SPA路由實現的基本原理

1. SPA路由實現的基本原理

前端單頁應用實現路由的策略有兩種，分別是 基於hash 和 基於 History API

基於hash

通過將一個 URL path 用 # Hash 符號拆分。— 瀏覽器視作其為虛擬的片段。

最早前端路由的實現就是基於 location.hash 來實現的，有這樣幾個特性：

URL 中hash值的改變不會被觸發頁面的過載
頁面傳送請求時， hash 部分不會被傳送
hash 值的改變，會記錄在瀏覽器的歷史記錄，可使用瀏覽器的「後退」「前進」觸發頁面跳轉
可以利用 hashchange 事件來監聽 hash 的變化

觸發hash 變化的方式有兩種：

通過a 標籤的 href 屬性，使用者點選後，URL 就會發生改變，進而觸發 hashchange 事件
直接對 location.hash 賦值，從而改變 URL, 觸發hashchange 事件。

基於 History API

普通的 URL path (無雜湊的 URL path) — 伺服器需要攔截路徑請求返回入口 index.html 檔案

基於 hash 的實現，存在一些問題，例如

URL 上很多 # 影響美觀。

因此 H5 中，提供了 History API 來實現 URL 的變化。採用這種策略實現的前端路由，主要是利用了 popstate 事件來監聽歷史記錄的變化。

補在文章後面：

除此之外，基於 Hash 的路由不需要對伺服器做改動，但是基於 History API 的路由則需要對伺服器做一些 hanle 處理。

2. 相關API 與方法

在開始手動實現之前，有必要先了解一下將會涉及的 API 與方法。

基於 Location.hash 相關

location

範例屬性 hash

返回 URL 中 # 部分的內容，例如 http://www.example.com/index.html#hello 中的 #hello 部分。

History API

範例屬性

`History.length` [唯讀屬性]

返回 session 歷史記錄的長度，新開啟的tab 頁面該屬性值為 1 。

`History.scrollRestoration`

控制頁面重新整理時是否記住使用者頁面的捲動位置。該值是一個可設定值，有 auto 和 manual 兩種：

auto : 儲存頁面捲動位置(預設)
manual: 不儲存頁面捲動位置

新開啟tab 頁面時，捲動位置始終回到頁面頂部。這兩個屬性僅對頁面重新整理有效。

`History.state` [唯讀屬性]

瀏覽器頁面歷史記錄是一個棧結構，該屬性將返回棧頂頁面的狀態，在使用pushState() 或者 replaceState() 方法之前，這個值為 null. state 是一個 js 物件，該物件將會被儲存到使用者的本地磁碟，瀏覽器關閉重啟之後，還能夠存取歷史值。但是該物件有大小限制(具體大小根據瀏覽器的實現而定)，一旦所設定內容超出該限制，瀏覽器將會丟擲錯誤。

實體方法

`History.go()`

該方法控制頁面回到歷史中的某個相對位置，僅一個可選參數列示前進的步進值，它可以為正值，也可以為負值。

如果不傳入引數，或者傳入 0, 則等同於頁面重新整理。
該方法無返回值。

`History.back()`

該方法，不接受任何引數。它等同於 history.go(-1), 也就是頁面的回退按鈕。

`History.forward()`

該方法同樣不接受引數，等同於 history.go(1), 也就是頁面的前進按鈕

`History.pushState()` 和 `History.replaceState()`

語法：

pushState(state, unused)
pushState(state, unused, url)

state 是一個 js 物件，可以是任意被序列化的值。第二個引數被廢棄了，但是由於歷史緣故，依然保留，在使用時，應該傳入一個空字串。

這兩個方法用於手動操作History物件。

.
├── foo.html
└── index.html

<head>  
	<title>History demo</title>
</head>
<body>
    <button onclick="handleClick()">test</button>
    <p>
        some text here...
    </p>
</body>

function handleClick() {
  window.history.pushState({ hello: 'world' }, '', 'foo.html');
}

chrome 瀏覽器中，可以將滑鼠按住後退按鈕，檢視到 History 陣列：

此時點選 test 按鈕後:

瀏覽器新開啟tab 就會入棧一個「New Tab」, 點選test 觸發 pushState() 之後，會將當且頁面「History demo」入棧, 然後當前頁面變為 foo.html, 頁面的狀態變作：{hello: 'world'}, 可以通過history.state 存取到。

值得注意的是，頁面雖然改變了，但是還沒有更新渲染。此時如果重新整理頁面，就會更新渲染了。

但是注意pushState 的目標url,必須是一個子域地址，且如果pushState 的目標頁面不存在，頁面重新整理之後會報404錯誤。

在 foo.html 中新增一個按鈕，測試 replaceState 方法：

<!--foo.html-->
  <body>
    <button onclick="handleReplace()">replace</button>
    foo foo foo foo foo foo foo foo foo foo
    <script src="script.js"></script>
  </body>

// script.js
function handleReplace() {
  window.history.replaceState({ foo: 'bar' }, '', 'bar.html');
}

當前頁面foo.html 將會被替換為 bar.html, 狀態改變為 {foo: 'bar'}, 頁面同樣在重新整理後會更新。

注意，該方法並不會新增一個記錄到歷史記錄。

關於History.pushState() 和 History.replaceState() 這兩個API 的補充：

這兩個API的，第三個引數可以可選的，如果預設，那麼操作預設以當前頁面為目標。第二個引數可以認為始終傳入 "" 一個空串。
頁面不僅僅

3. 手寫一個簡單的路由

1.0 預準備

因為接下來的兩種實現，我們都將用到同樣的檔案目錄結構，所以在這裡我們先建立好他們。

1.0.1 檔案目錄

.
├── index.html
├── js
│   └── router.js
└── templates
    ├── 404.html
    ├── about.html
    ├── contact.html
    └── index.html

1.0.2 建立伺服器 serve 的主 html 檔案

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
  <head>
    <meta charset="UTF-8" />
    <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge" />
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0" />
    <meta name="description" />
    <title></title>
  </head>
  <body>
    <nav>
      <a href="/">Home</a>
      <a href="#about">About</a>
      <a href="#contact">Contact</a>
    </nav>
    <div id="content"></div>
    <script src="js/router.js"></script>
  </body>
</html>

1.0.3 建立指令碼檔案

注意一個步驟中的程式碼，在body閉合標籤的上方，我們引入了js指令碼。

1.1 基於 History API

1.1.1 新增路由導航

將以下程式碼新增到 <nav></nav> 標籤內，作為我們的路由導航。

<a href="/">Home</a>
<a href="/about">About</a>
<a href="/contact">Contact</a>

1.1.2 建立路由陣列

// route.js
const routes = {
    404: {
        template: "/templates/404.html",
        title: "404",
        description: "Page not found",
    },
    "/": {
        template: "/templates/index.html",
        title: "Home",
        description: "This is the home page",
    },
    "/about": {
        template: "/templates/about.html",
        title: "About Us",
        description: "This is the about page",
    },
    "/contact": {
        template: "/templates/contact.html",
        title: "Contact Us",
        description: "This is the contact page",
    },
};

1.1.3 給導航新增點選事件監聽器

//script.js
const route = (event) => {
    event = event || window.event; // get window.event if event argument not provided
    event.preventDefault();
    // window.history.pushState(state, unused, target link);
    window.history.pushState({}, "", event.target.href);
    locationHandler();
};

// create document click that watches the nav links only
document.addEventListener("click", (e) => {
    const { target } = e;
    if (!target.matches("nav a")) {
        return;
    }
    e.preventDefault();
    route();
});

1.1.4 建立處理 location URL 的函數

//script.js
const locationHandler = async () => {
    const location = window.location.pathname; // get the url path
    // if the path length is 0, set it to primary page route
    if (location.length == 0) {
        location = "/";
    }
    // get the route object from the urlRoutes object
    const route = routes[location] || routes["404"];
    // get the html from the template
    // 注意這裡是怎麼獲取到html模板的，很具有技巧性
    const html = await fetch(route.template).then((response) => response.text());
    // set the content of the content div to the html
    document.getElementById("content").innerHTML = html;
    // set the title of the document to the title of the route
    document.title = route.title;
    // 如何選中 meta 標籤
    // set the description of the document to the description of the route
    document
        .querySelector('meta[name="description"]')
        .setAttribute("content", route.description);
};

1.1.5 完成指令碼

最後，我們需要在頁面首次載入的時候呼叫一下 locationHandler 方法，否則，首頁無法呈現。

此外，我們還需要新增 URL 變化的 watcher

//script.js
// add an event listener to the window that watches for url changes
window.onpopstate = locationHandler;
// call the urlLocationHandler function to handle the initial url
window.route = route;
// call the urlLocationHandler function to handle the initial url
locationHandler();

注意，點選導航，以及使用者控制頁面前進後退，都會觸發頁面的渲染。所以需要呼叫 locationHandler 方法。

1.2 基於hash 的實現

1.2.1 新增路由導航

將以下內容新增在 <nav></nav> 標籤內：

<a href="/">Home</a>
<a href="#about">About</a>
<a href="#contact">Contact</a>

1.2.2 建立路由陣列

//script.js
const routes = {
    404: {
        template: "/templates/404.html",
        title: "404",
        description: "Page not found",
    },
    "/": {
        template: "/templates/index.html",
        title: "Home",
        description: "This is the home page",
    },
    about: {
        template: "/templates/about.html",
        title: "About Us",
        description: "This is the about page",
    },
    contact: {
        template: "/templates/contact.html",
        title: "Contact Us",
        description: "This is the contact page",
    },
};

1.2.3 建立處理 location URL 的函數

//script.js
const locationHandler = async () => {
    // get the url path, replace hash with empty string
    var location = window.location.hash.replace("#", "");
    // if the path length is 0, set it to primary page route
    if (location.length == 0) {
        location = "/";
    }
    // get the route object from the routes object
    const route = routes[location] || routes["404"];
    // get the html from the template
    const html = await fetch(route.template).then((response) => response.text());
    // set the content of the content div to the html
    document.getElementById("content").innerHTML = html;
    // set the title of the document to the title of the route
    document.title = route.title;
    // set the description of the document to the description of the route
    document
        .querySelector('meta[name="description"]')
        .setAttribute("content", route.description);
};

1.2.4 完成指令碼

同樣的，頁面首次載入，以及 hashchange 的時候都需要呼叫 locationHandler 函數

//script.js
// create a function that watches the hash and calls the urlLocationHandler
window.addEventListener("hashchange", locationHandler);
// call the urlLocationHandler to load the page
locationHandler();

4. 總結

4.1 原理總結

總結的來說，基於 History API 的實現，主要是利用了 h5 提供的 pushState, replaceState方法。去改變當前頁面的 URL, 同時，利用點選事件結合 window.popState 監聽事件觸發頁面的更新渲染邏輯。

而基於 location.hash 的實現，則更為簡單，直接利用 a 便籤的 href 屬性，觸發 hashchange 事件，進而觸發頁面的更新邏輯。

對比起來，基於 location.hash 的實現要更為簡單。但是基於 History API 實現的路由，URL 中不含有 # 而顯得使用者體驗更加良好。

4.2 基於History API 的實現需要注意的事項

此外值得注意的一點是，現在的框架中，大都提供了這兩中實現方案。在實際應用中。如果應用了基於 History API 的實現方式，伺服器通常需要做一些設定。

因為由於單頁應用路由的實現是前端實現的，可以理解為是「偽路由」，路由的跳轉邏輯都是前端程式碼完成的，這樣就存在一個問題，例如上面的實現中， http://127.0.0.1:5500/about 這個頁面使用者點選了頁面重新整理，就會找不到頁面。因為瀏覽器會向伺服器「http://127.0.0.1:5500/about」這個地址傳送 GET 請求，希望請求到一個單獨的 index.html 檔案，而實際上這個檔案我們伺服器上是不存在的。我們需要將其處理為：

http://127.0.0.1:5500/ server 返回首頁

http://127.0.0.1:5500/about server 返回首頁, 然後前端路由跳轉到 about 頁

http://127.0.0.1:5500/contact server 返回首頁，然後前端路由跳轉到 contact 頁

為了做到這點，所以我們需要對伺服器做一些轉發處理，

// root 是我原生的頁面地址
// try_files 將匹配子級路由全部嘗試返回 index.html 檔案
server {
    listen 7000;
    location / {
        root /home/jayce/Desktop/temp/demo/front-end-router-implement/HistoryApi;
        index index.html;
        try_files $uri $uri/ /index.html;
    }
}

4.3 兩種實現模式的優勢和挑戰對比

4.3.1 基於 History API 的實現

優勢

URL 看起來和普通的url 一樣，更加美觀簡潔
在 SEO 方面，普通 url 會有更多的優勢
現代框架通常預設支援該模式

挑戰

使用者端重新整理時，會把 SPA 的路由誤當作資源請求連結，所以需要設定 web 伺服器以處理這些「路由形式的URL」以統一放回入口 index.html 檔案。
通常為了讓伺服器區分這些「路由形式的URL」, 所以通常需要用一些字首以區分和普通請求的區別，如 /api/*
通過這種方式實現時，定義路由的時候需要特別注意，因為不當的連結跳轉可能會導致全頁面過載。

4.3.2 基於 Location.hash 的實現

優勢

瀏覽器不會將 URL.path 中 # hash 後面的部分視作一個分頁，因此預設的就不會觸發頁面的過載
在前端定義帶有 hash 的連結總是安全的，因為它不會觸發頁面的過載
伺服器端不需要額外設定。
實現起來更加簡單

挑戰

SEO 並不友好
使用者體驗不好