在早期的 Web 应用中，前端的作用很弱，业务逻辑和数据处理都在后端，后端给前端返回一个 HTML 页面，前端只负责展示。在这种模式下，单个 HTML 页面被当做一个功能原件，表单提交，超链接跳转都可以用来重新请求新的 HTML 页面，从而达到给用户展示新的页面的目的。在这种方式中，你可以感觉到页面总是在不停的刷新，一个点击可能都需要等待很久，这是因为，当页面变化时，所有资源都需要重新请求。这些问题导致了用户体验不佳，也浪费了资源。单页应用便很好的解决了这些问题。

概念

什么是单页应用呢？单页应用的全称是 single-page application，简称 SPA，它是一种网站应用的模型，它可以动态重写当前的页面来与用户交互，而不需要重新加载整个页面。单页应用的流畅性让 Web 应用更像桌面端或 Native 应用了。相对于传统的 Web 应用，单页应用做到了前后端分离，后端只负责处理数据提供接口，页面逻辑和页面渲染都交给了前端。前端发展到现在，单页应用的使用已经很广泛，目前时兴的 React、Vue、Angular 等前端框架均采用了 SPA 原则。单页应用意味着前端掌握了主动权，也让前端代码更复杂和庞大，模块化、组件化以及架构设计都变得越来越重要。

来体验一下单页应用吧，打开你的 Gmail，点击左侧的导航栏，在开发者工具的 Network 中可以看到资源是按需加载的，此时页面也并没有刷新，观察 Elements 栏下的 HTML，你会发现整个 HTML 的大框架是不变的，页面改变时，或者说路由改变时，DOM 树只是改变它需要改变的部分，也就是动态改变。

工作原理

SPA 的一个重要实现就是改变路由时，页面不刷新。实现这个功能，通常有两种方式：使用 window.history 对象或 location.hash。

history 对象

window.history 包含了浏览器的历史信息，它有以下几种常用方法：

  • history.back()：与在浏览器点击后退按钮相同；

  • history.forward()：与在浏览器中点击按钮向前相同；

  • history.go(n)：接受一个整数作为参数，移动到该整数指定的页面，比如 go(1) 相当于 forward()，go(-1) 相当于 back()，go(0) 相当于刷新当前页面。

HTML5 对 history 对象新增了 pushState() 和 replaceState() 方法，这两个方法可以往历史栈中添加数据，给用户的感觉就是浏览器的 url 改变了，但是页面并没有重新加载。pushState() 是在浏览记录中添加一个新记录，replaceState() 则是修改当前的浏览器记录，这是二者的细微差别，使用时参数的字段和含义都是一样的。

  1. window.history.pushState(state, title, url)

  • state 是状态对象，可以用 history.state 读取；

  • title 表示新页面的标题，但是现在的所有浏览器都会忽略这个字段，所以可以传 null；

  • url 是新页面的地址，必须是和当前页面在同一个域。

当用户点击浏览器上的前进和后退按钮时，或者调用上述 window.history 的 back、forward 和 go 方法，就会触发 popstate 事件。该事件只针对同一个文档，如果浏览历史的切换导致加载了不同的文档，popstate 事件将不会被触发。popstate 事件回调函数的参数中的 state 属性指向 pushState() 和 replaceState() 方法为当前页面提供的状态，也就是 pushState() 和 replaceState() 方法使用时传的第一个参数 state。

我们可以通过 pushState() 简单模拟一下浏览器的路由改变且不刷新页面。

  1. <a class="spa">spa1.html</a>
  2. <a class="spa">spa2.html</a>
  4. <button onclick="goBack()">back</button>
  5. <button onclick="goForward()">back</button>
  1. document.querySelectorAll('.spa').forEach((item, index) => {
  2.     item.addEventListener('click', (e) => {
  3.         e.preventDefault();
  4.         let link = item.textContent;
  5.         window.history.pushState({name: `spa${index + 1}`}, link, link)
  6.         console.log(link, 'pushState')
  7.     }, false)
  8. })
  10. window.addEventListener('popstate', (e) => {
  11.     console.log(e.state)
  12. })
  14. function goBack() {
  15.     window.history.back()
  16. }
  18. function goForward() {
  19.     window.history.forward()
  20. }

通过监听点击事件，使用 pushState() 来修改 history 对象，下面的 gif 图演示了这个过程。需要注意的是，pushState() 和 replaceState() 方法只能修改路由，并不能让页面重新渲染。浏览器地址栏显示 demo/spa2.html 时，并不会跳转到 spa2.html 页面，也不会检查 spa2.html 页面是否存在，只是使其成为浏览器历史中的最新记录。

什么是单页应用 - 图1
（使用 history 对象改变路由）

hash

hash 是 location 对象的属性，它指的是当前 url 的锚，也就是从 # 号开始的部分。修改 location.hash 并监听 window 的 hashchange 事件，也能达到同样的目的。

  1. <a class="spa">spa1.html</a>
  2. <a class="spa">spa2.html</a>
  1. document.querySelectorAll('.spa').forEach((item, index) => {
  2.     item.addEventListener('click', (e) => {
  3.         e.preventDefault();
  4.         location.hash = index + 1
  5.     }, false)
  6. })
  8. window.addEventListener('hashchange', (e) => {
  9.     console.log({ hash: location.hash })
  10. })

演示效果如下：

什么是单页应用 - 图2
（使用 hash 改变路由）

优缺点

SPA 可圈可点，现在已被大家广泛使用，也得到了主流框架的支持，但是它也有局限性，我们将它的优缺点总结如下。

优点有：

  • 无刷新体验，用户在切换页面过程中不会频繁被“打断”，因为界面框架都在本地，对用户的响应非常及时，因此提升了用户体验；

  • 分离前后端关注点，前端负责界面显示，后端负责数据存储和计算，各司其职，不会把前后端的逻辑混杂在一起；

  • 减轻服务器压力，服务器只用出数据就可以，不用管展示逻辑和页面合成，吞吐能力会提高几倍；

  • API 共享，同一套后端程序代码，不用修改就可以用于Web界面、手机、平板等多种客户端；

  • 完全的前端组件化，前端开发不再以页面为单位，更多地采用组件化的思想，代码结构和组织方式更加规范化，便于修改和调整。

缺点有：

  • 对 SEO 不太优好，尽管可以通过 Prerender 预渲染优化等技术解决一部分，但是相对还是不容易索引到它；

  • 易出错，需要使用程序管理前进、后退、地址栏等信息；

  • 较高的前端开发门槛，对技术能力要求较高，需要对设计模式有一定理解，因为面对不是一个简单的页面，而是一个运行在浏览器环境里面的桌面软件。

小结

在本节中，我们简单理解了 SPA 以及 SPA 在路由层面的实现，在这一小节中，你需要掌握：

  • 理解 SPA 是什么；

  • SPA 路由的工作原理；

  • 了解 SPA 的优缺点。