本文将介绍 Hybrid App 离线包的通用方案，并讨论 HTML 文件放入离线包的利弊。通过引入 CAP 理论作为指导准则，帮助优化和抉择离线包的一致性和可用性问题。
原标题：《用 CAP 理论指导 Hybrid App 离线策略优化》
弱网情况下，用户如何快速打开 H5 页面？最好使的就是离线包方案，将 H5 的资源提前下载（或内置）到 App 中，加载资源时通过 App 内部的请求拦截机制转发本地资源，避免网络请求。
通过离线包方案，可以优化 「资源加载」 这个环节的耗时，降低白屏时间（仅剩资源解析和本地 I/O 耗时，不再受弱网限制，阶段耗时一般不超过 100ms）。
而要完整地实施离线包方案，还需要考虑更新策略、动态差分、签名校验等细节，这不是本文的重点，对具体方案感兴趣的可以看这篇文章，其中提供了一些开箱即用的工具。
接下来将讨论本文的主题：HTML 文档离线策略。
HTML 文档离线策略
为了方便理解离线包的作用，上文把 HTML 文档及其他资源的加载放到一起，统称 「资源加载」。
但在实际场景，将 HTML 文档放入离线包，可能会存在问题。举个例子方便阐述：
某业务的离线包更新策略是在 App 启动时，以及每小时定时更新。
在此之外，即使线上离线包更新，用户也是访问的本地离线包资源。
这是因为 Webview 并不知道线上离线包已经更新，还是拦截了 HTML 请求并返回本地离线 HTML 文档。由于该 HTML 文档中的资源 hash 和本地离线包的一致，因此所有资源都将走离线包。
这时，发现前端页面存在一个重大 bug ，且将离线包推给了用户。
前端紧急回滚（重新发了一个离线包），用户也只能重新启动 App 或者等待每小时的轮询更新，才能访问到正常的离线包页面。。
总的来说，将 HTML 文档放入离线包，将导致页面无法及时更新。如果前端页面存在故障紧急回滚，也会有滞后性。
为方便讨论，本节所聊离线化方案不带其他优化策略，后面章节会进行讨论。
那把 HTML 文档移除离线包，仅缓存其他资源呢？可以解决这个问题，但是会引入两个新的问题：
- 每次都需要下载 HTML 文档，导致白屏时间变长，离线化效果不好。
- HTML 文档更新期间，本地离线包会失效。
-
因为 HTML 文档和其他资源拆开，必将导致资源更新时机的不一致性。包括「 HTML 文档先上线、离线包后更新」以及「HTML 文档后上线，离线包先更新」，都无法命中本地离线包。
-
于是，在关于 HTML 文档是否应该离线的问题上，出现了两种决策：
- 离线（缓存优先）：更好的性能，但更新不及时
- 不离线（网络优先）：实时更新，但性能较差，可能会加载失败
那有什么方案，能够完全的离线化，并实时更新？
下面要介绍的 CAP 理论，将回答这个问题。理论上这是无法做到的，完全离线（可用性）和实时更新（一致性）只能选择其中一个，并尽可能的优化另一个。
CAP 理论
CAP 理论指出在分布式系统中，不可能同时满足以下三点：一致性(Consistency) 、可用性(Avaliability) 、分区容错性(Partition tolerance)。
要理解 CAP ，首先要知道节点和分区的概念：
在分布式系统中，每个服务称之为节点，用于存放数据或处理数据，节点间的通信形成一个节点网络。
节点网络本应互通，但因为一些故障（网络或机器原因），导致某些节点无法连通，网络将被分割为几块区域。数据散落在这些不连通的区域，形成分区。
如果数据仅在一个节点中保存，那么出现分区后，和这个节点不连通的其他分区将无法访问此节点数据，此时分区是不可容忍的。
若把数据复制到多个节点，保证每个分区都有这个数据，那么此时分区就是容错的。
但是，将数据复制到多个节点将带来一致性的问题。比如 A1 修改了 B1 的数据，此时 A2 读取 B2 数据时会出现不一致。要保证数据一致性，需要每次写操作的时候保证所有节点写入成功，在此之前的读操作需要等待。
但这又会引入可用性的问题，等待时长越长，可用性越低 （ CP 系统） 。要想实现可用性，就不能等待，直接获取节点数据，但这就丧失了一致性（ AP 系统） 。
如果既想可用性，又想一致性，那就保证节点仅存在一个分区，退化为单机系统，但这就丧失了分区容错性 （AC 系统） 。
因此，重新给 CAP 的每一项做下定义：
- 一致性(Consistency) ：每次请求都能拿到同一份最新的数据，同时为了一致性允许请求失败。
- 可用性(Avaliability) ：每次请求都能得到应答，但是不保证获取的数据为最新数据。
- 分区 容错性 (Partition tolerance) ：通过复制节点数据到各个分区，避免故障导致节点数据无法访问。
一句话总结：数据存在的节点越多，分区容错性越高。但数据更新时要变更的节点也越多，一致性就很难保证。为了保证一致性，等待所有节点更新完成的时间就越长，可用性就越差。
CAP 理论解释离线化系统
从广义上来说，离线化系统也是一个分布式系统，它也有数据、节点、分区的概念。
- 数据：HTML 文档、页面资源。
- 节点：HTML 提供方、页面资源提供方。它们存在于本地服务和在线服务，可以对这些节点进行数据读写。
- 分区：离线分区、在线分区。
- 一致性（C）：离线分区的 HTML 文档同在线分区一致。
- 可用性（A）：允许客户端加载非最新的 HTML 文档数据，但是必须保证稳定加载。
打开页面到加载资源，涉及节点数据请求，相当于分布式系统之间的通信。
以 HTML 文档不离线为例，节点根据网络状态可以划分为两个分区：
假设此时用户出现网络问题，那么将无法访问在线分区的 HTML 节点（分区不可容忍）。
要提高分区容错性，就需要将 HTML 数据也存一份到离线包（分区）中。
但这会引入一致性问题，若研发修改了在线分区 的 HTML 文档内容，此时用户读取的离线分区 HTML 文档可能还是旧数据。
若想保证一致性，需要等待离线 HTML 文档完全写入，或者直接访问在线服务（抛弃分区容错性，页面加载失败也属于一致性）。这些行为都存在时延，会出现可用性 问题。
重新整理一下，得到以下几种策略：
- C（一致性）：仅网络加载 HTML 文档
- AP（可用性+分区容错性）：优先使用 HTML 文档离线缓存
- CP（一致性+分区容错性）：优先网络加载 HTML 文档，若失败再使用本地离线缓存
CAP 理论指导离线策略优化
有了 CAP 理论的加持，我们已经知道离线化系统无法同时满足一致性和可用性，换句话说，无法实时更新的同时完全离线化。
那么可以得到如下两个优化方向：
- 保证一致性（实时更新），提高可用性（优化加载）。
- 保证可用性（完全离线），提高一致性（及时更新）。
提高可用性
提高可用性意味着优化加载，通过缓存机制和缓存冗余来提高加载速度。
以下是一些常用方案：
- 协商缓存 HTML 文档：将 HTML 文档缓存本地，但不是直接使用，而是先通过网络加载 HTML 并判断内容是否更新，若未更新则直接使用本地缓存，否则重新下载并更新本地缓存。
- 冗余旧版本离线包：上文提到，不缓存 HTML 文档会导致本地离线包在一段时间内无法命中，通过冗余一个旧版本的离线包即可避免这个问题。思路上和
Service Worker有点像。
提高一致性
提高一致性意味着及时更新，通过多种策略保证用户尽量访问到最新的页面。
以下是一些常用方案：
- 资源包强推（提高更新频率）：App 发起探针（长链接或轮询），当资源包需要立即更新时，平台服务将告知 App 重新请求资源进行更新。
- 动态开关（关闭离线化）：页面地址（
schema）改由服务端下发，并约定协议，可以选择关闭离线加载。该方案会降低可用性。 - 接口探测紧急更新：用户已进入页面，在特定时机直接刷新用户界面，若离线包已更新则使用新包，否则走在线加载 （会降低可用性） 。根据事故严重程度，这个刷新时机可以是页面重新展现或者立即刷新。
需要特别提示的是，及时更新 无法做到100%，受到网络等因素影响，还是会存在一小部分长尾用户不会更新。
小结
提高可用性或一致性的技术专项是可以同时开展的，因为在实际场景中，有些业务偏向可用性，有些业务偏向一致性，选择并不唯一。
离线策略抉择
业务如何选择离线策略？应该一致性优先（不离线HTML）还是可用性优先（离线HTML）。
对于大部分场景，并无实时更新的必要性。参考原生 app 的更新，用户使用的版本经常不是最新的。即使出问题了，只要还能用，滞后更新的影响也不大。
对于少部分场景，用户不可用（崩溃、白屏）、或者会给公司带来影响的（资金安全、舆论风险），越快更新影响面越小，事故等级越低。
更具体一点，可以得到以下指导准则：
- 团队水平：如果团队平均编码水平不高（经常出事故），且没有一套完善的自动化测试和稳定性检测，建议不离线 HTML
- 基建能力：如果 App 缺乏「及时更新」方案，建议不离线 HTML
- 项目影响度：如果项目可能引起高级别事故，项目前期建议不离线 HTML，待稳定后再考虑加入。容易引起高级别事故的情况有：涉及金额和资产的页面；存在可能会导致客户端崩溃的功能（通常是动画或游戏引擎）。
- 其他情况建议离线 HTML
总结
重新回顾下本文要点：
- 使用离线包方案可以优化「资源加载」这个环节的时间，降低白屏时长
- 根据 HTML 文档是否离线，得到两种决策
- 离线（缓存优先）：更好的性能，但更新不及时
- 不离线（网络优先）：实时更新，但性能较差，可能会加载失败
- 通过 CAP 理论，了解离线化系统无法同时满足一致性和可用性，即无法实时更新的同时完全离线化
- 通过 CAP 理论，了解离线策略优化的两个方向：
- 保证一致性（实时更新），提高可用性（优化加载）
- 保证可用性（完全离线），提高一致性（及时更新）
- 业务需要综合考虑团队水平、基建能力、项目影响度，确定是否离线 HTML
以上是我个人的一些经验，水平有限，欢迎探讨。
