Vue SSR状态序列化优化：采用MessagePack/Binary Format替代JSON提升水合速度 - 智猿学院-前后端，数据库，人工智能，云计算等领域前沿技术讲座

Vue SSR状态序列化优化：MessagePack/Binary Format 提升水合速度

大家好！今天我们来聊聊Vue SSR中一个非常重要的优化点：状态序列化，以及如何通过MessagePack或Binary Format来提升水合(hydration)速度。

为什么状态序列化和水合很重要？

在使用Vue SSR时，服务端渲染生成HTML，并将应用程序的状态(例如，Vuex store的数据)嵌入到HTML中。客户端加载HTML后，需要将这些状态“水合”到客户端的Vue实例中，使其接管服务端渲染的HTML，并继续提供交互体验。

水合的过程，本质上是将字符串形式的状态数据，反序列化为JavaScript对象的过程。这个过程的快慢直接影响了页面可交互的时间（Time to Interactive, TTI）。如果水合速度慢，用户可能会看到服务端渲染的静态内容，但无法立即进行交互，造成糟糕的用户体验。

而状态序列化，就是将服务端的状态数据转换为字符串，方便嵌入到HTML中。默认情况下，我们通常使用JSON.stringify()来序列化状态。

JSON的局限性

JSON作为一种通用的数据交换格式，易于阅读和解析，在Web开发中被广泛应用。然而，在Vue SSR的状态序列化场景下，JSON存在一些局限性：

体积较大： JSON使用文本格式，存在大量的冗余字符（例如，引号、逗号、花括号）。对于复杂的状态数据，JSON字符串的体积会显著增加，导致HTML体积增大，下载时间变长。
解析速度慢： JavaScript引擎解析JSON字符串需要消耗一定的CPU资源。对于大型的JSON字符串，解析时间会成为性能瓶颈。
不支持循环引用： JSON无法处理循环引用的对象，如果状态数据中存在循环引用，JSON.stringify()会抛出错误。

MessagePack和Binary Format的优势

MessagePack和Binary Format都是二进制序列化格式，它们可以有效地解决JSON的上述局限性。

体积更小： MessagePack和Binary Format使用二进制编码，去除冗余字符，大幅度减小序列化后的数据体积。通常情况下，MessagePack的体积比JSON小20%~50%。
解析速度更快： 二进制格式的解析速度比JSON更快，因为JavaScript引擎可以直接处理二进制数据，而不需要进行文本解析。
支持更多数据类型： MessagePack支持更多的数据类型，例如，Date对象、ArrayBuffer等，而JSON只支持基本数据类型和数组、对象。
可以处理循环引用： 一些二进制序列化库提供了处理循环引用的机制。

使用MessagePack优化Vue SSR状态序列化

接下来，我们通过一个具体的例子来演示如何使用MessagePack优化Vue SSR状态序列化。

1. 安装MessagePack库：

npm install msgpackr --save

我们这里选择msgpackr，因为它性能好，而且体积小。

2. 服务端代码：

// server.js
const Vue = require('vue');
const renderer = require('vue-server-renderer').createRenderer();
const express = require('express');
const app = express();
const fs = require('fs');
const { pack, unpack } = require('msgpackr');

// 模拟Vuex store
const store = {
    state: {
        count: 100,
        message: 'Hello from server!',
        items: [
            { id: 1, name: 'Item A' },
            { id: 2, name: 'Item B' }
        ]
    }
};

app.get('*', (req, res) => {
    const app = new Vue({
        data: {
            url: req.url
        },
        template: `<div>访问的 URL 是： {{ url }}， count is: {{ count }}, message: {{message}}, items: {{items}}</div>`,
        computed: {
            count() {
                return store.state.count;
            },
            message() {
                return store.state.message;
            },
            items(){
                return store.state.items;
            }
        }
    });

    renderer.renderToString(app, (err, html) => {
        if (err) {
            console.error(err);
            res.status(500).send('Server Error');
            return;
        }

        // 使用MessagePack序列化状态
        const serializedState = pack(store.state);
        const stateString = serializedState.toString('base64'); // Convert to base64 for embedding in HTML

        const htmlWithState = `
            <!DOCTYPE html>
            <html lang="en">
            <head>
                <meta charset="UTF-8">
                <title>Vue SSR with MessagePack</title>
            </head>
            <body>
                <div id="app">${html}</div>
                <script>
                  window.__INITIAL_STATE__ = '${stateString}';
                </script>
                <script src="/client.js"></script>
            </body>
            </html>
        `;

        res.send(htmlWithState);
    });
});

app.use(express.static('.')); // Serve client.js

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

3. 客户端代码：

// client.js
import Vue from 'vue';
import { unpack } from 'msgpackr';

const stateString = window.__INITIAL_STATE__;

// 使用MessagePack反序列化状态
const initialState = unpack(Buffer.from(stateString, 'base64'));

// 创建Vue实例，并传入初始状态
const app = new Vue({
    data: {
        url: window.location.pathname
    },
    template: `<div>访问的 URL 是： {{ url }}， count is: {{ count }}, message: {{message}}, items: {{items}}</div>`,
    computed: {
        count() {
            return this.$store.state.count;
        },
        message() {
            return this.$store.state.message;
        },
        items(){
            return this.$store.state.items;
        }
    },
    store: {
        state: initialState,
    },
});

app.$mount('#app');

关键点：

在服务端，我们使用msgpackr.pack()将Vuex store的状态序列化为MessagePack格式的Buffer。
由于HTML中无法直接嵌入二进制数据，我们将Buffer转换为Base64编码的字符串，并将其嵌入到window.__INITIAL_STATE__中。
在客户端，我们使用msgpackr.unpack()将Base64编码的字符串转换为Buffer，再将Buffer反序列化为JavaScript对象。
最后，我们将反序列化后的状态作为初始状态传递给Vue实例。

使用Binary Format优化Vue SSR状态序列化

除了MessagePack，我们还可以使用其他的二进制格式进行优化。例如，可以使用ArrayBuffer来存储二进制数据。

1. 服务端代码：

// server.js
const Vue = require('vue');
const renderer = require('vue-server-renderer').createRenderer();
const express = require('express');
const app = express();
const fs = require('fs');

// 模拟Vuex store
const store = {
    state: {
        count: 100,
        message: 'Hello from server!',
        items: [
            { id: 1, name: 'Item A' },
            { id: 2, name: 'Item B' }
        ]
    }
};

function serializeToBinary(data) {
  const jsonString = JSON.stringify(data);
  const buffer = new TextEncoder().encode(jsonString);
  const uint8Array = new Uint8Array(buffer);
  return Array.from(uint8Array); // Convert to regular array for embedding
}

app.get('*', (req, res) => {
    const app = new Vue({
        data: {
            url: req.url
        },
        template: `<div>访问的 URL 是： {{ url }}， count is: {{ count }}, message: {{message}}, items: {{items}}</div>`,
        computed: {
            count() {
                return store.state.count;
            },
            message() {
                return store.state.message;
            },
            items(){
                return store.state.items;
            }
        }
    });

    renderer.renderToString(app, (err, html) => {
        if (err) {
            console.error(err);
            res.status(500).send('Server Error');
            return;
        }

        // 使用Binary Format序列化状态
        const serializedState = serializeToBinary(store.state);
        const stateString = JSON.stringify(serializedState); // Embed as JSON array

        const htmlWithState = `
            <!DOCTYPE html>
            <html lang="en">
            <head>
                <meta charset="UTF-8">
                <title>Vue SSR with Binary Format</title>
            </head>
            <body>
                <div id="app">${html}</div>
                <script>
                  window.__INITIAL_STATE__ = ${stateString};
                </script>
                <script src="/client.js"></script>
            </body>
            </html>
        `;

        res.send(htmlWithState);
    });
});

app.use(express.static('.')); // Serve client.js

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

2. 客户端代码：

// client.js
import Vue from 'vue';

function deserializeFromBinary(data) {
  const uint8Array = new Uint8Array(data);
  const buffer = uint8Array.buffer;
  const jsonString = new TextDecoder().decode(buffer);
  return JSON.parse(jsonString);
}

const stateArray = window.__INITIAL_STATE__;

// 使用Binary Format反序列化状态
const initialState = deserializeFromBinary(stateArray);

// 创建Vue实例，并传入初始状态
const app = new Vue({
    data: {
        url: window.location.pathname
    },
    template: `<div>访问的 URL 是： {{ url }}， count is: {{ count }}, message: {{message}}, items: {{items}}</div>`,
    computed: {
        count() {
            return this.$store.state.count;
        },
        message() {
            return this.$store.state.message;
        },
        items(){
            return this.$store.state.items;
        }
    },
    store: {
        state: initialState,
    },
});

app.$mount('#app');

关键点：

在服务端，我们使用TextEncoder将JSON字符串编码为Uint8Array，然后将其转换为一个普通的JavaScript数组，方便嵌入到HTML中。
在客户端，我们使用Uint8Array将数组转换为ArrayBuffer，然后使用TextDecoder将其解码为JSON字符串，最后使用JSON.parse()将其反序列化为JavaScript对象。

性能测试和对比

为了更直观地了解MessagePack和Binary Format的性能优势，我们可以进行一些简单的性能测试。

测试方法：

创建一个包含大量数据的Vuex store。
分别使用JSON.stringify()、msgpackr.pack()和serializeToBinary对状态进行序列化。
记录序列化和反序列化的时间，以及序列化后的数据体积。

测试结果示例：

序列化方式	序列化时间 (ms)	反序列化时间 (ms)	数据体积 (KB)
JSON	100	80	500
MessagePack	50	40	300
Binary Format	60	50	350

注意：

测试结果会受到硬件、网络环境和数据结构的影响，仅供参考。
在实际应用中，应该根据具体的业务场景进行性能测试。

选择合适的序列化方案

选择合适的序列化方案需要综合考虑以下因素：

数据体积： 如果需要尽可能减小HTML体积，MessagePack或Binary Format是更好的选择。
解析速度： 如果需要尽可能提升水合速度，MessagePack或Binary Format也是更好的选择。
兼容性： JSON具有最好的兼容性，几乎所有浏览器都支持JSON。MessagePack和Binary Format可能需要引入额外的库。
复杂性： 使用MessagePack或Binary Format需要编写额外的代码进行序列化和反序列化。
可调试性： JSON的文本格式更易于阅读和调试。

总结：

特性	JSON	MessagePack	Binary Format
数据体积	大	小	较小
解析速度	慢	快	较快
兼容性	好	一般	一般
复杂性	低	中	中
可调试性	高	低	低

其他优化技巧

除了使用MessagePack或Binary Format，还可以通过以下技巧来进一步优化Vue SSR的水合速度：

Code Splitting： 将应用程序的代码拆分成多个小的chunk，按需加载，减少初始加载的代码量。
Lazy Loading： 延迟加载非关键组件，例如，图片、视频等，减少初始渲染的时间。
Prefetching： 预取用户可能访问的页面或资源，提高页面切换的速度。
服务端缓存： 缓存服务端渲染的结果，减少重复渲染的次数。
HTTP/2： 使用HTTP/2协议，提高资源加载的并发度。
Gzip压缩： 对HTML、CSS和JavaScript文件进行Gzip压缩，减小文件体积。

针对不同场景的选择策略

小型应用，状态数据量不大: JSON可能已经足够，无需引入额外的复杂性。
中大型应用，对性能有较高要求: 优先考虑MessagePack，体积小，速度快，生态也比较成熟。
需要处理特殊数据类型，或者对序列化过程有定制需求: Binary Format可能更灵活，但需要更多的编码工作。
考虑兼容性: 如果需要支持老旧的浏览器，需要确保选择的库提供兼容性支持。

状态序列化之外的思考

状态序列化仅仅是Vue SSR优化中的一个环节。更广泛地考虑，优化的方向还包括：

优化组件渲染性能: 避免不必要的重新渲染，利用shouldComponentUpdate等生命周期钩子。
服务端渲染优化: 使用流式渲染，减少TTFB (Time To First Byte)。
构建优化: 使用Webpack等工具，优化代码体积，减少资源加载时间。

提升水合速度，改善用户体验

通过使用MessagePack或Binary Format，我们可以有效地减小状态数据的体积，提升水合速度，从而改善Vue SSR应用的用户体验。希望今天的分享对大家有所帮助！掌握这些优化技巧，打造更流畅的Vue SSR应用。

更多IT精英技术系列讲座，到智猿学院