="manifest" href="manifest.json" />
  <link rel="stylesheet" type="text/css" href="main.css">
  <link rel="icon" href="/e.png" type="image/png" />
</head>

manifest.json

{
  "name": "Minimal PWA", // 必填 显示的插件名称
  "short_name": "PWA Demo", // 可选  在APP launcher和新的tab页显示，如果没有设置，则使用name
  "description": "The app that helps you understand PWA", //用于描述应用
  "display": "standalone", // 定义开发人员对Web应用程序的首选显示模式。standalone模式会有单独的
  "start_url": "/", // 应用启动时的url
  "theme_color": "#313131", // 桌面图标的背景色
  "background_color": "#313131", // 为web应用程序预定义的背景颜色。在启动web应用程序和加载应用程序的内容之间创建了一个平滑的过渡。
  "icons": [ // 桌面图标，是一个数组
    {
    "src": "icon/lowres.webp",
    "sizes": "48x48",  // 以空格分隔的图片尺寸
    "type": "image/webp"  // 帮助userAgent快速排除不支持的类型
  },
  {
    "src": "icon/lowres",
    "sizes": "48x48"
  },
  {
    "src": "icon/hd_hi.ico",
    "sizes": "72x72 96x96 128x128 256x256"
  },
  {
    "src": "icon/hd_hi.svg",
    "sizes": "72x72"
  }
  ]
}

Manifest参考文档：https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Web/Manifest

可以打开网站https://developers.google.cn/web/showcase/2015/chrome-dev-summit查看添加至主屏幕的动图。

如果用的是安卓手机，可以下载chrome浏览器自己操作看看

3.2 service worker实现离线缓存

3.2.1 什么是service worker

Service Worker 是 Chrome 团队提出和力推的一个 WEB API，用于给 web 应用提供高级的可持续的后台处理能力。

Service Workers 就像介于服务器和网页之间的拦截器，能够拦截进出的HTTP 请求，从而完全控制你的网站。

最主要的特点

在页面中注册并安装成功后，运行于浏览器后台，不受页面刷新的影响，可以监听和截拦作用域范围内所有页面的 HTTP 请求。
网站必须使用 HTTPS。除了使用本地开发环境调试时(如域名使用 localhost)
运行于浏览器后台，可以控制打开的作用域范围下所有的页面请求
单独的作用域范围，单独的运行环境和执行线程
不能操作页面 DOM。但可以通过事件机制来处理
事件驱动型服务线程

为什么要求网站必须是HTTPS的，大概是因为service worker权限太大能拦截所有页面的请求吧，如果http的网站安装service worker很容易被攻击

浏览器支持情况

浏览器支持情况详见： https://caniuse.com/#feat=serviceworkers

生命周期

当用户首次导航至 URL 时，服务器会返回响应的网页。

第1步:当你调用 register() 函数时， Service Worker 开始下载。
第2步:在注册过程中，浏览器会下载、解析并执行 Service Worker ()。如果在此步骤中出现任何错误，register() 返回的 promise 都会执行 reject 操作，并且 Service Worker 会被废弃。
第3步:一旦 Service Worker 成功执行了，install 事件就会激活
第4步:安装完成，Service Worker 便会激活，并控制在其范围内的一切。如果生命周期中的所有事件都成功了，Service Worker 便已准备就绪，随时可以使用了！

chrome://serviceworker-internals 来了解当前浏览器中所有已安装Service Worker的详细情况

3.2.2 HTTP缓存与service worker缓存

HTTP缓存

Web 服务器可以使用 Expires 首部来通知 Web 客户端，它可以使用资源的当前副本，直到指定的“过期时间”。反过来，浏览器可以缓存此资源，并且只有在有效期满后才会再次检查新版本。使用 HTTP 缓存意味着你要依赖服务器来告诉你何时缓存资源和何时过期。

service worker缓存

Service Workers 的强大在于它们拦截 HTTP 请求的能力进入任何传入的 HTTP 请求，并决定想要如何响应。在你的 Service Worker 中，可以编写逻辑来决定想要缓存的资源，以及需要满足什么条件和资源需要缓存多久。一切尽归你掌控！

3.2.3 实现离线缓存

index.html

<!DOCTYPE html>
<html>
  <head>
    <meta charset="UTF-8">
    <title>Hello Caching World!</title>
  </head>
  <body>
    <!-- Image -->
    <img src="/images/hello.png" />                 
    <!-- JavaScript -->
    <script async src="/js/script.js"></script>     
    <script>
      // 注册 service worker
      if ('serviceWorker' in navigator) {           
        navigator.serviceWorker.register('/service-worker.js', {scope: '/'}).then(function (registration) {
          // 注册成功
          console.log('ServiceWorker registration successful with scope: ', registration.scope);
        }).catch(function (err) {                   
          // 注册失败 :(
          console.log('ServiceWorker registration failed: ', err);
        });
      }
    </script>
  </body>
</html>

注：Service Worker 的注册路径决定了其 scope 默认作用页面的范围。如果 service-worker.js 是在 /sw/ 页面路径下，这使得该 Service Worker 默认只会收到页面/sw/ 路径下的 fetch 事件。如果存放在网站的根路径下，则将会收到该网站的所有 fetch 事件。如果希望改变它的作用域，可在第二个参数设置 scope 范围。示例中将其改为了根目录，即对整个站点生效。

service-worker.js

var cacheName = 'helloWorld';     // 缓存的名称  
// install 事件，它发生在浏览器安装并注册 Service Worker 时        
self.addEventListener('install', event => { 
/* event.waitUtil 用于在安装成功之前执行一些预装逻辑
 但是建议只做一些轻量级和非常重要资源的缓存，减少安装失败的概率
 安装成功后 ServiceWorker 状态会从 installing 变为 installed */
  event.waitUntil(
    caches.open(cacheName)                  
    .then(cache => cache.addAll([    // 如果所有的文件都成功缓存了，便会安装完成。如果任何文件下载失败了，那么安装过程也会随之失败。        
      '/js/script.js',
      '/images/hello.png'
    ]))
  );
});
  
/**
为 fetch 事件添加一个事件监听器。接下来，使用 caches.match() 函数来检查传入的请求 URL 是否匹配当前缓存中存在的任何内容。如果存在的话，返回缓存的资源。
如果资源并不存在于缓存当中，通过网络来获取资源，并将获取到的资源添加到缓存中。
*/
self.addEventListener('fetch', function (event) {
  event.respondWith(
    caches.match(event.request)                  
    .then(function (response) {
      if (response) {                            
        return response;                         
      }
      var requestToCache = event.request.clone();  //          
      return fetch(requestToCache).then(                   
        function (response) {
          if (!response || response.status !== 200) {      
            return response;
          }
          var responseToCache = response.clone();          
          caches.open(cacheName)                           
            .then(function (cache) {
              cache.put(requestToCache, responseToCache);  
            });
          return response;             
    })
  );
});

注：为什么用request.clone()和response.clone() 需要这么做是因为request和response是一个流，它只能消耗一次。因为我们已经通过缓存消耗了一次，然后发起 HTTP 请求还要再消耗一次，所以我们需要在此时克隆请求 Clone the request—a request is a stream and can only be consumed once.

3.2.4 调试相关

chrome浏览器打开https://googlechrome.github.io/samples/service-worker/basic/index.html，这是一个实现了service worker离线缓存功能的网站，打开调试工具

介绍一个图中的1.和2.

勾选可以模拟网站离线情况，勾选后network会有一个黄色警告图标，该网站已经离线。此时刷新页面，页面仍然能够正常显示
当前service worker的scope。它能够拦截https://googlechrome.github.io/samples/service-worker/basic/index.html下的请求，同样也能够拦截https://googlechrome.github.io/samples/service-worker/basic/*/*.html下的请求

调试面板具体代表的什么参看https://x5.tencent.com/tbs/guide/serviceworker.html的第三部分

3.3 serice worker实现消息推送

步骤一、提示用户并获得他们的订阅详细信息
步骤二、将这些详细信息保存在服务器上
步骤三、在需要时发送任何消息

不同浏览器需要用不同的推送消息服务器。以 Chrome 上使用 Google Cloud Messaging 作为推送服务为例，第一步是注册 applicationServerKey(通过 GCM 注册获取)，并在页面上进行订阅或发起订阅。每一个会话会有一个独立的端点（endpoint），订阅对象的属性(PushSubscription.endpoint) 即为端点值。将端点发送给服务器后，服务器用这一值来发送消息给会话的激活的 Service Worker （通过 GCM 与浏览器客户端沟通）。

步骤一和步骤二 index.html

<!DOCTYPE html>
<html>
  <head>
    <meta charset="UTF-8">
    <title>Progressive Times</title>
    <link rel="manifest" href="/manifest.json">                                      
  </head>
  <body>
    <script>
      var endpoint;
      var key;
      var authSecret;
      var vapidPublicKey = 'BAyb_WgaR0L0pODaR7wWkxJi__tWbM1MPBymyRDFEGjtDCWeRYS9EF7yGoCHLdHJi6hikYdg4MuYaK0XoD0qnoY';
      // 方法很复杂，但是可以不用具体看，知识用来转化vapidPublicKey用
      function urlBase64ToUint8Array(base64String) {                                  
        const padding = '='.repeat((4 - base64String.length % 4) % 4);
        const base64 = (base64String + padding)
          .replace(/\-/g, '+')
          .replace(/_/g, '/');
        const rawData = window.atob(base64);
        const outputArray = new Uint8Array(rawData.length);
        for (let i = 0; i < rawData.length; ++i) {
          outputArray[i] = rawData.charCodeAt(i);
        }
        return outputArray;
      }
      if ('serviceWorker' in navigator) {
        navigator.serviceWorker.register('sw.js').then(function (registration) {
          return registration.pushManager.getSubscription()                            
            .then(function (subscription) {
              if (subscription) {                                                      
                return;
              }
              return registration.pushManager.subscribe({                              
                  userVisibleOnly: true,
                  applicationServerKey: urlBase64ToUint8Array(vapidPublicKey)
                })
                .then(function (subscription) {
                  var rawKey = subscription.getKey ? subscription.getKey('p256dh') : '';
                  key = rawKey ? btoa(String.fromCharCode.apply(null, new Uint8Array(rawKey))) : '';
                  var rawAuthSecret = subscription.getKey ? subscription.getKey('auth') : '';
                  authSecret = rawAuthSecret ?
                    btoa(String.fromCharCode.apply(null, new Uint8Array(rawAuthSecret))) : '';
                  endpoint = subscription.endpoint;
                  return fetch('./register', {                                         
                    method: 'post',
                    headers: new Headers({
                      'content-type': 'application/json'
                    }),
                    body: JSON.stringify({
                      endpoint: subscription.endpoint,
                      key: key,
                      authSecret: authSecret,
                    }),
                  });
                });
            });
        }).catch(function (err) {
          // 注册失败 :(
          console.log('ServiceWorker registration failed: ', err);
        });
      }
    </script>
  </body>
</html>

步骤三服务器发送消息给service worker

app.js

const webpush = require('web-push');                 
const express = require('express');
var bodyParser = require('body-parser');
const app = express();
webpush.setVapidDetails(                             
  'mailto:contact@deanhume.com',
  'BAyb_WgaR0L0pODaR7wWkxJi__tWbM1MPBymyRDFEGjtDCWeRYS9EF7yGoCHLdHJi6hikYdg4MuYaK0XoD0qnoY',
  'p6YVD7t8HkABoez1CvVJ5bl7BnEdKUu5bSyVjyxMBh0'
);
app.post('/register', function (req, res) {           
  var endpoint = req.body.endpoint;
  saveRegistrationDetails(endpoint, key, authSecret); 
  const pushSubscription = {                          
    endpoint: req.body.endpoint,
    keys: {
      auth: req.body.authSecret,
      p256dh: req.body.key
    }
  };
  var body = 'Thank you for registering';
  var iconUrl = 'https://example.com/images/homescreen.png';
  // 发送 Web 推送消息
  webpush.sendNotification(pushSubscription,          
      JSON.stringify({
        msg: body,
        url: 'http://localhost:3111/',
        icon: iconUrl
      }))
    .then(result => res.sendStatus(201))
    .catch(err => {
      console.log(err);
    });
});
app.listen(3111, function () {
  console.log('Web push app listening on port 3111!')
});

service worker监听push事件，将通知详情推送给用户

service-worker.js

self.addEventListener('push', function (event) {
 // 检查服务端是否发来了任何有效载荷数据
  var payload = event.data ? JSON.parse(event.data.text()) : 'no payload';
  var title = 'Progressive Times';
  event.waitUntil(
    // 使用提供的信息来显示 Web 推送通知
    self.registration.showNotification(title, {                           
      body: payload.msg,
      url: payload.url,
      icon: payload.icon
    })
  );
});

扩展知识：[service worker的更新](https://lzw.me/a/pwa-service-worker.html#3.3 Service Worker 的更新)

总结

PWA的优势

可以将app的快捷方式放置到桌面上，全屏运行，与原生app无异
能够在各种网络环境下使用，包括网络差和断网条件下，不会显示undefind
推送消息的能力
其本质是一个网页，没有原生app的各种启动条件，快速响应用户指令

PWA存在的问题

支持率不高:现在ios手机端不支持pwa，IE也暂时不支持
Chrome在中国桌面版占有率还是不错的，安卓移动端上的占有率却很低
各大厂商还未明确支持pwa
依赖的GCM服务在国内无法使用
微信小程序的竞争

尽管有上述的一些缺点，PWA技术仍然有很多可以使用的点。

service worker技术实现离线缓存，可以将一些不经常更改的静态文件放到缓存中，提升用户体验。
service worker实现消息推送，使用浏览器推送功能，吸引用户
渐进式开发，尽管一些浏览器暂时不支持，可以利用上述技术给使用支持浏览器的用户带来更好的体验。

参考文档