Фоновые скрипты расширений для браузера: переход на JavaScript Service Worker

Сфера разработки браузерных расширений постоянно развивается. Одним из самых значительных недавних изменений является переход от традиционных постоянных фоновых страниц к JavaScript Service Workers для фоновых скриптов. Эта миграция, в значительной степени обусловленная Manifest V3 (MV3) в браузерах на основе Chromium, приносит множество преимуществ, но также ставит перед разработчиками уникальные задачи. В этом подробном руководстве мы рассмотрим причины этого изменения, его преимущества и недостатки, а также предоставим пошаговое описание процесса миграции, чтобы обеспечить плавный переход для вашего расширения.

Почему стоит переходить на Service Workers?

Основная мотивация этого перехода — улучшение производительности и безопасности браузера. Постоянные фоновые страницы, которые были распространены в Manifest V2 (MV2), могут потреблять значительные ресурсы даже в состоянии простоя, что влияет на время работы от батареи и общую отзывчивость браузера. Service Workers, в свою очередь, управляются событиями и активны только тогда, когда это необходимо.

Преимущества Service Workers:

• Повышенная производительность: Service Workers активны только тогда, когда их вызывает событие, такое как вызов API или сообщение от другой части расширения. Эта «событийно-ориентированная» природа снижает потребление ресурсов и улучшает производительность браузера.
• Улучшенная безопасность: Service Workers работают в более ограниченной среде, что уменьшает поверхность атаки и повышает общую безопасность расширения.
• Задел на будущее: Большинство крупных браузеров переходят на Service Workers как на стандарт для фоновой обработки в расширениях. Миграция сейчас гарантирует, что ваше расширение останется совместимым и избежит проблем с устареванием в будущем.
• Неблокирующие операции: Service Workers предназначены для выполнения задач в фоновом режиме без блокировки основного потока, обеспечивая более плавный пользовательский опыт.

Недостатки и проблемы:

• Кривая обучения: Service Workers вводят новую модель программирования, которая может быть сложной для разработчиков, привыкших к постоянным фоновым страницам. Событийно-ориентированная природа требует иного подхода к управлению состоянием и коммуникацией.
• Управление постоянным состоянием: Поддержание постоянного состояния между активациями Service Worker требует тщательного рассмотрения. Техники, такие как Storage API или IndexedDB, становятся критически важными.
• Сложность отладки: Отладка Service Workers может быть сложнее, чем отладка традиционных фоновых страниц из-за их прерывистого характера.
• Ограниченный доступ к DOM: Service Workers не могут напрямую получить доступ к DOM. Они должны общаться с контент-скриптами для взаимодействия с веб-страницами.

Понимание основных концепций

Прежде чем погружаться в процесс миграции, важно понять фундаментальные концепции, лежащие в основе Service Workers:

Управление жизненным циклом

Service Workers имеют четко определенный жизненный цикл, состоящий из следующих этапов:

• Установка (Installation): Service Worker устанавливается при первой загрузке или обновлении расширения. Это идеальное время для кэширования статических активов и выполнения начальных задач настройки.
• Активация (Activation): После установки Service Worker активируется. С этого момента он может начать обрабатывать события.
• Простой (Idle): Service Worker находится в состоянии простоя, ожидая событий, которые его активируют.
• Завершение (Termination): Service Worker завершает свою работу, когда он больше не нужен.

Событийно-ориентированная архитектура

Service Workers управляются событиями, что означает, что они выполняют код только в ответ на определенные события. Распространенные события включают:

• install: Срабатывает при установке Service Worker.
• activate: Срабатывает при активации Service Worker.
• fetch: Срабатывает, когда браузер делает сетевой запрос.
• message: Срабатывает, когда Service Worker получает сообщение от другой части расширения.

Межпроцессное взаимодействие

Service Workers нужен способ обмена данными с другими частями расширения, такими как контент-скрипты и скрипты всплывающих окон. Обычно это достигается с помощью API chrome.runtime.sendMessage и chrome.runtime.onMessage.

Пошаговое руководство по миграции

Давайте рассмотрим процесс миграции типичного браузерного расширения с постоянной фоновой страницы на Service Worker.

Шаг 1: Обновите ваш файл манифеста (manifest.json)

Первый шаг — обновить ваш файл manifest.json, чтобы отразить переход на Service Worker. Удалите поле "background" со скриптами и замените его полем "background", содержащим свойство "service_worker".

Пример Manifest V2 (постоянная фоновая страница):

{
  "manifest_version": 2,
  "name": "My Extension",
  "version": "1.0",
  "background": {
    "scripts": ["background.js"],
    "persistent": true
  },
  "permissions": [
    "storage",
    "activeTab"
  ]
}

Пример Manifest V3 (Service Worker):

{
  "manifest_version": 3,
  "name": "My Extension",
  "version": "1.0",
  "background": {
    "service_worker": "background.js"
  },
  "permissions": [
    "storage",
    "activeTab"
  ]
}

Важные моменты:

• Убедитесь, что ваша manifest_version установлена в 3.
• Свойство "service_worker" указывает путь к вашему скрипту Service Worker.

Шаг 2: Рефакторинг вашего фонового скрипта (background.js)

Это самый важный шаг в процессе миграции. Вам необходимо провести рефакторинг вашего фонового скрипта, чтобы адаптировать его к событийно-ориентированной природе Service Workers.

1. Удалите переменные для постоянного состояния

В фоновых страницах MV2 вы могли полагаться на глобальные переменные для поддержания состояния между различными событиями. Однако Service Workers завершают работу в состоянии простоя, поэтому глобальные переменные ненадежны для хранения постоянного состояния.

Пример (MV2):

var counter = 0;

chrome.browserAction.onClicked.addListener(function(tab) {
  counter++;
  console.log("Counter: " + counter);
});

Решение: Используйте Storage API или IndexedDB

Storage API (chrome.storage.local или chrome.storage.sync) позволяет вам постоянно хранить и извлекать данные. IndexedDB — еще один вариант для более сложных структур данных.

Пример (MV3 с Storage API):

chrome.browserAction.onClicked.addListener(function(tab) {
  chrome.storage.local.get(['counter'], function(result) {
    var counter = result.counter || 0;
    counter++;
    chrome.storage.local.set({counter: counter}, function() {
      console.log("Counter: " + counter);
    });
  });
});

Пример (MV3 с IndexedDB):

// Function to open the IndexedDB database
function openDatabase() {
  return new Promise((resolve, reject) => {
    const request = indexedDB.open('myDatabase', 1);

    request.onerror = (event) => {
      reject('Error opening database');
    };

    request.onsuccess = (event) => {
      resolve(event.target.result);
    };

    request.onupgradeneeded = (event) => {
      const db = event.target.result;
      db.createObjectStore('myObjectStore', { keyPath: 'id' });
    };
  });
}

// Function to get data from IndexedDB
function getData(db, id) {
  return new Promise((resolve, reject) => {
    const transaction = db.transaction(['myObjectStore'], 'readonly');
    const objectStore = transaction.objectStore('myObjectStore');
    const request = objectStore.get(id);

    request.onerror = (event) => {
      reject('Error getting data');
    };

    request.onsuccess = (event) => {
      resolve(request.result);
    };
  });
}

// Function to put data into IndexedDB
function putData(db, data) {
  return new Promise((resolve, reject) => {
    const transaction = db.transaction(['myObjectStore'], 'readwrite');
    const objectStore = transaction.objectStore('myObjectStore');
    const request = objectStore.put(data);

    request.onerror = (event) => {
      reject('Error putting data');
    };

    request.onsuccess = (event) => {
      resolve();
    };
  });
}

chrome.browserAction.onClicked.addListener(async (tab) => {
  try {
    const db = await openDatabase();
    let counterData = await getData(db, 'counter');
    let counter = counterData ? counterData.value : 0;

    counter++;

    await putData(db, { id: 'counter', value: counter });
    db.close();
    console.log("Counter: " + counter);

  } catch (error) {
    console.error("IndexedDB Error: ", error);
  }
});

2. Замените прослушиватели событий на передачу сообщений

Если ваш фоновый скрипт обменивается данными с контент-скриптами или другими частями расширения, вам нужно будет использовать передачу сообщений.

Пример (отправка сообщения из фонового скрипта в контент-скрипт):

chrome.runtime.onMessage.addListener(
  function(request, sender, sendResponse) {
    if (request.message === "get_data") {
      // Do something to retrieve data
      let data = "Example Data";
      sendResponse({data: data});
    }
  }
);

Пример (отправка сообщения из контент-скрипта в фоновый скрипт):

chrome.runtime.sendMessage({message: "get_data"}, function(response) {
  console.log("Received data: " + response.data);
});

3. Выполняйте задачи инициализации в событии `install`

Событие install срабатывает при первой установке или обновлении Service Worker. Это идеальное место для выполнения задач инициализации, таких как создание баз данных или кэширование статических активов.

Пример:

chrome.runtime.onInstalled.addListener(function() {
  console.log("Service Worker installed.");
  // Perform initialization tasks here
  chrome.storage.local.set({initialized: true});
});

4. Рассмотрите использование Offscreen Documents

Manifest V3 представил закадровые документы (offscreen documents) для выполнения задач, которые ранее требовали доступа к DOM на фоновых страницах, например, для воспроизведения аудио или взаимодействия с буфером обмена. Эти документы работают в отдельном контексте, но могут взаимодействовать с DOM от имени service worker.

Если вашему расширению необходимо активно манипулировать DOM или выполнять задачи, которые трудно реализовать с помощью передачи сообщений и контент-скриптов, закадровые документы могут быть правильным решением.

Пример (Создание Offscreen Document):

// In your background script:
async function createOffscreen() {
  if (await chrome.offscreen.hasDocument({
    reasons: [chrome.offscreen.Reason.WORKER],
    justification: 'reason for needing the document'
  })) {
    return;
  }
  await chrome.offscreen.createDocument({
    url: 'offscreen.html',
    reasons: [chrome.offscreen.Reason.WORKER],
    justification: 'reason for needing the document'
  });
}

chrome.runtime.onStartup.addListener(createOffscreen);
chrome.runtime.onInstalled.addListener(createOffscreen);

Пример (offscreen.html):

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
  <title>Offscreen Document</title>
</head>
<body>
  <script src="offscreen.js"></script>
</body>
</html>

Пример (offscreen.js, который выполняется в закадровом документе):

// Listen for messages from the service worker
chrome.runtime.onMessage.addListener((request, sender, sendResponse) => {
  if (request.action === 'doSomething') {
    // Do something with the DOM here
    document.body.textContent = 'Action performed!';
    sendResponse({ result: 'success' });
  }
});

Шаг 3: Тщательно протестируйте ваше расширение

После рефакторинга вашего фонового скрипта крайне важно тщательно протестировать расширение, чтобы убедиться, что оно корректно работает в новой среде Service Worker. Обратите особое внимание на следующие области:

• Управление состоянием: Убедитесь, что ваше постоянное состояние правильно сохраняется и извлекается с помощью Storage API или IndexedDB.
• Передача сообщений: Убедитесь, что сообщения корректно отправляются и принимаются между фоновым скриптом, контент-скриптами и скриптами всплывающих окон.
• Обработка событий: Проверьте все прослушиватели событий, чтобы убедиться, что они срабатывают, как ожидалось.
• Производительность: Отслеживайте производительность вашего расширения, чтобы убедиться, что оно не потребляет избыточных ресурсов.

Шаг 4: Отладка Service Workers

Отладка Service Workers может быть сложной из-за их прерывистого характера. Вот несколько советов, которые помогут вам в отладке вашего Service Worker:

• Chrome DevTools: Используйте Chrome DevTools для инспектирования Service Worker, просмотра логов консоли и установки точек останова. Вы можете найти Service Worker на вкладке «Application».
• Постоянные логи консоли: Широко используйте операторы console.log для отслеживания потока выполнения вашего Service Worker.
• Точки останова: Устанавливайте точки останова в коде вашего Service Worker, чтобы приостановить выполнение и проверить переменные.
• Инспектор Service Worker: Используйте инспектор Service Worker в Chrome DevTools для просмотра статуса Service Worker, событий и сетевых запросов.

Лучшие практики миграции на Service Worker

Вот несколько лучших практик, которым следует придерживаться при миграции вашего браузерного расширения на Service Workers:

• Начинайте заранее: Не ждите до последнего момента для миграции на Service Workers. Начните процесс миграции как можно скорее, чтобы у вас было достаточно времени на рефакторинг кода и тестирование расширения.
• Разбивайте задачу: Разбивайте процесс миграции на более мелкие, управляемые задачи. Это сделает процесс менее пугающим и более легким для отслеживания.
• Тестируйте часто: Часто тестируйте ваше расширение на протяжении всего процесса миграции, чтобы выявлять ошибки на ранней стадии.
• Используйте Storage API или IndexedDB для постоянного состояния: Не полагайтесь на глобальные переменные для постоянного состояния. Вместо этого используйте Storage API или IndexedDB.
• Используйте передачу сообщений для коммуникации: Используйте передачу сообщений для обмена данными между фоновым скриптом, контент-скриптами и скриптами всплывающих окон.
• Оптимизируйте ваш код: Оптимизируйте ваш код для повышения производительности, чтобы минимизировать потребление ресурсов.
• Рассмотрите использование Offscreen Documents: Если вам необходимо активно манипулировать DOM, рассмотрите возможность использования закадровых документов.

Вопросы интернационализации

При разработке браузерных расширений для глобальной аудитории крайне важно учитывать интернационализацию (i18n) и локализацию (l10n). Вот несколько советов, чтобы ваше расширение было доступно пользователям по всему миру:

• Используйте папку `_locales`: Храните переведенные строки вашего расширения в папке `_locales`. Эта папка содержит подпапки для каждого поддерживаемого языка с файлом `messages.json`, содержащим переводы.
• Используйте синтаксис `__MSG_messageName__`: Используйте синтаксис `__MSG_messageName__` для ссылки на ваши переведенные строки в коде и файле манифеста.
• Поддерживайте языки с письмом справа налево (RTL): Убедитесь, что макет и стили вашего расширения корректно адаптируются к RTL-языкам, таким как арабский и иврит.
• Учитывайте форматирование даты и времени: Используйте соответствующее форматирование даты и времени для каждого региона.
• Предоставляйте культурно релевантный контент: Адаптируйте контент вашего расширения, чтобы он был культурно релевантным для разных регионов.

Пример (_locales/ru/messages.json):

{
  "extensionName": {
    "message": "Мое расширение",
    "description": "Название расширения"
  },
  "buttonText": {
    "message": "Нажми меня",
    "description": "Текст для кнопки"
  }
}

Пример (ссылка на переведенные строки в вашем коде):

document.getElementById('myButton').textContent = chrome.i18n.getMessage("buttonText");

Заключение

Миграция фонового скрипта вашего браузерного расширения на JavaScript Service Worker — это важный шаг к улучшению производительности, безопасности и обеспечению будущего вашего расширения. Хотя переход может представлять некоторые трудности, преимущества стоят затраченных усилий. Следуя шагам, изложенным в этом руководстве, и применяя лучшие практики, вы можете обеспечить плавную и успешную миграцию, предоставляя лучший опыт вашим пользователям по всему миру. Не забывайте тщательно тестировать и адаптироваться к новой событийно-ориентированной архитектуре, чтобы в полной мере использовать возможности Service Workers.

Дополнительные ресурсы

• Документация по Chrome Extension Manifest V3
• Документация по Mozilla Service Worker API
• Основы Service Worker