JavaScript内核与高级编程之：`Service Worker`：其在离线`Web`应用中的生命周期与事件处理。 - 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

各位观众老爷，大家好！今天咱们来聊聊Service Worker，这玩意儿听起来高大上，其实就是Web应用里一个兢兢业业的“管家”，专门负责离线体验和推送通知。今天咱们就扒一扒这个管家的前世今生，看看它怎么工作，怎么让你的Web应用在断网的时候也能耍得飞起。

一、Service Worker：Web应用的幕后英雄

先说说Service Worker是啥。简单来说，它就是一个运行在浏览器后台的JavaScript脚本，独立于你的Web页面。它可以拦截你的Web应用的HTTP请求，然后决定是直接从缓存中返回数据，还是发送请求到服务器。这就让你的Web应用在没有网络连接的时候也能正常工作，就像一个离线App一样。

1. Service Worker的特点：

独立性强： 运行在独立的线程中，不会阻塞主线程，保证页面流畅。
事件驱动： 通过监听各种事件来执行任务，比如安装、激活、请求拦截等。
可编程缓存： 可以控制资源的缓存方式和策略，让你的应用更快更省流量。
离线支持： 可以在没有网络连接的情况下提供内容，提高用户体验。
推送通知： 可以接收服务器的推送消息，并显示通知给用户。
HTTPS限定： 为了安全起见，Service Worker只能在HTTPS协议下使用（localhost除外）。

2. Service Worker的应用场景：

离线Web应用： 让Web应用在没有网络连接的时候也能访问。
性能优化： 缓存静态资源，减少网络请求，提高页面加载速度。
推送通知： 接收服务器的推送消息，并显示通知给用户。
后台同步： 在后台执行数据同步任务，提高用户体验。

二、Service Worker的生命周期：一个管家的成长之路

Service Worker的生命周期有点复杂，但理解了它，你就掌握了Service Worker的精髓。整个生命周期可以分为三个阶段：注册（Registration）、安装（Installation）、激活（Activation）。

1. 注册（Registration）：告诉浏览器，我要用Service Worker了！

首先，你需要在你的Web页面中注册Service Worker。这段代码通常放在你的主JavaScript文件中。

if ('serviceWorker' in navigator) {
  navigator.serviceWorker.register('/sw.js')
    .then(function(registration) {
      console.log('Service Worker 注册成功，作用域:', registration.scope);
    })
    .catch(function(error) {
      console.log('Service Worker 注册失败:', error);
    });
}

这段代码做了什么？

if ('serviceWorker' in navigator): 先检查浏览器是否支持Service Worker。
navigator.serviceWorker.register('/sw.js'): 注册Service Worker，指定Service Worker脚本的路径（这里是/sw.js）。
.then(function(registration) { ... }): 注册成功的回调函数，可以获取注册对象的信息。
.catch(function(error) { ... }): 注册失败的回调函数，可以处理错误。

2. 安装（Installation）：管家开始学习技能！

一旦Service Worker注册成功，浏览器就会下载并安装你的Service Worker脚本。在安装阶段，你可以缓存你的Web应用所需的静态资源，比如HTML、CSS、JavaScript、图片等。

// sw.js
const CACHE_NAME = 'my-site-cache-v1';
const urlsToCache = [
  '/',
  '/index.html',
  '/style.css',
  '/script.js',
  '/images/logo.png'
];

self.addEventListener('install', function(event) {
  // 执行安装步骤
  event.waitUntil(
    caches.open(CACHE_NAME)
      .then(function(cache) {
        console.log('Opened cache');
        return cache.addAll(urlsToCache);
      })
  );
});

这段代码做了什么？

const CACHE_NAME = 'my-site-cache-v1';: 定义一个缓存名称，方便以后管理缓存。
const urlsToCache = [ ... ];: 定义一个要缓存的资源列表。
self.addEventListener('install', function(event) { ... }): 监听install事件，当Service Worker开始安装时触发。
event.waitUntil( ... ): 阻止安装过程，直到waitUntil中的Promise完成。
caches.open(CACHE_NAME): 打开一个名为CACHE_NAME的缓存。
cache.addAll(urlsToCache): 将urlsToCache中的所有资源添加到缓存中。

3. 激活（Activation）：管家正式上岗！

安装完成后，Service Worker会进入激活阶段。在这个阶段，你可以清理旧的缓存，确保你的Web应用使用最新的资源。

self.addEventListener('activate', function(event) {
  const cacheWhitelist = [CACHE_NAME];

  event.waitUntil(
    caches.keys().then(function(cacheNames) {
      return Promise.all(
        cacheNames.map(function(cacheName) {
          if (cacheWhitelist.indexOf(cacheName) === -1) {
            return caches.delete(cacheName);
          }
        })
      );
    })
  );
});

这段代码做了什么？

self.addEventListener('activate', function(event) { ... }): 监听activate事件，当Service Worker被激活时触发。
const cacheWhitelist = [CACHE_NAME];: 定义一个缓存白名单，只保留白名单中的缓存。
caches.keys().then(function(cacheNames) { ... }): 获取所有缓存的名称。
cacheNames.map(function(cacheName) { ... }): 遍历所有缓存名称，删除不在白名单中的缓存。

4. 闲置（Idle）：等待指令的管家

激活后，Service Worker就处于闲置状态，等待事件的触发。它可以监听fetch事件，拦截HTTP请求；也可以监听push事件，接收服务器的推送消息。

5.终止 (Terminated): 管家休息了

Service Worker可能会被浏览器终止以节省资源。终止后，当有新的事件触发时，浏览器会尝试重新启动Service Worker。

用表格总结一下Service Worker的生命周期：

阶段	描述	触发条件	典型操作
注册 (Registration)	告诉浏览器你要使用Service Worker。在Web页面的JavaScript中完成。	页面加载，并且Service Worker未注册或需要更新。	调用 `navigator.serviceWorker.register('/sw.js')`。
安装 (Installation)	Service Worker脚本被下载并开始安装。在此阶段，你可以缓存静态资源。	Service Worker脚本首次注册，或者脚本内容发生变化。	缓存静态资源，通常使用 `caches.open()` 和 `cache.addAll()`。使用 `event.waitUntil()` 确保安装完成。
激活 (Activation)	Service Worker安装完成后，进入激活阶段。在此阶段，你可以清理旧的缓存。	Service Worker安装成功，并且没有其他Service Worker正在控制页面。	清理旧的缓存，通常使用 `caches.keys()` 和 `caches.delete()`。使用 `event.waitUntil()` 确保激活完成。
闲置 (Idle)	Service Worker处于等待状态，监听事件，例如 `fetch` 和 `push`。	Service Worker成功激活后。	监听 `fetch` 事件拦截HTTP请求，并决定是从缓存中返回数据还是发送请求到服务器。监听 `push` 事件接收服务器的推送消息。
终止 (Terminated)	浏览器可能会终止Service Worker以节省资源。	系统资源紧张，或者长时间没有事件触发。	无。Service Worker会在需要时自动重新启动。

三、Service Worker的事件处理：管家如何响应指令

Service Worker通过监听各种事件来执行任务。下面是一些常用的事件：

install: Service Worker开始安装时触发。
activate: Service Worker被激活时触发。
fetch: 拦截HTTP请求时触发。
push: 接收服务器的推送消息时触发。
message: 接收来自Web页面的消息时触发。
sync: 用于后台同步任务。

1. fetch事件：拦截HTTP请求

fetch事件是Service Worker最重要的事件之一。它可以拦截你的Web应用的HTTP请求，然后决定是直接从缓存中返回数据，还是发送请求到服务器。

self.addEventListener('fetch', function(event) {
  event.respondWith(
    caches.match(event.request)
      .then(function(response) {
        // 缓存命中
        if (response) {
          return response;
        }

        // 缓存未命中，发送请求
        return fetch(event.request).then(
          function(response) {
            // 检查是否收到了有效的响应
            if(!response || response.status !== 200 || response.type !== 'basic') {
              return response;
            }

            // 克隆一份响应，因为响应体只能使用一次
            var responseToCache = response.clone();

            caches.open(CACHE_NAME)
              .then(function(cache) {
                cache.put(event.request, responseToCache);
              });

            return response;
          }
        );
      }
    )
  );
});

这段代码做了什么？

self.addEventListener('fetch', function(event) { ... }): 监听fetch事件，当HTTP请求发出时触发。
event.respondWith( ... ): 接管HTTP请求，并返回一个Promise，该Promise解析为要返回的响应。
caches.match(event.request): 在缓存中查找与请求匹配的资源。
if (response) { return response; }: 如果缓存命中，则直接返回缓存的响应。
fetch(event.request): 如果缓存未命中，则发送请求到服务器。
response.clone(): 克隆一份响应，因为响应体只能使用一次。
cache.put(event.request, responseToCache): 将响应添加到缓存中。

2. push事件：接收推送通知

push事件用于接收服务器的推送消息。你需要先订阅推送服务，然后服务器才能向你的Web应用发送推送消息。

self.addEventListener('push', function(event) {
  const title = '推送通知';
  const options = {
    body: event.data.text(),
    icon: '/images/icon.png',
    badge: '/images/badge.png'
  };

  event.waitUntil(self.registration.showNotification(title, options));
});

这段代码做了什么？

self.addEventListener('push', function(event) { ... }): 监听push事件，当接收到推送消息时触发。
event.data.text(): 获取推送消息的内容。
self.registration.showNotification(title, options): 显示通知给用户。
event.waitUntil( ... ): 确保通知显示完成后，push事件才算完成。

四、Service Worker的调试：让管家听话

Service Worker的调试有点棘手，因为它运行在浏览器后台。不过，Chrome开发者工具提供了一些强大的工具来帮助你调试Service Worker。

Application面板： 在Chrome开发者工具的Application面板中，你可以找到Service Worker选项。在这里，你可以查看Service Worker的状态、注册信息、缓存信息等。
更新Service Worker： 如果你修改了Service Worker脚本，你需要更新Service Worker才能生效。你可以在Application面板中点击“Update”按钮来更新Service Worker。
取消注册Service Worker： 如果你想禁用Service Worker，你可以在Application面板中点击“Unregister”按钮来取消注册Service Worker。
Console： Service Worker的console.log()输出会显示在Chrome开发者工具的Console中。

五、Service Worker的策略模式：让管家更聪明

Service Worker的强大之处在于它可以灵活地控制资源的缓存方式和策略。下面是一些常用的缓存策略：

Cache First： 首先从缓存中查找资源，如果缓存命中，则直接返回缓存的响应。如果缓存未命中，则发送请求到服务器，并将响应添加到缓存中。
Network First： 首先发送请求到服务器，如果请求成功，则返回服务器的响应，并将响应添加到缓存中。如果请求失败，则从缓存中查找资源。
Cache Only： 只从缓存中查找资源，如果缓存未命中，则返回一个错误。
Network Only： 只发送请求到服务器，不使用缓存。
Stale-While-Revalidate： 首先从缓存中返回资源，同时在后台发送请求到服务器，并将响应添加到缓存中。下次请求时，将使用新的缓存响应。

你可以根据你的Web应用的需求选择合适的缓存策略。例如，对于静态资源，你可以使用Cache First策略；对于动态内容，你可以使用Network First策略或Stale-While-Revalidate策略。

六、代码示例：一个简单的离线Web应用

下面是一个简单的离线Web应用的例子：

1. index.html：

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
  <meta charset="utf-8">
  <title>离线Web应用</title>
  <link rel="stylesheet" href="style.css">
</head>
<body>
  <h1>你好，世界！</h1>
  <img src="images/logo.png" alt="Logo">
  <script src="script.js"></script>
  <script>
    if ('serviceWorker' in navigator) {
      navigator.serviceWorker.register('/sw.js')
        .then(function(registration) {
          console.log('Service Worker 注册成功，作用域:', registration.scope);
        })
        .catch(function(error) {
          console.log('Service Worker 注册失败:', error);
        });
    }
  </script>
</body>
</html>

2. style.css：

body {
  font-family: sans-serif;
}

3. script.js：

console.log('Hello from script.js!');

4. sw.js：

const CACHE_NAME = 'my-site-cache-v1';
const urlsToCache = [
  '/',
  '/index.html',
  '/style.css',
  '/script.js',
  '/images/logo.png'
];

self.addEventListener('install', function(event) {
  event.waitUntil(
    caches.open(CACHE_NAME)
      .then(function(cache) {
        console.log('Opened cache');
        return cache.addAll(urlsToCache);
      })
  );
});

self.addEventListener('activate', function(event) {
  const cacheWhitelist = [CACHE_NAME];

  event.waitUntil(
    caches.keys().then(function(cacheNames) {
      return Promise.all(
        cacheNames.map(function(cacheName) {
          if (cacheWhitelist.indexOf(cacheName) === -1) {
            return caches.delete(cacheName);
          }
        })
      );
    })
  );
});

self.addEventListener('fetch', function(event) {
  event.respondWith(
    caches.match(event.request)
      .then(function(response) {
        if (response) {
          return response;
        }

        return fetch(event.request);
      }
    )
  );
});

将这些文件放在同一个目录下，然后在你的Web服务器上运行。打开Chrome开发者工具，查看Application面板，确保Service Worker已经成功注册并激活。现在，你可以尝试断开网络连接，刷新页面，看看你的Web应用是否仍然可以正常工作。

七、总结

Service Worker是Web应用开发中的一个重要技术，它可以让你的Web应用拥有更好的离线体验和性能。虽然Service Worker的生命周期和事件处理有点复杂，但只要你理解了它的基本原理，就可以轻松地使用它来构建强大的Web应用。希望今天的讲座对你有所帮助！下次再见！

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