Vue服务端渲染实践之Web应用首屏耗时最优化方案

时间:2020-05-16 counterxing 人气:0

随着各大前端框架的诞生和演变，SPA开始流行，单页面应用的优势在于可以不重新加载整个页面的情况下，通过ajax和服务器通信，实现整个Web应用拒不更新，带来了极致的用户体验。然而，对于需要SEO、追求极致的首屏性能的应用，前端渲染的SPA是糟糕的。好在Vue 2.0后是支持服务端渲染的，零零散散花费了两三周事件，通过改造现有项目，基本完成了在现有项目中实践了Vue服务端渲染。

关于Vue服务端渲染的原理、搭建，官方文档已经讲的比较详细了，因此，本文不是抄袭文档，而是文档的补充。特别是对于如何与现有项目进行很好的结合，还是需要费很大功夫的。本文主要对我所在的项目中进行Vue服务端渲染的改造过程进行阐述，加上一些个人的理解，作为分享与学习。

概述

本文主要分以下几个方面：

什么是服务端渲染？服务端渲染的原理是什么？
如何在基于Koa的Web Server Frame上配置服务端渲染？
- 基本用法
- Webpack配置
- 开发环境搭建
  - 渲染中间件配置
如何对现有项目进行改造？
- 基本目录改造；
- 在服务端用vue-router分割代码；
  - 在服务端预拉取数据；
  - 客户端托管全局状态；
  - 常见问题的解决方案；

什么是服务端渲染？服务端渲染的原理是什么？

Vue.js是构建客户端应用程序的框架。默认情况下，可以在浏览器中输出Vue组件，进行生成DOM和操作DOM。然而，也可以将同一个组件渲染为服务器端的HTML字符串，将它们直接发送到浏览器，最后将这些静态标记"激活"为客户端上完全可交互的应用程序。

上面这段话是源自Vue服务端渲染文档的解释，用通俗的话来说，大概可以这么理解：

服务端渲染的目的是：性能优势。在服务端生成对应的HTML字符串，客户端接收到对应的HTML字符串，能立即渲染DOM，最高效的首屏耗时。此外，由于服务端直接生成了对应的HTML字符串，对SEO也非常友好；
服务端渲染的本质是：生成应用程序的“快照”。将Vue及对应库运行在服务端，此时，Web Server Frame实际上是作为代理服务器去访问接口服务器来预拉取数据，从而将拉取到的数据作为Vue组件的初始状态。
服务端渲染的原理是：虚拟DOM。在Web Server Frame作为代理服务器去访问接口服务器来预拉取数据后，这是服务端初始化组件需要用到的数据，此后，组件的beforeCreate和created生命周期会在服务端调用，初始化对应的组件后，Vue启用虚拟DOM形成初始化的HTML字符串。之后，交由客户端托管。实现前后端同构应用。

如何在基于Koa的Web Server Frame上配置服务端渲染？

基本用法

需要用到Vue服务端渲染对应库vue-server-renderer，通过npm安装：

npm install vue vue-server-renderer --save

最简单的，首先渲染一个Vue实例：

// 第 1 步：创建一个 Vue 实例
const Vue = require('vue');

const app = new Vue({
 template: `<div>Hello World</div>`
});

// 第 2 步：创建一个 renderer
const renderer = require('vue-server-renderer').createRenderer();

// 第 3 步：将 Vue 实例渲染为 HTML
renderer.renderToString(app, (err, html) => {
 if (err) {
   throw err;
 }
 console.log(html);
 // => <div data-server-rendered="true">Hello World</div>
});

与服务器集成：

module.exports = async function(ctx) {
  ctx.status = 200;
  let html = '';
  try {
    // ...
    html = await renderer.renderToString(app, ctx);
  } catch (err) {
    ctx.logger('Vue SSR Render error', JSON.stringify(err));
    html = await ctx.getErrorPage(err); // 渲染出错的页面
  }
  

  ctx.body = html;
}

使用页面模板：

当你在渲染Vue应用程序时，renderer只从应用程序生成HTML标记。在这个示例中，我们必须用一个额外的HTML页面包裹容器，来包裹生成的HTML标记。

为了简化这些，你可以直接在创建renderer时提供一个页面模板。多数时候，我们会将页面模板放在特有的文件中：

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
 <head><title>Hello</title></head>
 <body>
  <!--vue-ssr-outlet-->
 </body>
</html>

然后，我们可以读取和传输文件到Vue renderer中：

const tpl = fs.readFileSync(path.resolve(__dirname, './index.html'), 'utf-8');
const renderer = vssr.createRenderer({
  template: tpl,
});

Webpack配置

然而在实际项目中，不止上述例子那么简单，需要考虑很多方面：路由、数据预取、组件化、全局状态等，所以服务端渲染不是只用一个简单的模板，然后加上使用vue-server-renderer完成的，如下面的示意图所示：

如示意图所示，一般的Vue服务端渲染项目，有两个项目入口文件，分别为entry-client.js和entry-server.js，一个仅运行在客户端，一个仅运行在服务端，经过Webpack打包后，会生成两个Bundle，服务端的Bundle会用于在服务端使用虚拟DOM生成应用程序的“快照”，客户端的Bundle会在浏览器执行。

因此，我们需要两个Webpack配置，分别命名为webpack.client.config.js和webpack.server.config.js，分别用于生成客户端Bundle与服务端Bundle，分别命名为vue-ssr-client-manifest.json与vue-ssr-server-bundle.json，关于如何配置，Vue官方有相关示例vue-hackernews-2.0

开发环境搭建

我所在的项目使用Koa作为Web Server Frame，项目使用koa-webpack进行开发环境的构建。如果是在产品环境下，会生成vue-ssr-client-manifest.json与vue-ssr-server-bundle.json，包含对应的Bundle，提供客户端和服务端引用，而在开发环境下，一般情况下放在内存中。使用memory-fs模块进行读取。

const fs = require('fs')
const path = require( 'path' );
const webpack = require( 'webpack' );
const koaWpDevMiddleware = require( 'koa-webpack' );
const MFS = require('memory-fs');
const appSSR = require('./../../app.ssr.js');

let wpConfig;
let clientConfig, serverConfig;
let wpCompiler;
let clientCompiler, serverCompiler;

let clientManifest;
let bundle;

// 生成服务端bundle的webpack配置
if ((fs.existsSync(path.resolve(cwd,'webpack.server.config.js')))) {
 serverConfig = require(path.resolve(cwd, 'webpack.server.config.js'));
 serverCompiler = webpack( serverConfig );
}

// 生成客户端clientManifest的webpack配置
if ((fs.existsSync(path.resolve(cwd,'webpack.client.config.js')))) {
 clientConfig = require(path.resolve(cwd, 'webpack.client.config.js'));
 clientCompiler = webpack(clientConfig);
}

if (serverCompiler && clientCompiler) {
 let publicPath = clientCompiler.output && clientCompiler.output.publicPath;

 const koaDevMiddleware = await koaWpDevMiddleware({
  compiler: clientCompiler,
  devMiddleware: {
   publicPath,
   serverSideRender: true
  },
 });

 app.use(koaDevMiddleware);

 // 服务端渲染生成clientManifest

 app.use(async (ctx, next) => {
  const stats = ctx.state.webpackStats.toJson();
  const assetsByChunkName = stats.assetsByChunkName;
  stats.errors.forEach(err => console.error(err));
  stats.warnings.forEach(err => console.warn(err));
  if (stats.errors.length) {
   console.error(stats.errors);
   return;
  }
  // 生成的clientManifest放到appSSR模块，应用程序可以直接读取
  let fileSystem = koaDevMiddleware.devMiddleware.fileSystem;
  clientManifest = JSON.parse(fileSystem.readFileSync(path.resolve(cwd,'.https://img.qb5200.com/download-x/dist/vue-ssr-client-manifest.json'), 'utf-8'));
  appSSR.clientManifest = clientManifest;
  await next();
 });

 // 服务端渲染的server bundle 存储到内存里
 const mfs = new MFS();
 serverCompiler.outputFileSystem = mfs;
 serverCompiler.watch({}, (err, stats) => {
  if (err) {
   throw err;
  }
  stats = stats.toJson();
  if (stats.errors.length) {
   console.error(stats.errors);
   return;
  }
  // 生成的bundle放到appSSR模块，应用程序可以直接读取
  bundle = JSON.parse(mfs.readFileSync(path.resolve(cwd,'.https://img.qb5200.com/download-x/dist/vue-ssr-server-bundle.json'), 'utf-8'));
  appSSR.bundle = bundle;
 });
}

渲染中间件配置

产品环境下，打包后的客户端和服务端的Bundle会存储为vue-ssr-client-manifest.json与vue-ssr-server-bundle.json，通过文件流模块fs读取即可，但在开发环境下，我创建了一个appSSR模块，在发生代码更改时，会触发Webpack热更新，appSSR对应的bundle也会更新，appSSR模块代码如下所示：

let clientManifest;
let bundle;

const appSSR = {
 get bundle() {
  return bundle;
 },
 set bundle(val) {
  bundle = val;
 },
 get clientManifest() {
  return clientManifest;
 },
 set clientManifest(val) {
  clientManifest = val;
 }
};

module.exports = appSSR;

通过引入appSSR模块，在开发环境下，就可以拿到clientManifest和ssrBundle，项目的渲染中间件如下：

const fs = require('fs');
const path = require('path');
const ejs = require('ejs');
const vue = require('vue');
const vssr = require('vue-server-renderer');
const createBundleRenderer = vssr.createBundleRenderer;
const dirname = process.cwd();

const env = process.env.RUN_ENVIRONMENT;

let bundle;
let clientManifest;

if (env === 'development') {
 // 开发环境下，通过appSSR模块，拿到clientManifest和ssrBundle
 let appSSR = require('./../../core/app.ssr.js');
 bundle = appSSR.bundle;
 clientManifest = appSSR.clientManifest;
} else {
 bundle = JSON.parse(fs.readFileSync(path.resolve(__dirname, '.https://img.qb5200.com/download-x/dist/vue-ssr-server-bundle.json'), 'utf-8'));
 clientManifest = JSON.parse(fs.readFileSync(path.resolve(__dirname, '.https://img.qb5200.com/download-x/dist/vue-ssr-client-manifest.json'), 'utf-8'));
}


module.exports = async function(ctx) {
 ctx.status = 200;
 let html;
 let context = await ctx.getTplContext();
 ctx.logger('进入SSR，context为： ', JSON.stringify(context));
 const tpl = fs.readFileSync(path.resolve(__dirname, './newTemplate.html'), 'utf-8');
 const renderer = createBundleRenderer(bundle, {
  runInNewContext: false,
  template: tpl, // （可选）页面模板
  clientManifest: clientManifest // （可选）客户端构建 manifest
 });
 ctx.logger('createBundleRenderer renderer：', JSON.stringify(renderer));
 try {
  html = await renderer.renderToString({
   ...context,
   url: context.CTX.url,
  });
 } catch(err) {
  ctx.logger('SSR renderToString 失败： ', JSON.stringify(err));
  console.error(err);
 }

 ctx.body = html;
};

如何对现有项目进行改造？

基本目录改造

使用Webpack来处理服务器和客户端的应用程序，大部分源码可以使用通用方式编写，可以使用Webpack支持的所有功能。

一个基本项目可能像是这样：

src
├── components
│  ├── Foo.vue
│  ├── Bar.vue
│  └── Baz.vue
├── frame
│  ├── app.js # 通用 entry(universal entry)
│  ├── entry-client.js # 仅运行于浏览器
│  ├── entry-server.js # 仅运行于服务器
│  └── index.vue # 项目入口组件
├── pages
├── routers
└── store

app.js是我们应用程序的「通用entry」。在纯客户端应用程序中，我们将在此文件中创建根Vue实例，并直接挂载到DOM。但是，对于服务器端渲染(SSR)，责任转移到纯客户端entry文件。app.js简单地使用export导出一个createApp函数：

import Router from '~ut/router';
import { sync } from 'vuex-router-sync';
import Vue from 'vue';
import { createStore } from './../store';

import Frame from './index.vue';
import myRouter from './../routers/myRouter';

function createVueInstance(routes, ctx) {
  const router = Router({
    base: '/base',
    mode: 'history',
    routes: [routes],
  });
  const store = createStore({ ctx });
  // 把路由注入到vuex中
  sync(store, router);
  const app = new Vue({
    router,
    render: function(h) {
      return h(Frame);
    },
    store,
  });
  return { app, router, store };
}

module.exports = function createApp(ctx) {
  return createVueInstance(myRouter, ctx); 
}

注：在我所在的项目中，需要动态判断是否需要注册DicomView，只有在客户端才初始化DicomView，由于Node.js环境没有window对象，对于代码运行环境的判断，可以通过typeof window === 'undefined'来进行判断。

避免创建单例

如Vue SSR文档所述：

当编写纯客户端 (client-only) 代码时，我们习惯于每次在新的上下文中对代码进行取值。但是，Node.js 服务器是一个长期运行的进程。当我们的代码进入该进程时，它将进行一次取值并留存在内存中。这意味着如果创建一个单例对象，它将在每个传入的请求之间共享。如基本示例所示，我们为每个请求创建一个新的根 Vue 实例。这与每个用户在自己的浏览器中使用新应用程序的实例类似。如果我们在多个请求之间使用一个共享的实例，很容易导致交叉请求状态污染 (cross-request state pollution)。因此，我们不应该直接创建一个应用程序实例，而是应该暴露一个可以重复执行的工厂函数，为每个请求创建新的应用程序实例。同样的规则也适用于 router、store 和 event bus 实例。你不应该直接从模块导出并将其导入到应用程序中，而是需要在 createApp 中创建一个新的实例，并从根 Vue 实例注入。

如上代码所述，createApp方法通过返回一个返回值创建Vue实例的对象的函数调用，在函数createVueInstance中，为每一个请求创建了Vue，Vue Router，Vuex实例。并暴露给entry-client和entry-server模块。

在客户端entry-client.js只需创建应用程序，并且将其挂载到DOM中：

import { createApp } from './app';

// 客户端特定引导逻辑……

const { app } = createApp();

// 这里假定 App.vue 模板中根元素具有 `id="app"`
app.$mount('#app');

服务端entry-server.js使用default export 导出函数，并在每次渲染中重复调用此函数。此时，除了创建和返回应用程序实例之外，它不会做太多事情 - 但是稍后我们将在此执行服务器端路由匹配和数据预取逻辑:

import { createApp } from './app';

export default context => {
 const { app } = createApp();
 return app;
}

在服务端用vue-router分割代码

与Vue实例一样，也需要创建单例的vueRouter对象。对于每个请求，都需要创建一个新的vueRouter实例：

function createVueInstance(routes, ctx) {
  const router = Router({
    base: '/base',
    mode: 'history',
    routes: [routes],
  });
  const store = createStore({ ctx });
  // 把路由注入到vuex中
  sync(store, router);
  const app = new Vue({
    router,
    render: function(h) {
      return h(Frame);
    },
    store,
  });
  return { app, router, store };
}

同时，需要在entry-server.js中实现服务器端路由逻辑，使用router.getMatchedComponents方法获取到当前路由匹配的组件，如果当前路由没有匹配到相应的组件，则reject到404页面，否则resolve整个app，用于Vue渲染虚拟DOM，并使用对应模板生成对应的HTML字符串。

const createApp = require('./app');

module.exports = context => {
 return new Promise((resolve, reject) => {
  // ...
  // 设置服务器端 router 的位置
  router.push(context.url);
  // 等到 router 将可能的异步组件和钩子函数解析完
  router.onReady(() => {
   const matchedComponents = router.getMatchedComponents();
   // 匹配不到的路由，执行 reject 函数，并返回 404
   if (!matchedComponents.length) {
    return reject('匹配不到的路由，执行 reject 函数，并返回 404');
   }
   // Promise 应该 resolve 应用程序实例，以便它可以渲染
   resolve(app);
  }, reject);
 });

}

在服务端预拉取数据

在Vue服务端渲染，本质上是在渲染我们应用程序的"快照"，所以如果应用程序依赖于一些异步数据，那么在开始渲染过程之前，需要先预取和解析好这些数据。服务端Web Server Frame作为代理服务器，在服务端对接口服务发起请求，并将数据拼装到全局Vuex状态中。

另一个需要关注的问题是在客户端，在挂载到客户端应用程序之前，需要获取到与服务器端应用程序完全相同的数据 - 否则，客户端应用程序会因为使用与服务器端应用程序不同的状态，然后导致混合失败。

目前较好的解决方案是，给路由匹配的一级子组件一个asyncData，在asyncData方法中，dispatch对应的action。asyncData是我们约定的函数名，表示渲染组件需要预先执行它获取初始数据，它返回一个Promise，以便我们在后端渲染的时候可以知道什么时候该操作完成。注意，由于此函数会在组件实例化之前调用，所以它无法访问this。需要将store和路由信息作为参数传递进去：

举个例子：

<!-- Lung.vue -->
<template>
 <div></div>
</template>

<script>
export default {
 // ...
 async asyncData({ store, route }) {
  return Promise.all([
   store.dispatch('getA'),
   store.dispatch('myModule/getB', { root:true }),
   store.dispatch('myModule/getC', { root:true }),
   store.dispatch('myModule/getD', { root:true }),
  ]);
 },
 // ...
}
</script>

在entry-server.js中，我们可以通过路由获得与router.getMatchedComponents()相匹配的组件，如果组件暴露出asyncData，我们就调用这个方法。然后我们需要将解析完成的状态，附加到渲染上下文中。

const createApp = require('./app');

module.exports = context => {
 return new Promise((resolve, reject) => {
  const { app, router, store } = createApp(context);
  // 针对没有Vue router 的Vue实例，在项目中为列表页，直接resolve app
  if (!router) {
   resolve(app);
  }
  // 设置服务器端 router 的位置
   router.push(context.url.replace('/base', ''));
  // 等到 router 将可能的异步组件和钩子函数解析完
  router.onReady(() => {
   const matchedComponents = router.getMatchedComponents();
   // 匹配不到的路由，执行 reject 函数，并返回 404
   if (!matchedComponents.length) {
    return reject('匹配不到的路由，执行 reject 函数，并返回 404');
   }
   Promise.all(matchedComponents.map(Component => {
    if (Component.asyncData) {
     return Component.asyncData({
      store,
      route: router.currentRoute,
     });
    }
   })).then(() => {
    // 在所有预取钩子(preFetch hook) resolve 后，
    // 我们的 store 现在已经填充入渲染应用程序所需的状态。
    // 当我们将状态附加到上下文，并且 `template` 选项用于 renderer 时，
    // 状态将自动序列化为 `window.__INITIAL_STATE__`，并注入 HTML。
    context.state = store.state;
    resolve(app);
   }).catch(reject);
  }, reject);
 });
}

客户端托管全局状态

当服务端使用模板进行渲染时，context.state将作为window.__INITIAL_STATE__状态，自动嵌入到最终的HTML 中。而在客户端，在挂载到应用程序之前，store就应该获取到状态，最终我们的entry-client.js被改造为如下所示：

import createApp from './app';

const { app, router, store } = createApp();

// 客户端把初始化的store替换为window.__INITIAL_STATE__
if (window.__INITIAL_STATE__) {
 store.replaceState(window.__INITIAL_STATE__);
}

if (router) {
 router.onReady(() => {
  app.$mount('#app')
 });
} else {
 app.$mount('#app');
}

常见问题的解决方案

至此，基本的代码改造也已经完成了，下面说的是一些常见问题的解决方案：

在服务端没有window、location对象：

对于旧项目迁移到SSR肯定会经历的问题，一般为在项目入口处或是created、beforeCreate生命周期使用了DOM操作，或是获取了location对象，通用的解决方案一般为判断执行环境，通过typeof window是否为'undefined'，如果遇到必须使用location对象的地方用于获取url中的相关参数，在ctx对象中也可以找到对应参数。

vue-router报错Uncaught TypeError: _Vue.extend is not _Vue function，没有找到_Vue实例的问题：

通过查看Vue-router源码发现没有手动调用Vue.use(Vue-Router);。没有调用Vue.use(Vue-Router);在浏览器端没有出现问题，但在服务端就会出现问题。对应的Vue-router源码所示：

VueRouter.prototype.init = function init (app /* Vue component instance */) {
  var this$1 = this;

 process.env.NODE_ENV !== 'production' && assert(
  install.installed,
  "not installed. Make sure to call `Vue.use(VueRouter)` " +
  "before creating root instance."
 );
 // ...
}

服务端无法获取hash路由的参数

由于hash路由的参数，会导致vue-router不起效果，对于使用了vue-router的前后端同构应用，必须换为history路由。

接口处获取不到cookie的问题：

由于客户端每次请求都会对应地把cookie带给接口侧，而服务端Web Server Frame作为代理服务器，并不会每次维持cookie，所以需要我们手动把
cookie透传给接口侧，常用的解决方案是，将ctx挂载到全局状态中，当发起异步请求时，手动带上cookie，如下代码所示：

// createStore.js
// 在创建全局状态的函数`createStore`时，将`ctx`挂载到全局状态
export function createStore({ ctx }) {
  return new Vuex.Store({
    state: {
      ...state,
      ctx,
    },
    getters,
    actions,
    mutations,
    modules: {
      // ...
    },
    plugins: debug ? [createLogger()] : [],
  });
}

当发起异步请求时，手动带上cookie，项目中使用的是Axios：

// actions.js

// ...
const actions = {
 async getUserInfo({ commit, state }) {
  let requestParams = {
   params: {
    random: tool.createRandomString(8, true),
   },
   headers: {
    'X-Requested-With': 'XMLHttpRequest',
   },
  };

  // 手动带上cookie
  if (state.ctx.request.headers.cookie) {
   requestParams.headers.Cookie = state.ctx.request.headers.cookie;
  }

  // ...

  let res = await Axios.get(`${requestUrlOrigin}${url.GET_A}`, requestParams);
  commit(globalTypes.SET_A, {
   res: res.data,
  });
 }
};

// ...

接口请求时报connect ECONNREFUSED 127.0.0.1:80的问题

原因是改造之前，使用客户端渲染时，使用了devServer.proxy代理配置来解决跨域问题，而服务端作为代理服务器对接口发起异步请求时，不会读取对应的webpack配置，对于服务端而言会对应请求当前域下的对应path下的接口。

解决方案为去除webpack的devServer.proxy配置，对于接口请求带上对应的origin即可：

const requestUrlOrigin = requestUrlOrigin = state.ctx.URL.origin;
const res = await Axios.get(`${requestUrlOrigin}${url.GET_A}`, requestParams);

对于vue-router配置项有base参数时，初始化时匹配不到对应路由的问题

在官方示例中的entry-server.js：

// entry-server.js
import { createApp } from './app';

export default context => {
 // 因为有可能会是异步路由钩子函数或组件，所以我们将返回一个 Promise，
 // 以便服务器能够等待所有的内容在渲染前，
 // 就已经准备就绪。
 return new Promise((resolve, reject) => {
  const { app, router } = createApp();

  // 设置服务器端 router 的位置
  router.push(context.url);

  // ...
 });
}

原因是设置服务器端router的位置时，context.url为访问页面的url，并带上了base，在router.push时应该去除base，如下所示：

router.push(context.url.replace('/base', ''));

小结

本文为笔者通过对现有项目进行改造，给现有项目加上Vue服务端渲染的实践过程的总结。

首先阐述了什么是Vue服务端渲染，其目的、本质及原理，通过在服务端使用Vue的虚拟DOM，形成初始化的HTML字符串，即应用程序的“快照”。带来极大的性能优势，包括SEO优势和首屏渲染的极速体验。之后阐述了Vue服务端渲染的基本用法，即两个入口、两个webpack配置，分别作用于客户端和服务端，分别生成vue-ssr-client-manifest.json与vue-ssr-server-bundle.json作为打包结果。最后通过对现有项目的改造过程，包括对路由进行改造、数据预获取和状态初始化，并解释了在Vue服务端渲染项目改造过程中的常见问题，帮助我们进行现有项目往Vue服务端渲染的迁移。

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