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CSR、SSR、Prerender 原理全解密

做前端的同学们肯定或多或少听说过CSRSSRPrerender这些名词,但是大多肯定只是停留在听说过,了解过,略懂一点,但是,你真的理解这些技术吗?

这些名词具体是什么意思呢?

为什么会产生这种技术,要解决的问题是什么呢?

每种技术背后的原理又是什么呢?

从各自的概念和执行流程说起

在了解这些概念之前,我们要先了解一个熟知的概念,那就是 SPA(Single Page Application),没错,就是大家熟知的单页应用,其实 CSR、SSR、Prerender 都是基于 SPA,关于 SPA 的概念我就不多阐述了。

CSR(Client Side Render)(客户端渲染)

即,渲染过程全部交给浏览器进行处理,服务器不参与任何渲染。

打包下来页面是这个样子:

<body>
  <noscript>You need to enable JavaScript to run this app.</noscript>
  <div id="root"></div>
</body>
<script src="/static/js/2.22fca29f.chunk.js"></script>
<script src="/static/js/main.a9f5ef89.chunk.js"></script>
复制代码

流程:浏览器 --> 服务器 --> index.html(白屏) --> bundle.js --> images --> Render

image-20191231113956671

我们来使用 create-react-app 来建立一个 web 工程,并在 Chrome 里使用 slow 3G 网络下做个实验:

Xnip2019-12-29_17-49-12

可以看到,从页面空白到元素绘制用了足足 12 秒左右,这个白屏时间太可怕了,这也就是为什么在 Web App 盛行的当下,包体积越来越大会导致白屏时间越来越长,大家想要优化这个现象的原因。

Prerender(Pre Render)(预渲染)

即,打包的时候就预先渲染页面,所以在请求到 index.html 就已经是渲染过的内容

流程:浏览器 --> 服务器 --> index.html(预渲染的内容) --> Render --> bundle.js + images --> Render

image-20191231113759430

我们将刚刚的工程加入 prerender-spa-plugin 这个插件,再次运行看看结果

这次打包下来的主页 html 是这个样子的:

<body>
  <noscript>You need to enable JavaScript to run this app.</noscript>
  <div id="root">
    <div class="App">
      <header class="App-header">
        <img
          src="/static/media/logo.5d5d9eef.svg"
          class="App-logo"
          alt="logo"
        />
        <p>Edit <code>src/App.js</code> and save to reload.</p>
        <a
          class="App-link"
          href="https://reactjs.org"
          target="_blank"
          rel="noopener noreferrer"
          >Learn React</a
        >
      </header>
    </div>
  </div>
</body>
<script src="/static/js/2.22fca29f.chunk.js"></script>
<script src="/static/js/main.a9f5ef89.chunk.js"></script>
复制代码

首页就已经预渲染好了,这时我们再来运行一次看看:

Xnip2019-12-30_13-54-09

此时可以看到,页面只用了 2 秒就已经渲染出元素,不会造成长时间的白屏问题

SSR(Server Side Render)(服务器渲染)

流程:浏览器 --> 服务器 --> 服务器执行渲染 --> index.html(实时渲染的内容)) --> Render --> bundle.js + images --> Render

image-20191231111204363

可见 SSR 在服务端多做了一些实时渲染的操作,那么我们这次运行下来回事什么结果呢?

Xnip2019-12-31_11-17-55

可以看出来,SSRPrerender 的效果一致,都能很好的减少白屏时间

总结

从上面的实验,可以看出来,无论是 SSR 还是 Prerender,我们要解决的问题主要是白屏时间太长的问题,这两种技术都是为了解决 CSR 的不足之处,那么这两种方案有什么区别?使用场景又有哪些呢?

P.S 其实另一方面的原因是,CSRSEO 太不友好了,搜索引擎抓取不到关键信息,只能抓取一个毫无元素的白屏页面,会导致搜索引擎搜索不到你的页面信息进行推荐,SSRPrerender 都能很好的解决这个问题。(吐槽一下:Google 已经实现了抓取基于 SPACSR

Prerender or SSR

在做出选择之前,我们必须要充分的了解两者的差异。

Prerender 更加通用但是局限性太大

  1. Prerender 原理是在构建阶段就将 html 页面渲染完毕,不会进行二次渲染,也就是说,当初打包时页面是怎么样,那么预渲染就是什么样,如果页面上有数据实时更新,那么浏览器第一次加载的时候只会渲染当时的数据,等到 JS 下载完毕再次渲染的时候才会更新数据更新,会造成数据延迟的错觉。

  2. Prerender 需要预先指定需要渲染的页面,需要手动在 webpack 里设置

    new PrerenderSPAPlugin({
      staticDir: path.join(__dirname, "../", "build"),
      routes: ["/"]
    });
    复制代码

    所以页面数量很大的情况下,想将每个页面进行预渲染是很大工作量,而且打包时间会很长,还可能会遗漏

说了那么多利弊,那么,预渲染是怎么做到生成页面的呢?

做过爬虫的同学肯定知道 headless 的概念

Headless Chrome 在 Chrome59 中发布,用于在 headless 环境中运行 Chrome 浏览器,也就是在非 Chrome 环境中运行 Chrome。它将 Chromium 和 Blink 渲染引擎提供的所有现代 Web 平台功能引入命令行。 它有什么用处呢? headless 浏览器是自动测试和服务器环境的绝佳工具,您不需要可见的 UI shell。例如,针对真实的网页进行测试,创建网页的 PDF,或者只是检查浏览器如何呈现 URL。

Prerender 就是利用 Chrome 官方出品的 Puppeteer 工具,对页面进行爬取。它提供了一系列的 API, 可以在无 UI 的情况下调用 Chrome 的功能, 适用于爬虫、自动化处理等各种场景。它很强大,所以很简单就能将运行时的 HTML 打包到文件中。

原理是在 Webpack 构建阶段的最后,在本地启动一个 Puppeteer 的服务,访问配置了预渲染的路由,然后将 Puppeteer 中渲染的页面输出到 HTML 文件中,并建立路由对应的目录。

下面是流程图

image-20191231143313360

SSR 虽好但是要框架支持

目前来说,主流的框架 ReactVue 都已经支持 SSR,只是配置会繁琐点,有人就会疑惑,框架还要支持 SSR

可事实是,正是因为现代 SPAVirtual DOM 的存在,才能使 SSR 变成现实,但是,SSR 这种理念的实现,并非易事。

我们先来看看详细的 SSR 流程图:

image-20191231172059262

可以看出,SSRPrerender 的最大区别就在于,Prerender 是静态的,SSR 是动态的,SSR 会在服务端实时构建出对应的 DOM

这也是 SSR 的难点所在:同构(即服务器和浏览器共同构建)。

何为同构

同构这个概念存在于 VueReact 这些新型的前端框架中,同构实际上是客户端渲染和服务器端渲染的一个整合。我们把页面的展示内容和交互写在一起,让代码执行两次。在服务器端执行一次,用于实现服务器端渲染,在客户端再执行一次,用于接管页面交互。

上面我们说过,SSR 的工程中,React 代码会在客户端和服务器端各执行一次。你可能会想,这没什么问题,都是 JavaScript 代码,既可以在浏览器上运行,又可以在 Node 环境下运行。但事实并非如此,如果你的 React 代码里,存在直接操作 DOM 的代码,那么就无法实现 SSR 这种技术了,因为在 Node 环境下,是没有 DOM 这个概念存在的,所以这些代码在 Node 环境下是会报错的。

但是就是由于 Virtual DOM 技术的存在,让这一切变成了可能,这里不过多介绍 Virtual DOM,简单来说,它就是一个普通的 JS 对象,只不过映射了 HTML DOM 的结构,React 在做页面操作时,实际上不是直接操作 DOM,而是操作 Virtual DOM,也就是操作普通的 JavaScript 对象,这就使得 SSR 成为了可能。

我们可以直接在代码里判断当前的运行环境,如果是浏览器,就可以直接操作 DOM ,如果是服务器,就需要使用 Virtual DOM 生成 HTML 字符串。

到了这里仿佛一切都很简单,一切都这么顺其自然,但是问题又出现了,路由怎么办

浏览器路由和服务器路由完全是两种不同的运行机制,SPA 浏览器路由机制可以看这里,其实原因很简单,在服务器端需要通过请求路径,找到路由组件,而在客户端需通过浏览器中的网址,找到路由组件,是完全不同的两套机制,所以这部分代码是肯定无法公用。

所以 React 分别为浏览器端和服务器端分别提供了 BrowserRouterStaticRouter 两种路由,通过 BrowserRouter 我们能够匹配到浏览器即将显示的路由组件,对浏览器来说,我们需要把组件转化成 DOM,所以需要我们使用 ReactDom.render 方法来进行 DOM 的挂载。而 StaticRouter 能够在服务器端匹配到将要显示的组件,对服务器端来说,我们要把组件转化成字符串,这时我们只需要调用 ReactDom 提供的 renderToString 方法,就可以得到 App 组件对应的 HTML 字符串。

那么,现在差不多要完成了吧

还没有!

对于一个 React 应用来说,路由一般是整个程序的执行入口。在 SSR 中,服务器端的路由和客户端的路由不一样,也就意味着服务器端的入口代码和客户端的入口代码是不同的。而入口则是 Webpack 进行打包完成的。

针对代码运行环境的不同,要进行有区别的 Webpack 打包,我们需要在 Webpack 的配置中加入 target: 'node',表明是服务器环境进行打包,除此之外,还有各种各样的配置需要解决。

等等,万一要用到 Redux 来进行状态管理呢

如果要用到 redux 进行全局状态管理,一定要记得写成这种形式:

const getStore = req => {
  return createStore(reducer, defaultState);
};
export default getStore;
复制代码

因为服务器端的 Store 是所有用户都要用的,但是不能让所有用户共享 Store ,所以在服务器端渲染中,Store 的创建应该像下面这样,返回一个函数,每个用户访问的时候,这个函数重新执行,为每个用户提供一个独立的 Store

最后还有什么注意点吗

由于服务器不存在挂载元素这一生命周期,所以例如 ReactcomponentDidMount 或者 VUEmounted 生命周期都不会执行了,所以在服务端利用接口获取数据的时候,不能写入上述的生命周期中。

最后总结

  1. 如果页面无数据,或者是纯静态页面,建议使用 Prerender,这是一种通过预览打包的方式构建页面,也不会增加服务器负担,但其他情况并不推荐。
  2. 当访问量过大时,SSR 的实时构建会加剧服务器 CPU 的消耗,需结合其他技术进行处理(例如 CDN,服务器缓存,负载均衡等)
  3. 如果页面数据请求多,又对 SEO 和加载速度有需求的,建议使用 SSR
  4. 对于高操作需求的项目来说,CSR 可能更加适合,页面显示元素即绑定了操作,而 SSRPrerender 虽然会提前显示页面,但此时页面元素无法操作,仍需要下载完 bundle.js 进行事件绑定才能执行

当然在真正实现 SSR 架构的过程中,难点有时不是实现的思路,而是细节的处理。比如说如何针对不同页面设置不同的 titledescription 来提升 SEO 效果,这时候,我们其实可以用 react-helmet 这样的工具帮我们达成目标,这个工具对客户端和服务器端渲染的效果都很棒,值得推荐。还有一些诸如工程目录的设计,404,301 重定向情况的处理等等,不过这些问题,我们只需要在实践中遇到的时候逐个攻破就可以了。

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