神族九帝's blog
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2024-04-07

同构渲染架构：实现一个 SSR 应用

从这一讲开始，我们正式进入 Node.js 主题学习。作为 Node.js 技术的重要应用场景，同构渲染 SSR 应用尤其重要。不管是服务端渲染还是服务端渲染衍生出的同构应用，现在来看已经并不新鲜了，实现起来也并不困难。可是有的开发者认为：同构应用不就是调用一个renderToString（React 中）类似的 API 吗？

讲道理，确实如此，但同构应用也不只是这么简单。就拿面试来说，同构应用的考察点不是“纸上谈兵”的理论，而是实际实施时的细节。这一讲我们就来一步步实现一个 SSR 应用，并分析 SSR 应用的重点环节。相关内容你可以参考：实现一个简易 ssr。

实现一个简易 SSR 应用

SSR 渲染架构的优势已经非常明显了，不管是对SEO 友好还是性能提升，大部分开发者已经耳熟能详了。这一部分，我们以 React 技术栈为背景，实现一个 SSR 应用。

首先启动项目：

npm init --yes

配置 Babel 和Webpack，目的是将ESM 和React编译为 Node.js和浏览器能够理解的代码。相关.babelrc内容如下代码：

{
  "presets": ["@babel/env", "@babel/react"]
}

如上代码，我们直接使用了@babel/env和@babel/react作为 presets。相关webpack.config.js内容如下代码：

const path = require('path');
module.exports = {
    entry: {
        client: './src/client.js',
        bundle: './src/bundle.js'
    },
    output: {
        path: path.resolve(__dirname, 'assets'),
        filename: "[name].js"
    },
    module: {
        rules: [
            { test: /\.js$/, exclude: /node_modules/, loader: "babel-loader" }
        ]
    }
}

配置入口文件为./src/client.js和./src/bundle.js，打包结果如下。

  • assets/bundle.js：CSR 架构下浏览器端脚本。

  • assets/client.js：SSR 架构下浏览器端脚本，衔接 SSR 部分。

src/文件夹包含所有源码，Babel 将会编译该文件内代码到views/目录。这里需要你思考：为什么我们要编译源码呢？

业务源码中，我们使用 ESM 编写 React 和 Redux 代码，对于低版本 Node.js来说，并不能直接支持 ESM 规范，因此需要使用 Babel 将src/文件夹内代码编译到views/目录中。相关命令如下：

"babel": "babel src -d views"

我们对项目目录进行说明：

  • src/components中我们存放 React 组件；

  • src/redux/中我们存放 Redux 相关代码；

  • assets/和media/中我们存放样式文件及图片；

  • src/server.js和src/template.js是 Node.js环境相关脚本。

接下来，我们进入 Node.js相关的src/server.js和src/template.js脚本的编写。

src/server.js如下代码所示：

import React from 'react';
import { renderToString } from 'react-dom/server';
import { Provider } from 'react-redux';
import configureStore from './redux/configureStore';
import App from './components/app';
module.exports = function render(initialState) {
 // 初始化 redux store
  const store = configureStore(initialState);
  let content = renderToString(<Provider store={store} ><App /></Provider>);
  const preloadedState = store.getState();
  return {
    content,
    preloadedState
  };
};

我们展开具体分析：

  • initialState作为参数传递给configureStore()方法，并实例化一个新的Store；

  • 调用renderToString()方法，得到服务端渲染的 HTML 字符串content；

  • 调用 ReduxgetState()方法，得到状态为preloadedState；

  • 返回 HTML 字符串content和 preloadedState。

src/template.js代码如下：

export default function template(title, initialState = {}, content = "") {
  let scripts = '';
  // 是否有 content 内容
  if (content) {
    scripts = ` <script>
                   window.__STATE__ = ${JSON.stringify(initialState)}
                </script>
                <script src="assets/client.js"></script>
                `
  } else {
    scripts = ` <script src="assets/bundle.js"> </script> `
  }
  let page = `<!DOCTYPE html>
              <html lang="en">
              <head>
                <meta charset="utf-8">
                <title> ${title} </title>
                <link rel="stylesheet" href="assets/style.css">
              </head>
              <body>
                <div class="content">
                   <div id="app" class="wrap-inner">
                      ${content}
                   </div>
                </div>
                  ${scripts}
              </body>
              `;
  return page;
}

我们对上述代码进行解读：template函数接受title、state和content作为参数，拼凑成最终的 HTML 文档，并将state挂载到window.__STATE__中，作为 script 标签内联到 HTML 文档，同时将 SSR 架构下assets/client.js脚本或assets/bundle.js嵌入。

下面，我们再聚焦同构部分的浏览器端脚本。

在CSR 架构下，src/bundle.js代码如下：

import React from 'react';
import { render } from 'react-dom';
import { Provider } from 'react-redux';
import configureStore from './redux/configureStore';
import App from './components/app';
// 获取 store
const store = configureStore();
render(
  <Provider store={store} > <App /> </Provider>,
  document.querySelector('#app')
);

而 SSR 架构下，src/client.js代码类似：

import React from 'react';
import { hydrate } from 'react-dom';
import { Provider } from 'react-redux';
import configureStore from './redux/configureStore';
import App from './components/app';
const state = window.__STATE__;
delete window.__STATE__;
const store = configureStore(state);
hydrate(
  <Provider store={store} > <App /> </Provider>,
  document.querySelector('#app')
);

src/client.js对比src/bundle.js，比较关键的不同点在于使用了window.__STATE__.获取初始状态，同时使用了hydrate()方法代替了render()。

至此，我们就实现了一个简易的 SSR 应用。虽然简单，但完全体现了 SSR 架构的原理。然而生产情况复杂多变，我们继续往下看。

同构应用中你容易忽略的细节

接下来，我们对几个更细节的问题加以分析。这些问题的处理，不再是代码层面的解决方案，更是工程化方向的设计。

环境区分

我们知道，同构应用实现了客户端代码和服务端代码的基本统一，我们只需要编写一种组件，就能生成适用于服务端和客户端的组件案例。可是你是否知道，大多数情况下服务端代码和客户端代码需要单独处理？下面我简单举几个例子。

  • 路由代码差别

服务端需要根据请求路径，匹配页面组件；客户端需要通过浏览器中的地址，匹配页面组件。

客户端代码：

  const App = () => {
    return (
      <Provider store={store}>
        <BrowserRouter>
          <div>
            <Route path='/' component={Home}>
            <Route path='/product' component={Product}>
          </div>
        </BrowserRouter>
      </Provider>
    )
  }
  ReactDom.render(<App/>, document.querySelector('#root'))

BrowserRouter 组件根据 window.location 以及 history API 实现页面切换，而服务端肯定是无法获取 window.location 的。

服务端代码如下：

  const App = () => {
    return
      <Provider store={store}>
        <StaticRouter location={req.path} context={context}>
          <div>
            <Route path='/' component={Home}>
          </div>
        </StaticRouter>
      </Provider>
  }
  Return ReactDom.renderToString(<App/>)

在服务端，需要使用 StaticRouter 组件，并将请求地址和上下文信息作为 location 和 context 这两个props 传入 StaticRouter 中。

  • 打包差别

服务端运行的代码如果需要依赖 Node 核心模块或者第三方模块，就不再需要把这些模块代码打包到最终代码中了。因为环境已经安装这些依赖，可以直接引用。这样一来，就需要我们在 Webpack 中配置 target：node，并借助 webpack-node-externals 插件，解决第三方依赖打包的问题。

注水和脱水

什么叫作注水和脱水呢？这个和同构应用中数据的获取有关：在服务器端渲染时，首先服务端请求接口拿到数据，并处理准备好数据状态（如果使用 Redux，就是进行Store 的更新），为了减少客户端的请求，我们需要保留住这个状态。

一般做法是在服务器端返回 HTML 字符串的时候，将数据 JSON.stringify 一并返回，这个过程，叫作脱水（dehydrate）；在客户端，就不再需要进行数据的请求了，可以直接使用服务端下发下来的数据，这个过程叫注水（hydrate）。

响应代码前面已经有所体现了，但是在服务端渲染时，服务端如何能够请求所有的 APIs，保障数据全部已经请求呢？

一般有两种方法进行服务端请求。

  • react-router 的解决方案是配置路由route-config，结合 matchRoutes，找到页面上相关组件所需的请求接口的方法并执行请求。这就要求开发者通过路由配置信息，显式地告知服务端请求内容。如下代码：

  const routes = [
    {
      path: "/",
      component: Root,
      loadData: () => getSomeData()
    }
    // etc.
  ]
  
  import { routes } from "./routes"
  
  function App() {
    return (
      <Switch>
        {routes.map(route => (
          <Route {...route} />
        ))}
      </Switch>
    )
  }

在服务端代码中：

  import { matchPath } from "react-router-dom"
  
  const promises = []
  routes.some(route => {
    const match = matchPath(req.path, route)
    if (match) promises.push(route.loadData(match))
    return match
  })
  
  Promise.all(promises).then(data => {
    putTheDataSomewhereTheClientCanFindIt(data)
  })

  • 另外一种思路类似 Next.js，我们需要在 React 组件上定义静态方法。比如定义静态 loadData 方法，在服务端渲染时，我们可以遍历所有组件的 loadData，获取需要请求的接口。

安全问题

安全问题非常关键，尤其是涉及服务端渲染，开发者要格外小心。这里提出一个点：我们前面提到了注水和脱水过程，其中的代码：

ctx.body = `
  <!DOCTYPE html>
  <html lang="en">
    <head>
      <meta charset="UTF-8">
    </head>
    <body>
        <script>
        window.context = {
          initialState: ${JSON.stringify(store.getState())}
        }
      </script>
      <div id="app">
          // ...
      </div>
    </body>
  </html>
`

非常容易遭受 XSS 攻击，JSON.stringify 可能会造成 script 注入。因此，我们需要严格清洗 JSON 字符串中的 HTML 标签和其他危险的字符。我习惯使用 serialize-javascript 库进行处理，这也是同构应用中最容易被忽视的细节。

这里给大家留一个思考题，ReactdangerouslySetInnerHTMLAPI 也有类似风险，React 是怎么处理这个安全隐患的呢？

请求认证处理

上面讲到服务端预先请求数据，那么请你思考这样一个场景：某个请求依赖 cookie 表明的用户信息，比如请求“我的学习计划列表”。这种情况下服务端请求是不同于客户端的，不会有浏览器添加 cookie 以及不含有其他相关的 header 信息。这个请求在服务端发送时，一定不会拿到预期的结果。

解决办法也很简单：服务端请求时需要保留客户端页面请求的信息（一般是 cookie），并在 API 请求时携带并透传这个信息（cookie）。

样式问题处理

同构应用的样式处理容易被开发者忽视，而一旦忽略，就会掉到坑里。比如，我们不能再使用 style-loader 了，因为这个WebpackLoader 会在编译时将样式模块载入到 HTML header 中。但是在服务端渲染环境下，没有Window 对象，style-loader就会报错。一般我们使用 isomorphic-style-loader 来实现：

{
    test: /\.css$/,
    use: [
        'isomorphic-style-loader',
        'css-loader',
        'postcss-loader'
    ],
}

isomorphic-style-loader 的原理是什么呢？

我们知道，对于Webpack 来说，所有的资源都是模块。WebpackLoader 在编译过程中可以将导入的 CSS 文件转换成对象，拿到样式信息。因此isomorphic-style-loader 可以获取页面中所有组件样式。为了实现得更加通用化，isomorphic-style-loader 利用 context API，在渲染页面组件时获取所有 React 组件的样式信息，最终插入 HTML 字符串中。

在服务端渲染时，我们需要加入这样的逻辑：

import express from 'express'
import React from 'react'
import ReactDOM from 'react-dom'
import StyleContext from 'isomorphic-style-loader/StyleContext'
import App from './App.js'
const server = express()
const port = process.env.PORT || 3000
server.get('*', (req, res, next) => {
  //  css Set 类型来存储页面所有的样式
  const css = new Set()
  const insertCss = (...styles) => styles.forEach(style => css.add(style._getCss()))
  const body = ReactDOM.renderToString(
    <StyleContext.Provider value={{ insertCss }}>
      <App />
    </StyleContext.Provider>
  )
  
  const html = `<!doctype html>
    <html>
      <head>
        <script src="client.js" defer></script>
        // 将样式内连进 html 当中
        <style>${[...css].join('')}</style>
      </head>
      <body>
        <div id="root">${body}</div>
      </body>
    </html>`
  res.status(200).send(html)
})
server.listen(port, () => {
  console.log(`Node.js app is running at http://localhost:${port}/`)
})

分析上面代码，我们定义了 css Set 类型来存储页面所有的样式，并定义了 insertCss 方法。该方法通过 context 传给每个 React 组件，这样每个组件就可以调用 insertCss 方法。该方法调用时，会将组件样式加入 css Set 当中。

最后我们用[...css].join('')就可以获取页面的所有样式字符串。

强调一下，isomorphic-style-loader 的源码目前已经更新，采用了最新的 ReactHooks API，我推荐给 React 开发者阅读，相信你一定收获很多！

总结

本小节前半部分我们“手把手”教你实现服务端渲染的同构应用，因为这些知识并不困难，社区上资料也很多。后半部分我们从更高的角度出发，剖析同构应用中那些关键的细节点和疑难问题的解决方案，这些经验源于真刀真枪的线上案例，即使你没有开发过同构应用，也能从中全方位地了解关键信息，一旦掌握了这些细节，同构应用的实现就会更稳、更可靠。

本讲内容总结如下：

同构渲染架构： 实现一个 SSR 应用.png

同构应用其实远比理论复杂，绝对不是几个 APIs 和几台服务器就能完成的，希望大家多思考、多动手，一定会更有体会。下一讲，我们进入 CI/CD 流程，设计一个性能守卫系统，以此帮助你了解：Node.js 除了同构直出、数据聚合以外，还能做一些重要的，且有趣的服务。

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上次更新: 2024/11/29, 10:10:04
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