Service Workers: Tworzenie aplikacji internetowych typu Offline-First

We współczesnym świecie użytkownicy oczekują, że aplikacje internetowe będą szybkie, niezawodne i dostępne, nawet gdy łączność sieciowa jest ograniczona lub niedostępna. W tym miejscu do gry wchodzi koncepcja projektowania „offline-first”. Service workers to potężna technologia, która umożliwia programistom tworzenie aplikacji internetowych, które działają płynnie w trybie offline, zapewniając doskonałe doświadczenie użytkownika.

Czym są Service Workers?

Service worker to plik JavaScript, który działa w tle, oddzielnie od głównego wątku przeglądarki. Działa jako serwer proxy między aplikacją internetową a siecią, przechwytując żądania sieciowe i zarządzając buforowaniem. Service workers mogą obsługiwać zadania takie jak:

• Buforowanie statycznych zasobów (HTML, CSS, JavaScript, obrazy)
• Dostarczanie zbuforowanej zawartości w trybie offline
• Powiadomienia push
• Synchronizacja w tle

Co ważne, service workers są kontrolowane przez przeglądarkę, a nie przez stronę internetową. Pozwala im to funkcjonować nawet wtedy, gdy użytkownik zamknął kartę lub okno przeglądarki.

Dlaczego Offline-First?

Tworzenie aplikacji internetowej typu offline-first oferuje liczne korzyści:

• Poprawiona wydajność: Buforując statyczne zasoby i serwując je bezpośrednio z pamięci podręcznej, service workers znacznie skracają czas ładowania, co skutkuje szybszym i bardziej responsywnym doświadczeniem użytkownika.
• Zwiększona niezawodność: Nawet gdy sieć jest niedostępna, użytkownicy nadal mogą uzyskać dostęp do zbuforowanej zawartości, co zapewnia, że aplikacja pozostaje funkcjonalna.
• Większe zaangażowanie: Funkcjonalność offline sprawia, że aplikacja jest bardziej użyteczna i dostępna, co prowadzi do zwiększonego zaangażowania i retencji użytkowników.
• Zmniejszone zużycie danych: Buforując zasoby, service workers zmniejszają ilość danych, które muszą być pobrane przez sieć, co jest szczególnie korzystne dla użytkowników z ograniczonymi planami danych lub wolnymi połączeniami internetowymi w obszarach o słabiej rozwiniętej infrastrukturze. Na przykład w wielu częściach Afryki i Ameryki Południowej koszty danych mogą stanowić znaczącą barierę wejścia dla użytkowników internetu. Projektowanie offline-first pomaga to złagodzić.
• Poprawione SEO: Wyszukiwarki preferują strony, które są szybkie i niezawodne, więc budowanie aplikacji offline-first może poprawić Twoją pozycję w rankingu wyszukiwarek.

Jak działają Service Workers

Cykl życia service workera składa się z kilku etapów:

1. Rejestracja: Service worker jest rejestrowany w przeglądarce, określając zakres aplikacji, którą będzie kontrolował.
2. Instalacja: Service worker jest instalowany, podczas czego zazwyczaj buforuje statyczne zasoby.
3. Aktywacja: Service worker jest aktywowany i przejmuje kontrolę nad aplikacją internetową. Może to obejmować wyrejestrowanie starych service workerów i czyszczenie starych pamięci podręcznych.
4. Bezczynność: Service worker pozostaje w stanie bezczynności, oczekując na żądania sieciowe lub inne zdarzenia.
5. Pobieranie (Fetch): Gdy wysyłane jest żądanie sieciowe, service worker je przechwytuje i może albo dostarczyć zawartość z pamięci podręcznej, albo pobrać zasób z sieci.

Implementacja Offline-First z Service Workers: Przewodnik krok po kroku

Oto podstawowy przykład, jak zaimplementować funkcjonalność offline-first przy użyciu service workers:

Krok 1: Zarejestruj Service Workera

W głównym pliku JavaScript (np. `app.js`):

if ('serviceWorker' in navigator) {
  navigator.serviceWorker.register('/service-worker.js')
    .then(function(registration) {
      console.log('Zarejestrowano Service Workera w zakresie:', registration.scope);
    })
    .catch(function(error) {
      console.log('Rejestracja Service Workera nie powiodła się:', error);
    });
}

Ten kod sprawdza, czy przeglądarka obsługuje service workers i rejestruje plik `service-worker.js`. Zakres definiuje, które adresy URL będą kontrolowane przez service workera.

Krok 2: Utwórz plik Service Workera (service-worker.js)

Utwórz plik o nazwie `service-worker.js` z następującym kodem:

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

self.addEventListener('install', function(event) {
  // Wykonaj kroki instalacji
  event.waitUntil(
    caches.open(CACHE_NAME)
      .then(function(cache) {
        console.log('Otwarto pamięć podręczną');
        return cache.addAll(urlsToCache);
      })
  );
});

self.addEventListener('fetch', function(event) {
  event.respondWith(
    caches.match(event.request)
      .then(function(response) {
        // Trafienie w pamięci podręcznej - zwróć odpowiedź
        if (response) {
          return response;
        }

        // WAŻNE: Sklonuj żądanie.
        // Żądanie jest strumieniem i może być zużyte tylko raz. Ponieważ zużywamy je
        // raz przez pamięć podręczną i raz przez przeglądarkę do pobrania, musimy sklonować odpowiedź.
        var fetchRequest = event.request.clone();

        return fetch(fetchRequest).then(
          function(response) {
            // Sprawdź, czy otrzymaliśmy prawidłową odpowiedź
            if(!response || response.status !== 200 || response.type !== 'basic') {
              return response;
            }

            // WAŻNE: Sklonuj odpowiedź.
            // Odpowiedź jest strumieniem i musi być zużyta tylko raz.
            var responseToCache = response.clone();

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

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

self.addEventListener('activate', function(event) {

  var 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);
          }
        })
      );
    })
  );
});

Ten kod wykonuje następujące czynności:

• Definiuje `CACHE_NAME` i tablicę `urlsToCache`.
• Podczas zdarzenia `install` otwiera pamięć podręczną i dodaje do niej określone adresy URL.
• Podczas zdarzenia `fetch` przechwytuje żądania sieciowe. Jeśli żądany zasób znajduje się w pamięci podręcznej, zwraca wersję zbuforowaną. W przeciwnym razie pobiera zasób z sieci, buforuje go i zwraca odpowiedź.
• Podczas zdarzenia `activate` usuwa stare pamięci podręczne, aby utrzymać jej rozmiar na rozsądnym poziomie.

Krok 3: Przetestuj funkcjonalność offline

Aby przetestować funkcjonalność offline, możesz użyć narzędzi deweloperskich przeglądarki. W Chrome otwórz DevTools, przejdź do zakładki „Aplikacja” i wybierz „Service Workers”. Następnie możesz symulować tryb offline, zaznaczając pole „Offline”.

Zaawansowane techniki Service Worker

Gdy już zdobędziesz podstawową wiedzę na temat service workerów, możesz zgłębić bardziej zaawansowane techniki, aby ulepszyć swoją aplikację offline-first:

Strategie buforowania

Istnieje kilka strategii buforowania, których możesz użyć, w zależności od rodzaju zasobu i wymagań Twojej aplikacji:

• Najpierw pamięć podręczna (Cache First): Zawsze serwuj zawartość z pamięci podręcznej i pobieraj z sieci tylko wtedy, gdy zasób nie zostanie w niej znaleziony.
• Najpierw sieć (Network First): Zawsze próbuj pobrać zawartość z sieci, a pamięci podręcznej używaj tylko jako rezerwy.
• Pamięć podręczna, a następnie sieć (Cache then Network): Natychmiast serwuj zawartość z pamięci podręcznej, a następnie zaktualizuj ją o najnowszą wersję z sieci. Zapewnia to szybkie początkowe ładowanie i gwarantuje, że użytkownik ostatecznie otrzyma najnowszą zawartość.
• Nieaktualne podczas ponownej walidacji (Stale-while-revalidate): Podobne do „Cache then Network”, ale aktualizuje pamięć podręczną w tle, nie blokując początkowego ładowania.
• Tylko sieć (Network Only): Zmusza aplikację do zawsze pobierania zawartości z sieci.
• Tylko pamięć podręczna (Cache Only): Zmusza aplikację do korzystania wyłącznie z zawartości przechowywanej w pamięci podręcznej.

Wybór odpowiedniej strategii buforowania zależy od konkretnego zasobu i wymagań Twojej aplikacji. Na przykład statyczne zasoby, takie jak obrazy i pliki CSS, często najlepiej obsługiwać za pomocą strategii Cache First, podczas gdy dynamiczna zawartość może skorzystać ze strategii Network First lub Cache then Network.

Synchronizacja w tle

Synchronizacja w tle pozwala na odroczenie zadań do czasu, aż użytkownik uzyska stabilne połączenie sieciowe. Jest to przydatne do zadań takich jak wysyłanie formularzy lub przesyłanie plików. Na przykład użytkownik w odległym rejonie Indonezji może wypełnić formularz w trybie offline. Service worker może następnie poczekać, aż połączenie będzie dostępne, przed wysłaniem danych.

Powiadomienia Push

Service workers mogą być używane do wysyłania powiadomień push do użytkowników, nawet gdy aplikacja nie jest otwarta. Można to wykorzystać do ponownego zaangażowania użytkowników i dostarczania aktualnych informacji. Wyobraź sobie aplikację z wiadomościami, która dostarcza alerty o najnowszych wydarzeniach w czasie rzeczywistym, niezależnie od tego, czy aplikacja jest aktywnie uruchomiona.

Workbox

Workbox to zbiór bibliotek JavaScript, które ułatwiają tworzenie service workerów. Zapewnia abstrakcje dla typowych zadań, takich jak buforowanie, routing i synchronizacja w tle. Użycie Workbox może uprościć kod service workera i uczynić go bardziej łatwym w utrzymaniu. Wiele firm używa teraz Workbox jako standardowego komponentu przy tworzeniu PWA i doświadczeń offline-first.

Kwestie do rozważenia dla globalnej publiczności

Podczas tworzenia aplikacji internetowych typu offline-first dla globalnej publiczności, ważne jest, aby wziąć pod uwagę następujące czynniki:

• Zmienne warunki sieciowe: Łączność sieciowa może się znacznie różnić w zależności od regionu. Niektórzy użytkownicy mogą mieć dostęp do szybkiego internetu, podczas gdy inni mogą polegać na wolnych lub przerywanych połączeniach. Zaprojektuj swoją aplikację tak, aby zgrabnie radziła sobie z różnymi warunkami sieciowymi.
• Koszty danych: Koszty danych mogą być znaczącą barierą wejścia dla użytkowników internetu w niektórych częściach świata. Zminimalizuj zużycie danych poprzez agresywne buforowanie zasobów i optymalizację obrazów.
• Wsparcie językowe: Upewnij się, że Twoja aplikacja obsługuje wiele języków i że użytkownicy mogą uzyskać dostęp do treści w preferowanym języku, nawet w trybie offline. Przechowuj zlokalizowaną treść w pamięci podręcznej i serwuj ją na podstawie ustawień językowych użytkownika.
• Dostępność: Upewnij się, że Twoja aplikacja internetowa jest dostępna dla użytkowników z niepełnosprawnościami, niezależnie od ich połączenia sieciowego. Przestrzegaj najlepszych praktyk dostępności i testuj swoją aplikację za pomocą technologii wspomagających.
• Aktualizacje treści: Zaplanuj, jak efektywnie obsługiwać aktualizacje treści. Strategie takie jak `stale-while-revalidate` mogą zapewnić użytkownikom szybkie początkowe doświadczenie, jednocześnie gwarantując, że ostatecznie zobaczą najnowszą treść. Rozważ użycie wersjonowania dla buforowanych zasobów, aby aktualizacje były wdrażane płynnie.
• Ograniczenia Local Storage: Chociaż Local Storage jest przydatne dla małych ilości danych, service workers mają dostęp do Cache API, które pozwala na przechowywanie większych plików i bardziej złożonych struktur danych, co jest kluczowe dla doświadczeń offline.

Przykłady aplikacji Offline-First

Kilka popularnych aplikacji internetowych z powodzeniem zaimplementowało funkcjonalność offline-first przy użyciu service workers:

• Google Maps: Pozwala użytkownikom pobierać mapy do użytku offline, umożliwiając im nawigację nawet bez połączenia z internetem.
• Google Docs: Umożliwia użytkownikom tworzenie i edytowanie dokumentów offline, synchronizując zmiany, gdy połączenie sieciowe jest dostępne.
• Starbucks: Umożliwia użytkownikom przeglądanie menu, składanie zamówień i zarządzanie kontem nagród w trybie offline.
• AliExpress: Pozwala użytkownikom przeglądać produkty, dodawać je do koszyka i przeglądać szczegóły zamówienia w trybie offline.
• Wikipedia: Oferuje dostęp offline do artykułów i treści, czyniąc wiedzę dostępną nawet bez internetu.

Podsumowanie

Service workers to potężne narzędzie do tworzenia aplikacji internetowych typu offline-first, które są szybkie, niezawodne i angażujące. Poprzez buforowanie zasobów, przechwytywanie żądań sieciowych i obsługę zadań w tle, service workers mogą zapewnić doskonałe doświadczenie użytkownika, nawet gdy łączność sieciowa jest ograniczona lub niedostępna. Ponieważ dostęp do sieci pozostaje nierównomierny na całym świecie, skupienie się na projektowaniu offline-first jest kluczowe dla zapewnienia równego dostępu do informacji i usług w internecie.

Postępując zgodnie z krokami opisanymi w tym przewodniku i biorąc pod uwagę wspomniane czynniki, możesz tworzyć aplikacje internetowe, które działają płynnie w trybie offline i zapewniają wspaniałe doświadczenie użytkownikom na całym świecie. Wykorzystaj moc service workerów i buduj przyszłość internetu – przyszłość, w której sieć jest dostępna dla wszystkich, wszędzie, niezależnie od ich połączenia sieciowego.