理解 Next.js 中的 CSR、SSR、SSG、ISR 以及 Streaming

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前言

熟悉 React 的同学想必听说过 Next.js,Next.js 给自己的介绍是“The React Framework”,没接触过的同学可能会有疑问?React 已经是一个框架了,为什么还要有 Next.js 呢?其实 Next.js 是为了互补 React 的不足,Next.js 提供了 CSR、SSR、SSG、ISR、 Streaming 这么多渲染方式,本文就从渲染方式方面来讲解,让我们可以更好地理解 Next.js 以及使用 Next.js。

CSR(Client Side Rendering)

CSR 也就是客户端渲染,需要使用 JavaScript,调用接口(API)来获取数据,这种方式前后端完全分离。

比如现在有一个博客接口/api/articles,返回 JSON 数据如下

[
    {"id":1,"title":"使用 Next.js 和掘金API 打造个性博客"},
    {"id":2,"title":"使用 Strapi 和 Next.js 开发简易微博"},
    {"id":3,"title":"使用 Notion 数据库进行 Next.js 应用全栈开发"}
]

通常 React 项目会使用 create-react-app 来创建项目,我们会在useEffect 中请求数据。

import { useState, useEffect } from "react";

function BlogList() {
  const [data, setData] = useState(null);
  const [isLoading, setLoading] = useState(false);

  const reload = () => {
    setLoading(true);
    fetch("/api/articles").then((res) => res.json()).then((data) => {
        setData(data);
        setLoading(false);
      });
  };

  useEffect(() => {
    reload();
  }, []);

  if (!data && isLoading) return <p>Loading...</p>;
  if (!data) return <p>No data</p>;

  return (
    <div>
      <div>
        <button disabled={isLoading} loading={isLoading} onClick={reload}>刷新</button>
      </div>
      {data.map((item) => (
        <div key={item.id}>
          <a href={`/blog/${item.id}`}>{item.title}</a>
        </div>
      ))}
    </div>
  );
}

上面的代码中,页面上还有一个刷新按钮,当数据新增时,接口接口会多返回一条数据,点击刷新按钮,页面上已经存在的 DOM 节点是不更新的,DOM 中只会插入新增的数据,这样我们就会感觉页面渲染很快。 这得益于 React 中引入了虚拟 dom,也就是将真实元素节点抽象成 JavaScript 对象,称之为 VNode,更新 DOM 前会先通过 VDOM 对比,得到要真实更新的 DOM,因此可以有效减少直接操作 dom 次数,从而提高程序性能。

Next.js 团队发布了另一个关于数据请求的 hooks 叫 swr,名字来自于 stale-while-revalidate,意思是过期就会重新验证,它有缓存,聚焦时重新验证,间隔轮询等功能。

与上面代码功能相同,我们可以改成下面代码:

import useSWR from "swr";

const fetcher = (...args) => fetch(...args).then((res) => res.json());

function BlogList() {
  const { data, error } = useSWR("/api/articles", fetcher, { refreshInterval: 3000 });

  if (error) return <div>Failed to load</div>;
  if (!data) return <div>Loading...</div>;

  return (
    <div>
      {data.map((item) => (
        <div key={item.id}>
          <a href={`/blog/${item.id}`}>{item.title}</a>
        </div>
      ))}
    </div>
  );
}

在页面中,去除了刷新按钮,因为 swr 帮我们每隔 3 秒重新请求。整个过程中,刷新对应用户来说是无感知的,而看到的却是最新的数据。

CSR 存在的问题

基于 create-react-app 创建的应用,在 HTML 首次挂载的的时候仅有几个 DOM 节点,类似如下

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
  <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0, maximum-scale=1.0, user-scalable=no" />
  <link rel="stylesheet" media="screen" href="/assets/css/index-fe9dd8655d2ba.css" />
</head>
<body>
    <div id="root"></div>
    <script src="/assets/js/main-d0bbfde89eb2a.js"></script>
</body>
</html>

这就会引起 2 个问题

  1. 首次渲染,白屏时间过长; 由于所有 JS 都打包在一个文件中,在这个 JS 加载完成之前,在页面上是看不到任何东西,这就会让用户感受到‘白屏’
  2. 对于搜索引擎来说,只能在页面中发现一个 DOM 节点,不利于 SEO;因为搜索引擎是不支持执行 JavaScript 代码的。

SSR(Server Side Rendering)

SSR 也就是服务端渲染,有些同学可能会问“难道要回到 PHP 或者 JSP 时代吗?”,没错 PHP 和 JSP 是服务端渲染,但 Next.js 的 SSR 不同于纯服务端渲染,也拥有着如 SPA 一样快速渲染的能力。传统的服务端渲染只有 HTML 字符串,缺少交互,比如有一个ClickCounter 组件

// shared/components/ClickCounter.jsx
import React,{ useState } from 'react';

const ClickCounter = () => {
  const [count, setCount] = useState(0);
  return (
      <button onClick={() => setCount(count + 1)} > {count} Clicks </button>
  );
};

经过服务端渲染只能得到最简单的的 HTML。

// server/index.js
import ReactDOMServer from "react-dom/server";
import express from "express";

require("node-jsx").install();

const app = express();

app.get("/", (req, res) => {
    const reactHtml = ReactDOMServer.renderToString(<ClickCounter />const htmlTemplate = `<!DOCTYPE html>
    <html>
        <head>
            <title>Universal React server bundle</title>
        </head>
        <body>
            <div id="root">${reactHtml}</div>
            <script src="public/client.bundle.js"></script>
        </body>
    </html>`
    res.send(htmlTemplate)
});

打印出的 button 点击无效,传统的服务端渲染到此就结束了。而 react 服务端渲染,需要客户端根据服务端生成的页面,继续二次渲染、事件绑定等

// client/index.jsx
import React from 'react';
import { hydrate } from 'react-dom';

hydrate(<ClickCounter />, document.getElementById('root'));

简化流程是:

  1. 服务器端使用renderToString直接渲染出的页面信息为静态 html。

  2. 客户端根据渲染出的静态 html 进行hydrate,做一些绑定事件等操作。

因此,若要使用 react 来实现服务端渲染,一般需要 3 个目录,工程配置比较繁琐。

  • server: 包含 express 的后端工程
  • client: 包含 react 的前端工程
  • shared: 包含前后端公用的组件代码。

而在 Nextjs 中,只需要在 Pages 目录下,如下这么写,Next.js 便会自动打包出前后端的代码,拥有 hydrate 的能力

import Link from "next/link";

export default function Page({ data }: PageProps) {
  return (
    <div>
      {data.map((item) => (
        <div key={item.id}>
          <Link href={`/blog/${item.id}`}><a>{item.title}</a></Link>
        </div>
      ))}
    </div>
  );
}

export const getServerSideProps: GetServerSideProps = async () => {
  const res = await fetch('https://localhost:3000/api/articles').then((res)=>res.json());

  return {
    props: { data: res },
  };
};

我们需要清楚的是:

  • getServerSideProps 只在服务端执行
  • Page 组件是在前后端公共执行

所以,在 Page 函数中要注意一些全局对象的使用,比如window对象(Node.js 中是不存在的,所以会报错)

// ❎ 错误代码
export default function Page({ data }: PageProps) {
  return (
    <div style={{width: window.innerWidth}}>
    ...
    </div>
  );
}

我们应该将 window 操作放入 useEffect 中,或者 click 回调函数中,因为这些函数在服务端渲染的时候是自动忽略的。

SSR 解决了白屏问题和 SEO 问题,但是也不是完美的。

SSR 存在的问题

  1. 当请求量增大时,每次重新渲染增加了服务器的开销。
  2. 需要等页面中所有接口请求完成才可以返回 html,虽不是白屏,但完成hydrate之前,页面也是不可操作。

SSG(Static Site Generation)

SSG 也就是静态站点生成,为了减缓服务器压力,我们可以在构建时生成静态页面,备注:Next.js 生成的静态页面与普通的静态页面是不一样的,也是拥有 SPA 的能力,切换页面用户不会感受到整个页面在刷新,可以访问我的博客体验。

比如文章列表页,要生成静态页面,在 Next.js 中代码如下:

import Link from "next/link";

export default function Page({ data }: PageProps) {
  return (
    <div>
      {data.map((item) => (
        <div key={item.id}>
          <Link href={`/blog/${item.id}`}><a>{item.title}</a></Link>
        </div>
      ))}
    </div>
  );
}

export const getStaticProps: GetStaticProps = async () => {
  const res = await fetch('https://localhost:3000/api/articles').then((res)=>res.json());

  return {
    props: { data: res },
  };
};

使用getStaticProps 可以获得静态网页的数据,传递给 Page 函数,便可以生成静态页面。博客列表 URL 是固定的,那么不是固定 URL 的页面,要生成静态页面怎么办呢?比如博客详情页。

// pages/blog/[id].tsx
export async function getStaticPaths() {
  const articles = await fetch('https://localhost:3000/api/articles').then((res)=>res.json());
  return {
    paths: articles.map((p) => ({
      params: {
        id: p.id.toString(),
      },
    })),
    fallback: false,
  }
}

export const getStaticProps: GetStaticProps = async ({params}) => {
  const res = await fetch(`https://localhost:3000/api/articles/${params.id}`).then((res)=>res.json());

  return {
    props: { data: res },
  };
};

export default function Page({ data }: PageProps) {
  return (
    <div>
      <h1>{data.tltle}</h1>
      <div>{data.content}</div>
    </div>
  );
}

我们可以使用 getStaticPaths 获得所有文章的路径,返回的paths 参数会传递给getStaticProps,在 getStaticProps中,通过 params 获得文章 id, Next.js 会在构建时,将paths 遍历生成所有静态页面。

SSG 的优点就是快,部署不需要服务器,任何静态服务空间都可以部署,而缺点也是因为静态,不能动态渲染,每添加一篇博客,就需要重新构建。

ISR(Incremental Static Regeneration)

于是有了一另一种方案 ISR,增量静态生成,在访问时生成静态页面,在 Next.js 中,它比 SSG 方案只需要加了一个参数revalidate

export const getStaticProps: GetStaticProps = async () => {
  const res = await fetch('https://localhost:3000/api/articles').then((res)=>res.json());

  return {
    props: { data: res },
    revalidate: 20,
  };
};

上面代码表示,当访问页面时,发现 20s 没有更新页面就会重新生成新的页面,但当前访问的还是已经生成的静态页面,也就是:是否重新生成页面,需要根据上一次的生成时间来判断,并且数据会延迟 1 次。

我们可以在页面上显示生成时间

function Time() {
  const [time, setTime] = useState(new Date().toLocaleTimeString());
  useEffect(() => {
    const t = setInterval(() => {
      const time = new Date().toLocaleTimeString();
      setTime(time);
    }, 1000);
    return () => {
      clearInterval(t);
    };
  }, []);

  return <h1>当前时间:{time}</h1>;
}

export default function Page({ data, time }) {
  return (
    <div style={{ width: 500, margin: "0 auto" }}>
      <h1>
        页面生成时间:<span>{time}</span>
      </h1>
      <Time />
      {data.map((item) => (
        <div key={item.id}>
          <Link href={`/blog/${item.id}`}>{item.title}</Link>
        </div>
      ))}
    </div>
  );
}

export const getStaticProps = async ({ params }) => {
  const res = await getList();

  const time = new Date().toLocaleTimeString();

  return {
    props: { data: res, time },
    revalidate: 20,
  };
};

上面代码中我们定义了一个 Time 组件,Time 在客户端渲染,每秒自动刷新。

本地使用运行yarn buildyarn start 来模拟生成环境,测试增量生成。

上面是我的截图,我们可以多看到 20s 内重复刷新,页面生成时间是不变的,20s 后刷新,页面生成时间为新的生成时间。

列表页面可以增量生成,那么详情页呢?

若我们访问不存在的 id,比如 http://localhost:3000/blog/4,页面会显示 404。

getStaticPaths 方法中还有一个参数 fallback 用于控制未生成静态页面的渲染方式。

// pages/blog/[id].js
import { useRouter } from 'next/router'

function Post({ post }) {
  const router = useRouter()

  // 如果页面还没静态生成,则先显示下面的loading
  // 直到 `getStaticProps()`运行完成
  if (router.isFallback) {
    return <div>Loading...</div>
  }

  // Render ...
}

// 在构建时运行,获取全部文章路径
export async function getStaticPaths() {
  const articles = await fetch('https://localhost:3000/api/articles').then((res)=>res.json());
  return {
    paths: articles.map((p) => ({
      params: {
        id: p.id,
      },
    })),
    fallback: true,
  }
}

fallback 有 3 个值

  • fallback: 'blocking' 未生成的页面使用服务端渲染;
  • fallback: false 未生成的页面访问 404
  • fallback: true 当访问的静态页面不存在时,会显示 loading,直到静态页面生成返回新的页面。

我们将 fallback 设置为 true,重新访问页面。

可以在左侧 .next/server 目录下,可以看到生成的静态文件,再次访问 http://localhost:3000/blog/4 后,可以看新生成了4.html.

revalidate会额外导致服务器性能开销,20s 生成一次页面是没必要的,比如一些博客网站和新闻网站,文章详情变更没那么频繁。

On-demand Revalidation(按需增量生成)

自从 next v12.2.0 开始支持按需增量生成,我们可以在 page 目录下新建一个 pages/api/revalidate.js接口,用于触发增量生成。

// pages/api/revalidate.js

export default async function handler(req, res) {
  // 设置一个秘钥用于检查,访问合法性
  if (req.query.secret !== process.env.MY_SECRET_TOKEN) {
    return res.status(401).json({ message: 'Invalid token' })
  }

  try {
    // path 为要触发的实际路径
    // e.g. for "/blog/[id]" this should be "/blog/5"
    await res.revalidate(req.query.path)
    return res.json({ revalidated: true })
  } catch (err) {
    return res.status(500).send('Error revalidating')
  }
}

比如我们在数据库中增加了 2 条数据,此时访问 https://localhost:3000/api/revalidate?secret=<token>&path=/blog/5,便可以触发,生成新的静态页面了。

Server component

Server component 是 React18 提供的能力, 与上面的 SSR 不同,相当于是流式 SSR。

传统 SSR 执行步骤

  • 在服务器上,获取整个应用的数据。
  • 在服务器上,将整个应用程序数据渲染为 HTML 并发送响应。
  • 在浏览器上,加载整个应用程序的 JavaScript 代码。
  • 在客户端,将 JavaScript 逻辑连接到服务端返回的 HTML(这就是“水合”)。

而以上每个步骤必须完成,才可以开始下一个步骤。

比如一个传统的博客页面采用 SSR 的方式使用 getServerSideProps 的方式渲染,那么就需要等 3 个接口全部返回才可以看到页面。

export async function getServerSideProps() {
  const list = await getBlogList()
  const detail = await getBlogDetail()
  const comments = await getComments()

  return { props: { list,detail,comments } }
}

如果评论接口返回较慢,那么整个程序就是待响应状态。

我们可以在 Next.js 13 中开启 app 目录来,使用 Suspense开启流渲染的能力,将 Comments 组件使用 Suspense 包裹。

import { SkeletonCard } from '@/ui/SkeletonCard';
import { Suspense } from 'react';
import Comments from './Comments';

export default function Posts() {
  return (
    <BlogList />
    <section>
     <BlogDetail />
      <Suspense
        fallback={
          <div className="w-full h-40 ">
            <SkeletonCard isLoading={true} />
          </div>
        }
      >
        <Comments />
      </Suspense>
    </section>
  );
}

组件数据请求使用 use API,就可以实现流渲染了。

import { use } from 'react';

async function fetchComment(): Promise<string> {
  return fetch('http://www.example.com/api/comments').then((res)=>res.json())
}

export default function Comments() {
  let data = use(fetchComment());
  return (
    <section>
      {data.map((item)=><Item key={item.id}/>)}
    </section>
  );
}

整个渲染流程如下图。

  • 灰色部分代表 HTML 字符串返回
  • loading 状态表示当前部分还在请求
  • 绿色部分代表注水成功,页面可以交互

如图所示,如果评论部分接口还在请求中,那么页面左侧注水完成,也是可以交互可以点击的。

因此,Server component 解决了 SSR 中的 3 个问题

  • 不必在服务器上返回所有数据才开始返回 html,相反我们可以先返回一个 HTML 结构,相当于骨架屏。
  • 不必等待所有 JavaScript 加载完毕才能开始补水。相反,我们可以利用代码拆分与服务器渲染结合使用,React 将在相关代码加载时对其进行水合。
  • 不必等待所有组件水合完成,页面才可以交互。

想要了解更多关于Next.js 13的内容,可以查看《你好,Next.js 13》

小结

本文介绍了 Next.js 中的几种渲染模式

  • CSR - 客户端渲染。也就是我们常说的 SPA(single page application),使用 useEffect 获取接口数据,优点是前端后端完全分离,静态部署,缺点是 JavaScript 过大,会造成“白屏”,网页初始 DOM 为空,不利于 SEO,适合开发一些后端管理系统。

  • SSR - 服务器端渲染。优点是解决 SEO 和白屏问题,缺点是每次渲染都会请求服务器,会给服务器造成压力。

  • SSG - 静态站点生成。在构建时获取数据,生成静态页面,只需要静态部署,适合开发一些数据不易变更的网站,比如开发文档。

  • ISR – 增量静态再生。它是 SSG 和 SSR 的组合,主要是靠静态服务,但在数据过期时,可以再次从 API 获取数据,并且生成静态页面,最适合常见的资讯类、新闻类网站。

  • Server component- 也是 SSR 的一种, 但互补了 SSR 的不足,让网页拥有流式渲染的能力。

好了,以上就是本文的全部内容,你学会了吗?若对你有帮助,记得帮我点赞,接下来我将继续分享 Next.js 相关的实战文章,欢迎各位关注我的《Next.js 全栈开发实战》 专栏。