微前端架构的几种技术选型

背景

随着SPA大规模的应用，紧接着就带来一个新问题：一个规模化应用需要拆分。

一方面功能快速增加导致打包时间成比例上升，而紧急发布时要求是越短越好，这是矛盾的。另一方面当一个代码库集成了所有功能时，日常协作绝对是非常困难的。而且最近十多年，前端技术的发展是非常快的，每隔两年就是一个时代，导致同志们必须升级项目甚至于换一个框架。但如果大家想在一个规模化应用中一个版本做好这件事，基本上是不可能的。

最早的解决方案是采用iframe的方法，根据功能主要模块拆分规模化应用，子应用之间使用跳转。但这个方案最大问题是导致页面重新加载和白屏。

那有什么好的解决方案呢？微前端这样具有跨应用的解决方案在此背景下应运而生了！

微前端的概念

微前端是什么：微前端是一种类似于微服务的架构，是一种由独立交付的多个前端应用组成整体的架构风格，将前端应用分解成一些更小、更简单的能够独立开发、测试、部署的应用，而在用户看来仍然是内聚的单个产品。有一个基座应用（主应用），来管理各个子应用的加载和卸载。

f135ab0912746bd6.png

所以微前端不是指具体的库，不是指具体的框架，不是指具体的工具，而是一种理想与架构模式。

微前端的核心三大原则就是：独立运行、独立部署、独立开发

微前端的优势

采用微前端架构的好处就是，将这些小型应用融合为一个完整的应用，或者将原本运行已久、没有关联的几个应用融合为一个应用可以将多个项目融合为一，又可以减少项目之间的耦合，提升项目扩展性。

实现微前端的几种方式

• 从single-spa到qiankun
• 基于WebComponent的micro-app
• webpack5实现的Module Federation

微前端框架的分类

Single-spa

single-spa是一个很好的微前端基础框架，而qiankun框架就是基于single-spa来实现的，在single-spa的基础上做了一层封装，也解决了single-spa的一些缺陷。

首先我们先来了解该如何使用single-spa来完成微前端的搭建。

single-spa.jpg

Single-spa实现原理

首先在基座应用中注册所有App的路由，single-spa保存各子应用的路由映射关系，充当微前端控制器Controler，。URL响应时，匹配子应用路由并加载渲染子应用。上图便是对single-spa完整的描述。

有了理论基础，接下来，我们来看看代码层面时如何使用的。

以下以Vue工程为例基座构建single-spa,在Vue工程入口文件main.js完成基座的配置。

基座配置

//main.js
import Vue from 'vue'
import App from './App.vue'
import router from './router'
import { registerApplication, start } from 'single-spa'

Vue.config.productionTip = false

const mountApp = (url) => {
  return new Promise((resolve, reject) => {
    const script = document.createElement('script')
    script.src = url

    script.onload = resolve
    script.onerror = reject

    // 通过插入script标签的方式挂载子应用
    const firstScript = document.getElementsByTagName('script')[0]
    // 挂载子应用
    firstScript.parentNode.insertBefore(script, firstScript)
  })
}

const loadApp = (appRouter, appName) => {

  // 远程加载子应用
  return async () => {
    //手动挂载子应用
    await mountApp(appRouter + '/js/chunk-vendors.js')
    await mountApp(appRouter + '/js/app.js')
    // 获取子应用生命周期函数
    return window[appName]
  }
}

// 子应用列表
const appList = [
  {
    // 子应用名称
    name: 'app1',
    // 挂载子应用
    app: loadApp('http://localhost:8083', 'app1'),
    // 匹配该子路由的条件
    activeWhen: location => location.pathname.startsWith('/app1'),
    // 传递给子应用的对象
    customProps: {}
  },
  {
    name: 'app2',
    app: loadApp('http://localhost:8082', 'app2'),
    activeWhen: location => location.pathname.startsWith('/app2'),
    customProps: {}
  }
]

// 注册子应用
appList.map(item => {
  registerApplication(item)
})

// 注册路由并启动基座
new Vue({
  router,
  mounted() {
    start()
  },
  render: h => h(App)
}).$mount('#app')


复制代码

构建基座的核心是：配置子应用信息，通过registerApplication注册子应用，在基座工程挂载阶段start启动基座。

子应用配置

import Vue from 'vue'
import App from './App.vue'
import router from './router'
import singleSpaVue from 'single-spa-vue'

Vue.config.productionTip = false

const appOptions = {
  el: '#microApp',
  router,
  render: h => h(App)
}

// 支持应用独立运行、部署，不依赖于基座应用
// 如果不是微应用环境，即启动自身挂载的方式
if (!process.env.isMicro) {
  delete appOptions.el
  new Vue(appOptions).$mount('#app')
}
// 基于基座应用，导出生命周期函数
const appLifecycle = singleSpaVue({
  Vue,
  appOptions
})

// 抛出子应用生命周期
// 启动生命周期函数
export const bootstrap = (props)  => {
  console.log('app2 bootstrap')
  return appLifecycle.bootstrap(() => { })
}
// 挂载生命周期函数
export const mount = (props) => {
  console.log('app2 mount')
  return appLifecycle.mount(() => { })
}
// 卸载生命周期函数
export const unmount = (props) => {
  console.log('app2 unmount')
  return appLifecycle.unmount(() => { })
}

复制代码

配置子应用为umd打包方式

//vue.config.js
const package = require('./package.json')
module.exports = {
  // 告诉子应用在这个地址加载静态资源，否则会去基座应用的域名下加载
  publicPath: '//localhost:8082',
  // 开发服务器
  devServer: {
    port: 8082
  },
  configureWebpack: {
    // 导出umd格式的包，在全局对象上挂载属性package.name，基座应用需要通过这个
    // 全局对象获取一些信息，比如子应用导出的生命周期函数
    output: {
      // library的值在所有子应用中需要唯一
      library: package.name,
      libraryTarget: 'umd'
    }
  }

复制代码

配置子应用环境变量

// .env.micro 
NODE_ENV=development
VUE_APP_BASE_URL=/app2
isMicro=true
复制代码

子应用配置的核心是用singleSpaVue生成子路由配置后，必须要抛出其生命周期函数。

用以上方式便可轻松实现一个简单的微前端应用了。

那么我们有single-spa这种微前端解决方案，为什么还需要qiankun呢？

相比于single-spa，qiankun他解决了JS沙盒环境，不需要我们自己去进行处理。在single-spa的开发过程中，我们需要自己手动的去写调用子应用JS的方法（如上面的 createScript方法），而qiankun不需要，乾坤只需要你传入响应的apps的配置即可，会帮助我们去加载。

Qiankun

Qiankun的优势

• 基于 single-spa[1] 封装，提供了更加开箱即用的 API。
• 技术栈无关，任意技术栈的应用均可 使用/接入，不论是 React/Vue/Angular/JQuery 还是其他等框架。
• HTML Entry 接入方式，让你接入微应用像使用 iframe 一样简单。
• 样式隔离，确保微应用之间样式互相不干扰。
• JS 沙箱，确保微应用之间 全局变量/事件 不冲突。
• 资源预加载，在浏览器空闲时间预加载未打开的微应用资源，加速微应用打开速度。

基座配置

import { registerMicroApps, start } from 'qiankun';


registerMicroApps([
  {
    name: 'reactApp',
    entry: '//localhost:3000',
    container: '#container',
    activeRule: '/app-react',
  },
  {
    name: 'vueApp',
    entry: '//localhost:8080',
    container: '#container',
    activeRule: '/app-vue',
  },
  {
    name: 'angularApp',
    entry: '//localhost:4200',
    container: '#container',
    activeRule: '/app-angular',
  },
]);
// 启动 qiankun
start();
复制代码

子应用配置

以 create react app 生成的 react 16 项目为例，搭配 react-router-dom 5.x。

1.在 src 目录新增 public-path.js，解决子应用挂载时，访问静态资源冲突

  if (window.__POWERED_BY_QIANKUN__) {
    __webpack_public_path__ = window.__INJECTED_PUBLIC_PATH_BY_QIANKUN__;
  }
复制代码

2.设置 history 模式路由的 base：

  <BrowserRouter basename={window.__POWERED_BY_QIANKUN__ ? '/app-react' : '/'}>
复制代码

3.入口文件 index.js 修改，为了避免根 id #root 与其他的 DOM 冲突，需要限制查找范围。

 import './public-path';
  import React from 'react';
  import ReactDOM from 'react-dom';
  import App from './App';


  function render(props) {
    const { container } = props;
    ReactDOM.render(<App />, container ? container.querySelector('#root') : 
    document.querySelector('#root'));
  }


  if (!window.__POWERED_BY_QIANKUN__) {
    render({});
  }


  export async function bootstrap() {
    console.log('[react16] react app bootstraped');
  }


  export async function mount(props) {
    console.log('[react16] props from main framework', props);
    render(props);
  }


  export async function unmount(props) {
    const { container } = props;
    ReactDOM.unmountComponentAtNode(container ? container.querySelector('#root') :  
    document.querySelector('#root'));
  }
复制代码

4.修改 webpack 配置

安装插件 @rescripts/cli，当然也可以选择其他的插件，例如 react-app-rewired。

npm i -D @rescripts/cli
复制代码

根目录新增 .rescriptsrc.js：

const { name } = require('./package');


module.exports = {
  webpack: (config) => {
    config.output.library = `${name}-[name]`;
    config.output.libraryTarget = 'umd';
    config.output.jsonpFunction = `webpackJsonp_${name}`;
    config.output.globalObject = 'window';


    return config;
  },


  devServer: (_) => {
    const config = _;


    config.headers = {
      'Access-Control-Allow-Origin': '*',
    };
    config.historyApiFallback = true;
    config.hot = false;
    config.watchContentBase = false;
    config.liveReload = false;


    return config;
  },
};
复制代码

以上对Qiankun的使用可以看出，与single-spa使用过程很相似。不同的是，Qiankun的使用过程更简便了。一些内置的操作交由给Qiankun内部实现。这是一种IOC思想的实现，我们只管面向容器化开发，其他操作交给Qiankun框架管理。

Micro-app

micro-app并没有沿袭single-spa的思路，而是借鉴了WebComponent的思想，通过CustomElement结合自定义的ShadowDom，将微前端封装成一个类WebComponent组件，从而实现微前端的组件化渲染。并且由于自定义ShadowDom的隔离特性，micro-app不需要像single-spa和qiankun一样要求子应用修改渲染逻辑并暴露出方法，也不需要修改webpack配置，是目前市面上接入微前端成本最低的方案。

WebComponent的概念

**WebComponent**[2]是HTML5提供的一套自定义元素的接口，**WebComponent**[3]是一套不同的技术，允许您创建可重用的定制元素（它们的功能封装在您的代码之外）并且在您的 web 应用中使用它们。以上是MDN社区对WebComponent的解释。

• Custom elements（自定义元素）： 一组 JavaScript API，允许您定义 custom elements 及其行为，然后可以在您的用户界面中按照需要使用它们。
• Shadow DOM（影子 DOM） ：一组 JavaScript API，用于将封装的“影子”DOM 树附加到元素（与主文档 DOM 分开呈现）并控制其关联的功能。通过这种方式，您可以保持元素的功能私有，这样它们就可以被脚本化和样式化，而不用担心与文档的其他部分发生冲突。
• HTML templates（HTML 模板）：<template> 和 <slot> 元素使您可以编写不在呈现页面中显示的标记模板。然后它们可以作为自定义元素结构的基础被多次重用。

接下来用一个小例子更快来理解WebComponent的概念。

一个存在组件内交互的WebComponent

// 基于HTMLElement自定义组件元素
class CounterElement extends HTMLElement {

  // 在构造器中生成shadow节点
  constructor() {
    super();

    this.counter = 0;

    // 打开影子节点
    // 影子节点是为了隔离外部元素的影响
    const shadowRoot = this.attachShadow({ mode: 'open' });

    // 定义组件内嵌样式
    const styles = `
          #counter-increment {
              width: 60px;
              height: 30px;
              margin: 20px;
              background: none;
              border: 1px solid black;
          }
      `;

    // 定义组件HTMl结构
    shadowRoot.innerHTML = `
          <style>${styles}</style>
          <h3>Counter</h3>
          <slot name='counter-content'>Button</slot>
          <span id='counter-value'>; 0 </span>;
          <button id='counter-increment'> + </button>
      `;

    // 获取+号按钮及数值内容
    this.incrementButton = this.shadowRoot.querySelector('#counter-increment');
    this.counterValue = this.shadowRoot.querySelector('#counter-value');

    // 实现点击组件内事件驱动
    this.incrementButton.addEventListener("click", this.decrement.bind(this));

  }

  increment() {
    this.counter++
    this.updateValue();
  }

  // 替换counter节点内容，达到更新数值的效果
  updateValue() {
    this.counterValue.innerHTML = this.counter;
  }
}

// 在真实dom上，生成自定义组件元素
customElements.define('counter-element', CounterElement);

复制代码

有了对WebComponent的理解，接下来，我们更明白了Micro-app的优势。

micro-app的优势

d879637b4bb34253.png

• 使用简单

  我们将所有功能都封装到一个类WebComponent组件中，从而实现在基座应用中嵌入一行代码即可渲染一个微前端应用。

  同时micro-app还提供了js沙箱、样式隔离、元素隔离、预加载、数据通信、静态资源补全等一系列完善的功能。

• 零依赖

  micro-app没有任何依赖，这赋予它小巧的体积和更高的扩展性。

• 兼容所有框架

  为了保证各个业务之间独立开发、独立部署的能力，micro-app做了诸多兼容，在任何技术框架中都可以正常运行。

基座的简易配置

基座存在预加载子应用、父子应用通信、公共文件共享等等

// index.js
import React from "react"
import ReactDOM from "react-dom"
import App from './App'
import microApp from '@micro-zoe/micro-app'

const appName = 'my-app'

// 预加载
microApp.preFetch([
  { name: appName, url: 'xxx' }
])

// 基座向子应用数据通信
microApp.setData(appName, { type: '新的数据' })
// 获取指定子应用数据
const childData = microApp.getData(appName)

microApp.start({
  // 公共文件共享
  globalAssets: {
    js: ['js地址1', 'js地址2', ...], // js地址
    css: ['css地址1', 'css地址2', ...], // css地址
  }
})
复制代码

分配一个路由给子应用

// router.js
import { BrowserRouter, Switch, Route } from 'react-router-dom'

export default function AppRoute () {
  return (
    <BrowserRouter>
      <Switch>
        <Route path='/'>
          <micro-app name='app1' url='http://localhost:3000/' baseroute='/'></micro-app>
        </Route>
      </Switch>
    </BrowserRouter>
  )
}

复制代码

子应用的简易配置

// index.js
import React from "react"
import ReactDOM from "react-dom"
import App from './App'
import microApp from '@micro-zoe/micro-app'

const appName = 'my-app'

// 子应用运行时，切换静态资源访问路径
if (window.__MICRO_APP_ENVIRONMENT__) {
  __webpack_public_path__ = window.__MICRO_APP_PUBLIC_PATH__
}

// 基子应用向基座发送数据
// dispatch只接受对象作为参数
window.microApp.dispatch({ type: '子应用发送的数据' })
// 获取基座数据
const data = window.microApp.getData() // 返回基座下发的data数据

//性能优化，umd模式
// 如果子应用渲染和卸载不频繁，那么使用默认模式即可，如果子应用渲染和卸载非常频繁建议使用umd模式
// 将渲染操作放入 mount 函数 -- 必填
export function mount() {
  ReactDOM.render(<App />, document.getElementById("root"))
}

// 将卸载操作放入 unmount 函数 -- 必填
export function unmount() {
  ReactDOM.unmountComponentAtNode(document.getElementById("root"))
}

// 微前端环境下，注册mount和unmount方法
if (window.__MICRO_APP_ENVIRONMENT__) {
  window[`micro-app-${window.__MICRO_APP_NAME__}`] = { mount, unmount }
} else {
  // 非微前端环境直接渲染
  mount()
}

复制代码

设置子应用路由

import { BrowserRouter, Switch, Route } from 'react-router-dom'

export default function AppRoute () {
  return (
    // 设置基础路由，子应用可以通过window.__MICRO_APP_BASE_ROUTE__获取基座下发的baseroute，
    // 如果没有设置baseroute属性，则此值默认为空字符串
    <BrowserRouter basename={window.__MICRO_APP_BASE_ROUTE__ || '/'}>
      ...
    </BrowserRouter>
  )
}

复制代码

以上便是Micro-app的用法

Module Federation

Module Federation是Webpack5提出的概念，module federation用来解决多个应用之间代码共享的问题，让我们更加优雅的实现跨应用的代码共享。

MF想做的事和微前端想解决的问题是类似的，把一个应用进行拆分成多个应用，每个应用可独立开发，独立部署，一个应用可以动态加载并运行另一个应用的代码，并实现应用之间的依赖共享。

为了实现这样的功能， MF在设计上提出了这几个核心概念。

Container

一个被 ModuleFederationPlugin 打包出来的模块被称为 Container。通俗点讲就是，如果我们的一个应用使用了 ModuleFederationPlugin 构建，那么它就成为一个 Container，它可以加载其他的 Container，可以被其他的 Container 所加载。

Host&Remote

从消费者和生产者的角度看 Container，Container 又可被称作 Host 或 Remote。

Host：消费方，它动态加载并运行其他 Container 的代码。

Remote：提供方，它暴露属性（如组件、方法等）供 Host 使用

可以知道，这里的 Host 和 Remote 是相对的，因为 一个 Container 既可以作为 Host，也可以作为 Remote。

Shared

一个 Container 可以 Shared 它的依赖（如 react、react-dom）给其他 Container 使用，也就是共享依赖。

微信图片_20220626184254.png

微信图片_20220626184305.png

以上是webpack5与之前版本的模块管理对比图

微应用配置

通过webpack5的配置达成微应用的效果

// 配置webpack.config.js
const { ModuleFederationPlugin } = require("webpack").container;
new ModuleFederationPlugin({
  name: "appA",
 //出口文件
  filename: "remoteEntry.js",
 //暴露可访问的组件
  exposes: {
    "./input": "./src/input",
  },
 //或者其他模块的组件
 //如果把这一模块当作基座模块的话，
 //这里应该配置其他子应用模块的入口文件
  remotes: {
    appB: "appB@http://localhost:3002/remoteEntry.js",
  },
 //共享依赖，其他模块不需要再次下载，便可使用
  shared: ['react', 'react-dom'],
})

复制代码

以上便是我对微应用架构的理解，以及微应用架构技术的演变过程。不难看出，这些技术的演变都朝着易用性和可拓展性的方向演进。其中技术也有其时代的局限性，不过思想和技术总是在不断进步的。这几类技术选型都有其优缺点，各有千秋，我们可以根据不同的需要选择不同的技术来构建应用。

下列是本文写作时的参考资料：

single-spa: zh-hans.single-spa.js.org/docs/gettin…[4]

qiankun: qiankun.umijs.org/zh/guide[5]

WebComponent: developer.mozilla.org/zh-CN/docs/…[6]

micro-app: cangdu.org/micro-app/d…[7]