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探讨 Isomorphic/Universal JavaScript (同构/通用 JavaScript) 的设计理念，以及它在 SSR 和 CSR 融合中的优势。

各位好！我是今天的讲师，很高兴能和大家聊聊 Isomorphic/Universal JavaScript 这个听起来有点高大上，但其实挺实在的技术。咱们今天争取把这块儿掰开了揉碎了，让大家都能理解，并且能用得上。

开场白：话说前端开发那些事儿

咱们前端开发啊，这些年变化真是快，框架一个接一个，概念一茬接一茬。从最初的 jQuery 一把梭，到现在的 React、Vue、Angular 三足鼎立，再到各种层出不穷的新玩意儿，感觉永远都在学新东西。

但不管技术怎么变，用户的需求始终没变：快！稳！好！ （响应速度快，体验稳定，用户感觉良好）。

最初，我们都用 CSR (Client-Side Rendering，客户端渲染)，也就是浏览器啥也不管，直接下载 HTML，然后靠 JavaScript 吭哧吭哧地渲染页面。这种方式一开始挺好，开发简单，服务器压力小。

可是问题也来了：

  • 首屏渲染慢： 浏览器得先下载 JavaScript，然后执行，渲染页面，用户得等一会儿才能看到内容。
  • SEO 不友好： 搜索引擎爬虫可不执行 JavaScript，它看到的只是一个空壳 HTML，不利于网站排名。

于是，SSR (Server-Side Rendering，服务端渲染) 出现了。它是在服务器端把页面渲染好，然后直接返回 HTML 给浏览器。这样，浏览器就能快速显示页面，搜索引擎也能抓取到内容。

但 SSR 也有缺点：

  • 服务器压力大： 每次请求都要在服务器端渲染页面，消耗服务器资源。
  • 开发复杂： 前后端代码需要共享，开发调试难度增加。

那有没有一种方法，能兼顾 CSR 和 SSR 的优点，避开它们的缺点呢？ Isomorphic/Universal JavaScript 就应运而生了。

什么是 Isomorphic/Universal JavaScript？

简单来说，Isomorphic/Universal JavaScript 指的是同一份 JavaScript 代码既可以在服务器端运行，也可以在客户端运行。 "Isomorphic" 和 "Universal" 这两个词基本上可以互换使用，都表示“同构”的意思。

它的核心理念是：一套代码，两端运行。

这听起来有点像魔法，但其实原理并不复杂。 关键在于：

  • 代码的兼容性： 代码不能依赖浏览器特有的 API (比如 window、document)，也不能依赖 Node.js 特有的 API (比如 fs)。 需要使用一些抽象层或者 polyfill 来抹平差异。
  • 路由和数据获取： 服务器端和客户端需要共享路由配置和数据获取逻辑。
  • 状态管理： 需要一种机制来同步服务器端和客户端的状态。

Isomorphic/Universal JavaScript 的优势

Isomorphic/Universal JavaScript 最大的优势在于它能够融合 SSR 和 CSR 的优点：

  • 更好的 SEO： 服务器端渲染能够让搜索引擎爬虫抓取到完整的内容，提升网站排名。
  • 更快的首屏渲染： 服务器端直接返回渲染好的 HTML，浏览器能够更快地显示页面，提升用户体验。
  • 更好的用户体验： 在服务器端渲染好首屏后，客户端 JavaScript 可以接管后续的交互，提供流畅的用户体验。
  • 代码复用： 前后端代码共享，减少代码量，提高开发效率，降低维护成本。

可以用一个表格来总结一下：

特性 CSR (Client-Side Rendering) SSR (Server-Side Rendering) Isomorphic/Universal JavaScript
首屏渲染速度 慢 快 快 (SSR) + 流畅 (CSR)
SEO 不友好 友好 友好
服务器压力 小 大 中等 (首屏 SSR，后续 CSR)
开发复杂度 低 高 中等
用户体验 首屏慢，后续流畅 首屏快，后续可能卡顿 首屏快，后续流畅
代码复用 低 低 高

Isomorphic/Universal JavaScript 的实现

那么，如何实现 Isomorphic/Universal JavaScript 呢？ 这里以 React 为例，介绍一种常见的实现方式。

  1. 项目结构

首先，我们需要一个合理的项目结构。 一种常见的结构是：

my-app/
├── client/             # 客户端代码
│   ├── index.js        # 客户端入口
│   └── components/     # React 组件
├── server/             # 服务器端代码
│   ├── index.js        # 服务器端入口
│   └── api/            # API 接口
├── shared/             # 前后端共享的代码
│   ├── routes.js       # 路由配置
│   └── utils.js        # 工具函数
├── webpack.config.js  # Webpack 配置
└── package.json
  1. 客户端入口 (client/index.js)

客户端入口负责在浏览器端渲染 React 组件。

import React from 'react';
import ReactDOM from 'react-dom/client';
import App from '../shared/App';

const root = ReactDOM.createRoot(document.getElementById('root'));
root.render(<App />);
  1. 服务器端入口 (server/index.js)

服务器端入口负责接收客户端请求，渲染 React 组件，然后返回 HTML。

import express from 'express';
import React from 'react';
import ReactDOMServer from 'react-dom/server';
import App from '../shared/App';

const app = express();

app.use(express.static('public')); // Serve static files

app.get('*', (req, res) => {
  const appString = ReactDOMServer.renderToString(<App />);

  const html = `
    <!DOCTYPE html>
    <html>
      <head>
        <title>My Isomorphic App</title>
      </head>
      <body>
        <div id="root">${appString}</div>
        <script src="/bundle.js"></script>
      </body>
    </html>
  `;

  res.send(html);
});

const port = 3000;
app.listen(port, () => {
  console.log(`Server listening on port ${port}`);
});
  1. 共享组件 (shared/App.js)

这个组件是前后端共享的，它负责渲染页面的内容。

import React from 'react';

function App() {
  return (
    <div>
      <h1>Hello, Isomorphic World!</h1>
      <p>This is a demo of Isomorphic JavaScript.</p>
    </div>
  );
}

export default App;
  1. Webpack 配置 (webpack.config.js)

Webpack 负责打包客户端代码。

const path = require('path');

module.exports = {
  entry: './client/index.js',
  output: {
    path: path.resolve(__dirname, 'public'),
    filename: 'bundle.js',
  },
  module: {
    rules: [
      {
        test: /.js$/,
        exclude: /node_modules/,
        use: {
          loader: 'babel-loader',
          options: {
            presets: ['@babel/preset-env', '@babel/preset-react'],
          },
        },
      },
    ],
  },
};
  1. 运行
  • 首先，使用 Webpack 打包客户端代码： npx webpack
  • 然后，启动服务器： node server/index.js
  • 最后，在浏览器中访问 http://localhost:3000，你就能看到页面了。

代码解释

  • ReactDOMServer.renderToString(<App />): 这个函数是 React 提供的，它能够将 React 组件渲染成 HTML 字符串，以便服务器端返回给浏览器。
  • <script src="/bundle.js"></script>: 这个 script 标签引用了 Webpack 打包后的客户端 JavaScript 代码，浏览器会下载并执行这段代码，接管页面的交互。

进阶：数据获取和状态管理

上面的例子只是一个最简单的 Isomorphic/Universal JavaScript 应用。 实际项目中，我们还需要处理数据获取和状态管理的问题。

  • 数据获取: 在服务器端，我们可以直接从数据库或者 API 获取数据，然后将数据传递给 React 组件。 在客户端，我们可以使用 useEffect Hook 或者其他数据获取库 (比如 axios、fetch) 来获取数据。
  • 状态管理: 我们需要一种机制来同步服务器端和客户端的状态。 常见的方案是使用 Redux 或者 MobX 等状态管理库。

示例：使用 Redux 进行状态管理

  1. 安装 Redux:

    npm install redux react-redux

  2. 创建 Redux store:

    // shared/store.js
import { createStore } from 'redux';

const initialState = {
  message: 'Hello from the server!',
};

function reducer(state = initialState, action) {
  switch (action.type) {
    case 'UPDATE_MESSAGE':
      return { ...state, message: action.payload };
    default:
      return state;
  }
}

const store = createStore(reducer);

export default store;

  3. 在服务器端渲染之前，初始化 Redux store:

    // server/index.js
import express from 'express';
import React from 'react';
import ReactDOMServer from 'react-dom/server';
import App from '../shared/App';
import { Provider } from 'react-redux';
import store from '../shared/store';

const app = express();

app.use(express.static('public'));

app.get('*', (req, res) => {
  // 初始化 Redux store
  const initialState = {
    message: 'Hello from the server (SSR)!',
  };
  store.dispatch({ type: 'UPDATE_MESSAGE', payload: initialState.message });

  const appString = ReactDOMServer.renderToString(
    <Provider store={store}>
      <App />
    </Provider>
  );

  const preloadedState = store.getState();

  const html = `
    <!DOCTYPE html>
    <html>
      <head>
        <title>My Isomorphic App</title>
      </head>
      <body>
        <div id="root">${appString}</div>
        <script>
          // WARNING: See the following for security issues around embedding JSONs directly into HTML:
          // http://redux.js.org/docs/recipes/ServerRendering.html#security-considerations
          window.__PRELOADED_STATE__ = ${JSON.stringify(preloadedState).replace(
            /</g,
            '\u003c'
          )}
        </script>
        <script src="/bundle.js"></script>
      </body>
    </html>
  `;

  res.send(html);
});

const port = 3000;
app.listen(port, () => {
  console.log(`Server listening on port ${port}`);
});

  4. 在客户端，使用 Provider 组件将 Redux store 传递给 React 组件:

    // client/index.js
import React from 'react';
import ReactDOM from 'react-dom/client';
import App from '../shared/App';
import { Provider } from 'react-redux';
import store from '../shared/store';

// 从 window.__PRELOADED_STATE__ 中获取初始状态
const preloadedState = window.__PRELOADED_STATE__;
if (preloadedState) {
  store.dispatch({ type: 'UPDATE_MESSAGE', payload: preloadedState.message });
  delete window.__PRELOADED_STATE__;
}

const root = ReactDOM.createRoot(document.getElementById('root'));
root.render(
  <Provider store={store}>
    <App />
  </Provider>
);

  5. 在 React 组件中使用 useSelector Hook 获取 Redux store 中的数据:

    // shared/App.js
import React from 'react';
import { useSelector } from 'react-redux';

function App() {
  const message = useSelector((state) => state.message);

  return (
    <div>
      <h1>{message}</h1>
      <p>This is a demo of Isomorphic JavaScript with Redux.</p>
    </div>
  );
}

export default App;

代码解释

  • window.__PRELOADED_STATE__: 这个全局变量用于在服务器端将 Redux store 的初始状态传递给客户端。 客户端在启动时，会从这个变量中读取初始状态，并将其加载到 Redux store 中。
  • store.dispatch({ type: 'UPDATE_MESSAGE', payload: initialState.message }): 在服务端初始化state
  • delete window.__PRELOADED_STATE__;: 客户端在加载初始状态后，需要将 window.__PRELOADED_STATE__ 变量删除，以防止安全问题。
  • useSelector((state) => state.message): 这个 Hook 用于从 Redux store 中获取 message 属性的值。

Isomorphic/Universal JavaScript 的挑战

虽然 Isomorphic/Universal JavaScript 有很多优点，但也面临一些挑战：

  • 开发复杂度增加： 需要同时考虑服务器端和客户端的环境，调试难度增加。
  • 代码兼容性问题： 需要注意代码的兼容性，避免使用浏览器或者 Node.js 特有的 API。
  • 服务器资源消耗增加： 服务器端需要渲染页面，消耗服务器资源。
  • 学习成本高： 需要掌握 SSR、CSR、React、Node.js 等多种技术。

工具和框架

幸运的是，有很多工具和框架可以帮助我们简化 Isomorphic/Universal JavaScript 的开发：

  • Next.js (React): Next.js 是一个流行的 React 框架，它提供了开箱即用的 SSR 支持，能够帮助我们快速构建 Isomorphic/Universal JavaScript 应用。
  • Nuxt.js (Vue): Nuxt.js 是一个 Vue 框架，类似于 Next.js，也提供了开箱即用的 SSR 支持。
  • Gatsby (React): Gatsby 是一个静态站点生成器，它可以将 React 应用构建成静态 HTML 文件，从而实现更快的首屏渲染速度。
  • Remix (React): Remix 是一个新的全栈 Web 框架，侧重于 Web 标准，对 Serverless 环境支持良好。

总结

Isomorphic/Universal JavaScript 是一种强大的技术，它能够融合 SSR 和 CSR 的优点，提升网站的性能和用户体验。 虽然它面临一些挑战，但是随着工具和框架的不断发展，它的开发难度也在逐渐降低。

Q&A 环节

好了，今天的讲座就到这里。 大家有什么问题吗？ 欢迎提问！

希望今天的分享对大家有所帮助！下次再见！

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