基于微前端qiankun的多页签缓存方案实践

作者：vivo 互联网前端团队- Tang Xiao

本文梳理了基于阿里开源微前端框架qiankun，实现多页签及子应用缓存的方案，同时还类比了多个不同方案之间的区别及优劣势，为使用微前端进行多页签开发的同学，提供一些参考。

一、多页签是什么？

我们常见的浏览器多页签、编辑器多页签，从产品角度来说，就是为了能够实现用户访问可记录，快速定位工作区等作用；那对于单页应用，可以通过实现多页签，对用户的访问记录进行缓存，从而提供更好的用户体验。

前端可以通过多种方式实现多页签，常见的方案有两种：

通过CSS样式display:none来控制页面的显示隐藏模块的内容；
将模块序列化缓存，通过缓存的内容进行渲染（与vue的keep-alive原理类似，在单页面应用中应用广泛）。

相对于第一种方式，第二种方式将DOM格式存储在序列化的JS对象当中，只渲染需要展示的DOM元素，减少了DOM节点数，提升了渲染的性能，是当前主流的实现多页签的方式。

那么相对于传统的单页面应用，通过微前端qiankun进行改造后的前端应用，在多页签上实现会有什么不同呢？

1.1 单页面应用实现多页签

改造前的单页面应用技术栈是Vue全家桶(vue2.6.10 + element2.15.1 + webpack4.0.0+vue-cli4.2.0)。

vue框架提供了keep-alive来支持缓存相关的需求，使用keep-alive即可实现多页签的基本功能，但是为了支持更多的功能，我们在其基础上重新封装了vue-keep-alive组件。

相对较于keep-alive通过include、exclude对缓存进行控制，vue-keep-alive使用更原生的发布订阅方式来删除缓存，可以实现更完整的多页签功能，例如同个路由可以根据参数的不同派生出多个路由实例（如打开多个详情页页签）以及动态删除缓存实例等功能。

下面是vue-keep-alive自定义的拓展实现：

created() {
  // 动态删除缓存实例监听
  this.cache = Object.create(null);
  breadCompBus.$on('removeTabByKey', this.removeCacheByKey);
  breadCompBus.$on('removeTabByKeys', (data) => {
    data.forEach((item) => {
      this.removeCacheByKey(item);
    });
  });
}

vue-keep-alive组件即可传入自定义方法，用于自定义vnode.key，支持同一匹配路由中派生多个实例。

// 传入`vue-keep-alive`的自定义方法
function updateComponentsKey(key, name, vnode) {
  const match = this.$route.matched[1];

  if (match && match.meta.multiNodeKey) {
    vnode.key = match.meta.multiNodeKey(key, this.$route);
    return vnode.key;
  }

  return key;
}

1.2 使用qiankun进行微前端改造后，多页签缓存有什么不同

qiankun是由蚂蚁金服推出的基于Single-Spa实现的前端微服务框架，本质上还是路由分发式的服务框架，不同于原本 Single-Spa采用JS Entry用的方案，qiankun采用HTML Entry 方式进行了替代优化。

使用qiankun进行微前端改造后，页面被拆分为一个基座应用和多个子应用，每个子应用都运行在独立的沙箱环境中。

相对于单页面应用中通过keep-alive管控组件实例的方式，拆分后的各个子应用的keep-alive并不能管控到其他子应用的实例，我们需要缓存对所有的应用生效，那么只能将缓存放到基座应用中。

这个就存在几个问题：

加载：主应用需要在什么时候，用什么方式来加载子应用实例？
渲染：通过缓存实例来渲染子应用时，是通过DOM显隐方式渲染子应用还是有其他方式？
通信：关闭页签时，如何判断是否完全卸载子应用，主应用应该使用什么通信方式告诉子应用？

二、方案选择

通过在Github issues及掘金等平台的一系列资料查找和对比后，关于如何在qiankun框架下实现多页签，在不修改qiankun源码的前提下，主要有两种实现的思路。

2.1 方案一：多个子应用同时存在

实现思路：

在dom上通过v-show控制显示哪一个子应用，及display:none;控制不同子应用dom的显示隐藏。

url变化时，通过loadMicroApp手动控制加载哪个子应用，在页签关闭时，手动调用unmount方法卸载子应用。

示例：

具体的DOM展示（通过display:none;控制不同子应用DOM的显隐）：

方案优势：

loadMicroApp是qiankun提供的API，可以方便快速接入；
该方式不卸载子应用，页签切换速度比较快。

方案不足：

子应用切换时不销毁DOM，会导致DOM节点和事件监听过多，严重时会造成页面卡顿；
子应用切换时未卸载，路由事件监听也未卸载，需要对路由变化的监听做特殊的处理。

2.2 方案二：同一时间仅加载一个子应用，同时保存其他应用的状态

实现思路：

通过registerMicroApps注册子应用，qiankun会通过自动加载匹配的子应用；
参考keep-alive实现方式，每个子应用都缓存自己实例的vnode，下次进入子应用时可以直接使用缓存的vnode直接渲染为真实DOM。

方案优势：

同一时间，只是展示一个子应用的active页面，可减少DOM节点数；
非active子应用卸载时同时会卸载DOM及不需要的事件监听，可释放一定内存。

方案不足：

没有现有的API可以快速实现，需要自己管理子应用缓存，实现较为复杂；
DOM渲染多了一个从虚拟DOM转化为真实DOM的一个过程，渲染时间会比第一种方案稍多。

vue组件实例化过程简介

这里简单的回顾下vue的几个关键的渲染节点：

vue关键渲染节点（来源：掘金社区）

compile：对template进行编译，将AST转化后生成render function;

render：生成VNODE虚拟DOM;

patch ：将虚拟DOM转换为真实DOM;

因此，方案二相对于方案一，就是多了最后patch的过程。

2.3 最终选择

根据两种方案优势与不足的评估，同时根据我们项目的具体情况，最终选择了方案二进行实现，具体原因如下：

过多的DOM及事件监听，会造成不必要的内存浪费，同时我们的项目主要以编辑器展示和数据展示为主，单个页签内内容较多，会更倾向于关注内存使用情况；

方案二在子应用二次渲染时多了一个patch过程，渲染速度不会慢多少，在可接受范围内。

三、具体实现

在上面一部分我们简单的描述了方案二的一个实现思路，其核心思想就是是通过缓存子应用实例的vnode，那么这一部分，就来看下它的一个具体的实现的过程。

3.1 从组件级别的缓存到应用级别的缓存

在vue中，keep-alive组件通过缓存vnode的方式，实现了组件级别的缓存，对于通过vue框架实现的子应用来说，它其实也是一个vue实例，那么我们同样也可以做到通过缓存vnode的方式，实现应用级别的缓存。

通过分析keep-alive源码，我们了解到keep-alive是通过在render中进行缓存命中，返回对应组件的vnode，并在mounted和updated两个生命周期钩子中加入对子组件vnode的缓存。

// keep-alive核心代码
render () {
  const slot = this.$slots.default
  const vnode: VNode = getFirstComponentChild(slot)
  const componentOptions: ?VNodeComponentOptions = vnode && vnode.componentOptions
  if (componentOptions) {
    // 更多代码...
    // 缓存命中
    if (cache[key]) {
      vnode.componentInstance = cache[key].componentInstance
      // make current key freshest
      remove(keys, key)
      keys.push(key)
    } else {
      // delay setting the cache until update
      this.vnodeToCache = vnode
      this.keyToCache = key
    }
    // 设置keep-alive，防止再次触发created等生命周期
    vnode.data.keepAlive = true
  }
  return vnode || (slot && slot[0])
}
// mounted和updated时缓存当前组件的vnode
mounted() {
  this.cacheVNode()
}
updated() {
  this.cacheVNode()
}

相对于keep-alive需要在mounted和updated两个生命周期中对vnode缓存进行更新，在应用级的缓存中，我们只需要在子应用卸载时，主动对整个实例的vnode进行缓存即可。

// 父应用提供unmountCache方法
function unmountCache() {
  // 此处永远只会保存首次加载生成的实例
  const needCached = this.instance?.cachedInstance || this.instance;
  const cachedInstance = {};
  cachedInstance._vnode = needCached._vnode;
  // keepalive设置为必须 防止进入时再次created，同keep-alive实现
  if (!cachedInstance._vnode.data.keepAlive) cachedInstance._vnode.data.keepAlive = true;
  // 省略其他代码...

  // loadedApplicationMap用于是key-value形式，用于保存当前应用的实例
  loadedApplicationMap[this.cacheKey] = cachedInstance;
  // 省略其他代码...

  // 卸载实例
  this.instance.$destroy();
  // 设置为null后可进行垃圾回收
  this.instance = null;
}

// 子应用在qiankun框架提供的卸载方法中，调用unmountCache
export async function unmount() {
  console.log('[vue] system app unmount');
  mainService.unmountCache();
}

3.2 移花接木——将vnode重新挂载到一个新实例上

将vnode缓存到内存中后，再将原有的instance卸载，重新进入子应用时，就可以使用缓存的vnode进行render渲染。

// 创建子应用实例，有缓存的vnode则使用缓存的vnode
function newVueInstance(cachedNode) {
  const config = {
    router: this.router,
    store: this.store,
    render: cachedNode ? () => cachedNode : instance.render, // 优先使用缓存vnode
  });
  return new Vue(config);
}

// 实例化子应用实例，根据是否有缓存vnode确定是否传入cachedNode
this.instance = newVueInstance(cachedNode);
this.instance.$mount('#app');

那么，这里不禁就会有些疑问：

如果我们每次进入子应用时，都重新创建一个实例，那么为什么还要卸载，直接不卸载就可以了吗？

将缓存vnode使用到一个新的实例上，不会有什么问题吗？

首先我们回答一下第一个问题，为什么在切换子应用时，要卸载掉原来的子应用实例，有两个考虑方面：

其一，是对内存的考量，我们需要的其实仅仅是vnode，而不是整个实例，缓存整个实例是方案一的实现方案，所以，我们仅需要缓存我们需要的对象即可；
其二，卸载子应用实例可以移除不必要的事件监听，比如vue-router对popstate事件就进行了监听，我们在其他子应用操作时，并不希望原来的子应用也对这些事件进行响应，那么在子应用卸载时，就可以移除掉这些监听。

对于第二个问题，情况会更加复杂一点，下面一个部分，就主要来看下主要遇到了哪些问题，又该如何去解决。

3.3 解决应用级缓存方案的问题

3.3.1 vue-router相关问题

在实例卸载后对路由变化监听失效；
新的vue-router对原有的router params等参数记录失效。

首先我们需要明确这两个问题的原因：

第一个是因为在子应用卸载时移除了对popstate事件的监听，那么我们需要做的就是重新注册对popstate事件的监听，这里可以通过重新实例化一个vue-router解决；
第二问题是因为通过重新实例化vue-router解决第一个问题之后，实际上是一个新的vue-router，我们需要做的就是不仅要缓存vnode，还需要缓存router相关的信息。

大致的解决实现如下：


// 实例化子应用vue-router
function initRouter() {
  const { router: originRouter } = this.baseConfig;
  const config = Object.assign(originRouter, {
    base: `app-kafka/`,
  });
  Vue.use(VueRouter);
  this.router = new VueRouter(config);
}

// 创建子应用实例，有缓存的vnode则使用缓存的vnode
function newVueInstance(cachedNode) {
  const config = {
    router: this.router, // 在vue init过程中，会重新调用vue-router的init方法，重新启动对popstate事件监听
    store: this.store,
    render: cachedNode ? () => cachedNode : instance.render, // 优先使用缓存vnode
  });
  return new Vue(config);
}

function render() {
  if（isCache） {
    // 场景一、重新进入应用（有缓存）
    const cachedInstance = loadedApplicationMap[this.cacheKey];

    // router使用缓存命中
    this.router = cachedInstance.$router;
    // 让当前路由在最初的Vue实例上可用
    this.router.apps = cachedInstance.catchRoute.apps;
    // 使用缓存vnode重新实例化子应用
    const cachedNode = cachedInstance._vnode;
    this.instance = this.newVueInstance(cachedNode);
  } else {
    // 场景二、首次加载子应用/重新进入应用（无缓存）
    this.initRouter();
    // 正常实例化
    this.instance = this.newVueInstance();
  }
}

function unmountCache() {
  // 省略其他代码...
  cachedInstance.$router = this.instance.$router;
  cachedInstance.$router.app = null;
  // 省略其他代码...
}

3.3.2 父子组件通信

多页签的方式增加了父子组件通信的频率，qiankun有提供setGlobalState通信方式，但是在单应用模式下，同一时间仅支持和一个子应用进行通行，对于unmount 的子应用来说，无法接收到父应用的通信，因此，对于不同的场景，我们需要更加灵活的通信方式。

子应用——父应用：使用qiankun自带通信方式；

从子到父的通信场景较为简单，一般只有路由变化时进行上报，并且仅为激活状态的子应用才会上报，可直接使用qiankun自带通信方式；

父应用——子应用：使用自定义事件通信；

父应用到子应用，不仅需要和active状态的子应用通信，还需要和当前处于缓存中子应用通信；

因此，父应用到子应用，通过自定义事件的方式，能够实现父应用和多个子应用的通信。

// 自定义事件发布
const evt = new CustomEvent('microServiceEvent', {
  detail: {
    action: { name: action, data },
    basePath, // 用于子应用唯一标识
  },
});
document.dispatchEvent(evt);

// 自定义事件监听
document.addEventListener('microServiceEvent', this.listener);

3.3.3 缓存管理，防止内存泄露

使用缓存最重要的事项就是对缓存的管理，在不需要的时候及时清理，这在JS中是非常重要但很容易被忽略的事项。

应用级缓存

子应用vnode、router等属性，子应用切换时缓存；

页面级缓存

通过vue-keep-alive缓存组件的vnode；

删除页签时，监听remove事件，删除页面对应的vnode；

vue-keep-alive组件中所有缓存均被删除时，通知删除整个子应用缓存；

3.4 整体框架

最后，我们从整体的视角来了解下多页签缓存的实现方案。

因为不仅仅需要对子应用的缓存进行管理，还需要将vue-keep-alive组件注册到各个子应用中等事项，我们将这些服务统一在主应用的mainService中进行管理，在registerMicroApps注册子应用时通过props传入子应用，这样就能够实现同一套代码，多处复用。

// 子应用main.js
let mainService = null;

export async function mount(props) {
  mainService = null;
  const { MainService } = props;
  // 注册主应用服务
  mainService = new MainService({
  // 传入对应参数
  });
  // 实例化vue并渲染
  mainService.render(props);
}
export async function unmount() {
  mainService.unmountCache();
}

最后对关键流程进行梳理：

四、现有问题

4.1 暂时只支持vue框架的实例缓存

该方案也是基于vue现有特性支持实现的，在react社区中对于多页签实现并没有统一的实现方案，笔者也没有过多的探索，考虑到现有项目是以vue技术栈为主，后期升级也会只升级到vue3.0，在一段时间内是可以完全支持的。

五、总结

相较于社区上大部分通过方案一进行实现，本文提供了另一种实现多页签缓存的一种思路，主要是对子应用缓存处理上有些许的不同，大致的思路及通信的方式都是互通的。

另外本文对qiankun框架的使用没有做太多的发散总结，官网和Github上已经有很多相关问题的总结和踩坑经验可供参考。

最后，如果文章有什么问题或错误，欢迎指出，谢谢。

参考阅读