现代前端框架的渲染模式

本文主要参考的内容来源是patterns.dev。这个网站收录了许多实用的前端设计模式，大家赶紧收藏起来！


React 发布已经十年了，笔者接触前端差不多也有十年时间了。说实话，如果没有 Head First 系列图书，我可能都没有走上编程这条道路。


Head first
Head first


尽管现在看来这系列图书内容可能过时了。

Head First 系列图书让我知道，原来编程也可以这么通俗易懂的，对于刚接触这个领域的同学来说，从这里可以获得很多信心和成就感。
这种风格也一直影响着我，学习和工作、传道授业过程中，我会努力把复杂的事情简化、通俗化，提炼本质。




这十年，前端渲染方式一直在演进，我觉得大概可以分为以下三个阶段：

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  • 传统 SSR: 那时候前端还没有分离，在 JSP、ASP、Ruby on Rails、Django 这些 MVC 框架下，通过模板来渲染页面。jQuery 是这个阶段的主角
  • 前后端分离：从 Node.js 发布，到目前为止，是前端发展最迅速的 10 年。
    前后端分离的典型代表是 Angular 和 React、Vue 等框架，我觉得，促进前后端分离的主要原因还是随着需求的复杂化，分工精细化了。 前端可以专注于 UI 的设计和交互逻辑。后端只需要提供 API，不需要关心前端的具体实现。
  • 同构前端：这几年前端框架的发展进入的深水区，随着云原生、容器技术、Serverless、边缘计算等底层技术设施的普及，也让‘前端’生存范围延展到服务端。前端开始寻求 UX 和 DX 的平衡点






通过这篇文章，你就可以知道近些年前端渲染模式的演变。

废话不多说，直接开始吧。






CSR - 客户端渲染

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这个我们再熟悉不过了， 即前端页面在浏览器中渲染，服务端仅仅是静态资源服务器(比如 nginx)。

初始的 HTML 文件只是一个空壳，我们需要等待 JavaScript 包加载和执行完毕，才能进行交互，白屏时间比较长。

  • 优点
    • 部署简单
    • 页面过渡、功能交互友好
    • 适合复杂交互型应用程序开发
  • 缺点
    • SEO 不友好
    • 白屏时间长
    • 可能需要复杂的状态管理。时至今日，状态管理方面的轮子还在不停地造






SSR - 服务端渲染

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为了解决 SEO 和白屏问题，各大框架开始支持在服务端渲染 HTML 字符串。

SSR 把数据拉取放到了服务端，因为离数据源比较近，数据拉取的速度会快一点。但这也不是完全没有副作用，因为需要在服务端等待数据就绪, TTFB(Time to First Byte) 相比 CSR 会长一点。

SSR 只是给我们准备好了初始的数据和 HTML, 实际上和 CSR 一样，我们还是需要加载完整的客户端程序，然后在浏览器端重新渲染一遍(更专业的说是 Hydration 水合/注水)，才能让 DOM 有交互能力。

也就说， FCP(First Contentful Paint) 相比 CSR 提前了, 但是 TTI(Time to Interactive) 并没有太多差别。只是用户可以更快地看到内容了。

hydration 的主要目的是挂载事件处理器、触发副作用等等

优点

  • SEO 友好
  • 用户可以更快看到内容了

缺点

  • 部署环境要求。需要 Nodejs 等 JavaScript 服务端运行环境
  • 需要包含完整的 JavaScript 客户端渲染程序，TTI 还有改善空间








SSG - 静态生成

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对于完全静态的页面，比如博客，公司主页等等，也可以使用 SSG 静态渲染。

和 SSR 的区别是，SSG 是在构建时渲染的。

和 CSR 一样，因为是静态的，所以在服务端不需要渲染运行时，部署在静态服务器就行了。

VuePress、VitePress、Gatsby、Docusaurus 这些框架都属于 SSG 的范畴。




优点

  • 相比 SSR, 因为不需要服务端运行时、数据拉取，TTFB/FCP 等都会提前。

缺点

  • 和 SSR 一样，也有客户端渲染程序、需要进行 Hydrate。
    对于内容为中心的站点来说，实际上并不需要太多交互，客户端程序还有较大压缩的空间。
  • 在构建时渲染，如果内容变更，需要重新构建，比较麻烦








ISG - 增量静态生成

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ISG 是 SSG 的升级版。解决 SSG 内容变更繁琐问题。

ISG 依旧会在构建时预渲染页面，但是这里多出了一个服务端运行时，这个运行时会按照一定的过期/刷新策略(通常会使用 stale-while-revalidate )来重新生成页面。








Progressive Hydration - 渐进水合

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上文提到，常规的 SSR 通常需要完整加载客户端程序(上图的 bundle.js)，水合之后才能得到可交互页面，这就导致 TTI 会偏晚。

最直接的解决办法就是压缩客户端程序的体积。那么自然会想到使用代码分割(code splitting)技术。
渐进式水合 （Progressive Hydration ） 就是这么来的。

如上图，我们使用代码分割的方式，将 Foo、Bar 抽取为异步组件，抽取后主包的体积下降了，TTI 就可以提前了。

而 Foo、Bar 可以按照一定的策略来按需加载和水合，比如在视口可见时、浏览器空闲时，或者交给 React Concurrent Mode 根据交互的优先级来加载。

React 18 官方支持了渐进式水合（官方叫 Selective Hydration）。

要深入了解 Progress Hydration, 可以看这个视频。






SSR with streaming - 流式 SSR

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这个很好理解。尤其是在最近 ChatGPT 这么火。ChatGPT API 有两种响应模式：普通响应、流式响应

  • renderToString → 普通响应。即 SSR 会等待完整的 HTML 渲染完毕后，才给客户端发送第一个字节。
  • renderToNodeStream → 流式响应。渲染多少，就发送多少。就像 ChatGPT 聊天消息一样，一个字一个字的蹦，尽管接收完整消息的时间可能差不多，用户体验却相差甚远。

浏览器能够很好地处理 HTML 流，快速地将内容呈现给用户，而不是白屏干等。

下面这张图可以更直观感受两者区别：

来源：[https://mxstbr.com/thoughts/streaming-ssr/](https://mxstbr.com/thoughts/streaming-ssr/)

来源：https://mxstbr.com/thoughts/streaming-ssr/

对于常规的流式 SSR，优化效果可能没有我们想象的那么明显。因为框架还是得等数据拉取完成之后才能开始渲染。因此，除非是比较复杂、长序列的 HTML 树，至上而下需要较长时间的渲染，否则效果并不明显。




优点

  • 相比普通响应，流式响应可以提前 TTFB 和 FCP, 浏览器不用空转等待，可以连续绘制。

缺点

  • 数据拉取是 TTFB/FCP 的主要阻塞原因。为了解决这个问题，下文的 Selective Hydration 如何巧妙地解决这个问题。






Selective Hydration - 选择性水合

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选择性水合（Progressive Hydration） 是 渐进式水合(Progressive Hydration) 和 流式SSR(SSR with Streaming) 的升级版。主要通过选择性地跳过‘慢组件’，避免阻塞，来实现更快的 HTML 输出， 从而让流式响应发挥应有的作用。

慢组件通常指的是：需要异步获取数据、体积较大、或者是计算量比较复杂的组件。

比较典型的慢组件是异步数据获取的组件, 如下图，未开启 Selective Hydration 的情况，会等待所有异步任务完成后才开始输出，而 Selective Hydration 可以跳过这些组件，等待它们就绪后，继续输出。

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我们可以在最新的 Next.js(当前是 13.4) 演示一下。


没有开启 Selective Hydration 的 Demo:

function delay(time: number) {
  return new Promise((resolve) => setTimeout(resolve, time))
}

/**
 * 获取关键数据
 */
function getCrucialData() {
  return delay(1000).then(() => {
    return {
      data: Math.random(),
    }
  })
}

function getData(time: number) {
  return delay(time).then(() => {
    return {
      data: Math.random(),
    }
  })
}

const Foo = async () => {
  const data = await getData(1000)

  return <div>foo: {data.data}</div>
}

const Bar = async () => {
  const data = await getData(2000)

  return <div>bar: {data.data}</div>
}

/**
 * 页面 🔴
 *
 */
export default async function WithoutSelective() {
  // 获取关键数据
  const crucialData = await getCrucialData()

  return (
    <div>
      <h1>Without Selective</h1>
      <p>This page is rendered without Selective Hydration.</p>
      <p>crucial data: {crucialData.data}</p>
      <Foo></Foo>
      <Bar></Bar>
    </div>
  )
}


运行结果：浏览器等待响应的时间为 3s
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即所有服务端组件（Server Component） 就绪后才会有实际的内容输出。




开启 Selective Hydration 很简单，我们只需要用 Suspend 包裹起来，提示 React 这可能是一个‘慢组件’，可以跳过他：

export default async function WithoutSelective() {
  // 获取关键数据
  const crucialData = await getCrucialData()

  return (
    <div>
      <h1>Without Selective</h1>
      <p>This page is rendered without Selective Hydration.</p>
      <p>crucial data: {crucialData.data}</p>
      <Suspense fallback="foo loading">
        <Foo></Foo>
      </Suspense>
      <Suspense fallback="bar loading">
        <Bar></Bar>
      </Suspense>
    </div>
  )
}


现在来看运行结果：

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明显 TTFB 提前了！但是完整的请求时间没变。


当 Foo 和 Bar 就绪后，Next.js 会将渲染结果写入流中。怎么做到的？


看一眼 HTML 就知道了：

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对于慢组件，React 会先渲染 Suspend 的 fallback 内容，并留一个插槽。

继续往下看，可以看到 Foo、Bar 的渲染结果：

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接着将渲染结果替换掉插槽。用于后续的水合。






总之，在服务端，Selective Hydration 在 SSR With Streaming 的基础上，通过选择性地跳过一些低优先级的慢组件来优化了 TTFB(主要的，相对于 FCP 等指标也优化了)，更快地向用户呈现页面。

在客户端 Selective Hydration 的运行过程同 Progressive Hydration 。

关于 Selective Hydration 细节，可以阅读以下文章：








Islands Architecture - 岛屿架构

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近两年，去 JavaScript 成为一波小趋势，这其中的典型代表是 Islands Architecture (岛屿架构)和 React Server Component(RSC, React 服务端组件)。

它们主张是：在服务端渲染，然后去掉不必要 JavaScript

岛屿架构的主要代表是 Astro。如上图，Astro 在服务端渲染后，默认情况下，在客户端侧没有客户端程序和水合的过程。而对于需要 JavaScript 增强，实现动态交互的组件，需要显式标记为岛屿。


这有点类似 Progressive Hydration 的意思。但是还是有很大的差别：

  • 岛屿是在去 JavaScript 这个背景下的交互增强手段。按 Astro 解释是： 你可以将‘岛屿’想象成在一片由静态（不可交互）的 HTML 页面中的动态岛屿
  • 每个岛屿都是独立加载、局部水合。而 Progressive Hydration 是整棵树水合的分支，只不过延后了。
  • 岛屿可以框架无关。


去 JavaScript 后，可以缓解典型的 SSR TTI 问题。但是岛屿架构并不能通吃所有的场景，最擅长的是”内容为中心“的站点，即当静态的页面比重远高于动态比重时，去 JavaScript 的收益才是显著的。






React Server Component - React 服务端组件

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在笔者看来，React Server Component(RSC) 本质上和岛屿架构的目的是一样的，都是去 JavaScript。只是实现的手段不同。


这是 Next.js 官方文档的示例图：和岛屿架构类似，对于静态的内容推荐使用 Server Component (SC), 而需要交互增强的，可以使用 Client Component (CC)。

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顾名思义，RSC 就是只能在服务端运行的组件。下面简单对比一下两者的区别：

Server Component Client Component
运行环境 服务端 - 服务端 + 客户端
- 仅客户端
JavaScript 服务端组件依赖的相关程序对客户端不可见。
在这里实现了 ‘去 JavaScript’ 需要打包分发给客户端
水合 不需要水合 需要水合
支持 async Y N
支持状态(state, context) N Y
支持事件、副作用 N Y

RSC 优点类似 React Hooks 出来之前的函数组件: 就是一个普通的函数，不能使用 hooks，没有状态，只会被调用一次。

你可以通过 Next.js 的文档，深入学习 RSC。React 官方的讨论组也是不错的一手学习场地。




那么相比岛屿架构呢？

优点

  • Server Component 和 Client Component 都是 React 框架的组件，尽管有些区别，但是心智模型是统一的。
  • React Server Component 是 React 框架下一体化的原生解决方案，支持和 Selective Hydration 配合使用。岛屿架构只是一个架构模式。
  • 可以进行更细粒度和更灵活的组合。

缺点

  • Server Component 和 Client Component 还是有较大差别，在组合、通信上也有较多限制，需要开发者规划好服务端和客户端的边界。初期有一定上手门槛。
    当然，Islands 可能也有类似的问题。






总结

本文篇幅较长，我给大家整理了这些渲染模式的发展历程和关系脉络

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任何技术的迭代都是有其动机和脉络。不推荐大家面向热度编程，大部分情况下，做到‘知其然，也知其所以然’，就足够了。






扩展阅读