使用 HTML5 开发离线应用

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来源:互联网
作者:郭 宗宝, 软件工程师, IBM

简介: Web2.0 技术鼓励个人的参与,每个人都是 Web 内容的撰写者。如果 Web 应用能够提供离线的功能,让用户在没有网络的地方(例如飞机上)和时候(网络坏了),也能进行内容撰写,等到有网络的时候,再同步到 Web 上,就大大方便了用户的使用。HTML5 作为新一代的 HTML 标准,包含了对离线功能的支持。本文介绍了 HTML5 离线功能中的离线资源缓存、在线状态检测、本地数据存储等内容,并举例说明了如何使用 HTML5 的新特性开发离线应用

HTML5 离线功能介绍

HTML5 是目前正在讨论的新一代 HTML 标准,它代表了现在 Web 领域的最新发展方向。在 HTML5 标准中,加入了新的多样的内容描述标签,直接支持表单验证、视频音频标签、网页元素的拖拽、离线存储和工作线程等功能。其中一个新特性就是对离线应用开发的支持。

在开发支持离线的 Web 应用程序时,开发者通常需要使用以下三个方面的功能:

  1. 离线资源缓存:需要一种方式来指明应用程序离线工作时所需的资源文件。这样,浏览器才能在在线状态时,把这些文件缓存到本地。此后,当用户离线访问应用程序时,这些资源文件会自动加载,从而让用户正常使用。HTML5 中,通过 cache manifest 文件指明需要缓存的资源,并支持自动和手动两种缓存更新方式。
  2. 在线状态检测:开发者需要知道浏览器是否在线,这样才能够针对在线或离线的状态,做出对应的处理。在 HTML5 中,提供了两种检测当前网络是否在线的方式。
  3. 本地数据存储:离线时,需要能够把数据存储到本地,以便在线时同步到服务器上。为了满足不同的存储需求,HTML5 提供了 DOM Storage 和 Web SQL Database 两种存储机制。前者提供了易用的 key/value 对存储方式,而后者提供了基本的关系数据库存储功能。

尽管 HTML5 还处于草稿状态,但是各大主流浏览器都已经实现了其中的很多功能。Chrome、Firefox、Safari 和 Opera 的最新版本都对 HTML5 离线功能提供了完整的支持。IE8 也支持了其中的在线状态检测和 DOM Storage 功能。下面将具体介绍 HTML5 离线功能中的离线资源缓存、在线状态检测、DOM Storage 和 Web SQL Database,最后通过一个简单的 Web 程序说明使用 HTML5 开发离线应用的方法。

 

离线资源缓存

为了能够让用户在离线状态下继续访问 Web 应用,开发者需要提供一个 cache manifest 文件。这个文件中列出了所有需要在离线状态下使用的资源,浏览器会把这些资源缓存到本地。本节先通过一个例子展示 cache manifest 文件的用途,然后详细描述其书写方法,最后说明缓存的更新方式。

cache manifest 示例

我们通过 W3C 提供的示例来说明。Clock Web 应用由三个文件“clock.html”、“clock.css”和“clock.js”组成。
清单 1. Clock 应用代码

				 
 <!-- clock.html --> 
 <!DOCTYPE HTML> 
 <html> 
 <head> 
  <title>Clock</title> 
  <script src="clock.js"></script> 
  <link rel="stylesheet" href="clock.css"> 
 </head> 
 <body> 
  <p>The time is: <output id="clock"></output></p> 
 </body> 
 </html> 

 /* clock.css */ 
 output { font: 2em sans-serif; } 

 /* clock.js */ 
 setTimeout(function () { 
    document.getElementById('clock').value = new Date(); 
 }, 1000);

当用户在离线状态下访问“clock.html”时,页面将无法展现。为了支持离线访问,开发者必须添加 cache manifest 文件,指明需要缓存的资源。这个例子中的 cache manifest 文件为“clock.manifest”,它声明了 3 个需要缓存的资源文件“clock.html”、“clock.css”和“clock.js”。
清单 2. clock.manifest 代码

				 
 CACHE MANIFEST 
 clock.html 
 clock.css 
 clock.js

添加了 cache manifest 文件后,还需要修改“clock.html”,把 <html> 标签的 manifest 属性设置为“clock.manifest”。修改后的“clock.html”代码如下。
清单 3. 设置 manifest 后的 clock.html 代码

				 
 <!-- clock.html --> 
 <!DOCTYPE HTML> 
 <html manifest="clock.manifest"> 
 <head> 
  <title>Clock</title> 
  <script src="clock.js"></script> 
  <link rel="stylesheet" href="clock.css"> 
 </head> 
 <body> 
  <p>The time is: <output id="clock"></output></p> 
 </body> 
 </html>

修改后,当用户在线访问“clock.html”时,浏览器会缓存“clock.html”、“clock.css”和“clock.js”文件;而当用户离线访问时,这个 Web 应用也可以正常使用了。

cache manifest 格式

下面说明书写 cache manifest 文件需要遵循的格式。

  1. 首行必须是 CACHE MANIFEST。
  2. 其后,每一行列出一个需要缓存的资源文件名。
  3. 可根据需要列出在线访问的白名单。白名单中的所有资源不会被缓存,在使用时将直接在线访问。声明白名单使用 NETWORK:标识符。
  4. 如果在白名单后还要补充需要缓存的资源,可以使用 CACHE:标识符。
  5. 如果要声明某 URI 不能访问时的替补 URI,可以使用 FALLBACK:标识符。其后的每一行包含两个 URI,当第一个 URI 不可访问时,浏览器将尝试使用第二个 URI。
  6. 注释要另起一行,以 # 号开头。

清单 4 的代码中给出了 cache manifest 中各类标识符的使用示例。
清单 4. cache manifest 示例代码

				 
 CACHE MANIFEST 
 # 上一行是必须书写的。

 images/sound-icon.png 
 images/background.png 

 NETWORK: 
 comm.cgi

# 下面是另一些需要缓存的资源,在这个示例中只有一个 css 文件。

 CACHE: 
 style/default.css 

 FALLBACK: 
 /files/projects /projects

更新缓存

应用程序可以等待浏览器自动更新缓存,也可以使用 Javascript 接口手动触发更新。

  1. 自动更新浏览器除了在第一次访问 Web 应用时缓存资源外,只会在 cache manifest 文件本身发生变化时更新缓存。而 cache manifest 中的资源文件发生变化并不会触发更新。
  2. 手动更新开发者也可以使用 window.applicationCache 的接口更新缓存。方法是检测 window.applicationCache.status 的值,如果是 UPDATEREADY,那么可以调用 window.applicationCache.update() 更新缓存。示范代码如下。清单 5 手动更新缓存
    				 
     if (window.applicationCache.status == window.applicationCache.UPDATEREADY) 
    {
     window.applicationCache.update(); 
    }

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在线状态检测

如果 Web 应用程序仅仅是一些静态页面的组合,那么通过 cache manifest 缓存资源文件以后,就可以支持离线访问了。但是随着互联网的发展,特别是 Web2.0 概念流行以来,用户的提交的数据渐渐成为互联网的主流。那么在开发支持离线的 Web 应用时,就不能仅仅满足于静态页面的展现,还必需考虑如何让用户在离线状态下也可以操作数据。离线状态时,把数据存储在本地;在线以后,再把数据同步到服务器上。为了做到这一点,开发者首先必须知道浏览器是否在线。HTML5 提供了两种检测是否在线的方式:navigator.online 和 online/offline 事件。

  1. navigator.onLinenavigator.onLine 属性表示当前是否在线。如果为 true, 表示在线;如果为 false, 表示离线。当网络状态发生变化时,navigator.onLine 的值也随之变化。开发者可以通过读取它的值获取网络状态。
  2. online/offline 事件当开发离线应用时,通过 navigator.onLine 获取网络状态通常是不够的。开发者还需要在网络状态发生变化时立刻得到通知,因此 HTML5 还提供了 online/offline 事件。当在线 / 离线状态切换时,online/offline 事件将触发在 body 元素上,并且沿着 document.body、document 和 window 的顺序冒泡。因此,开发者可以通过监听它们的 online/offline 事件来获悉网络状态。

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DOM Storage

在开发支持离线功能的 Web 应用时,开发者需要在本地存储数据。当前浏览器支持的 cookie 虽然也可以用来存储数据,但是 cookie 长度非常小(通常几 k),而且功能有限。因此,HTML5 中新引入了 DOM Storage 机制,用于存储 key/value 对,它的设计目标是提供大规模、安全且易用的存储功能。

DOM Storage 分类

DOM Storage 分为两类:sessionStorage 和 localStorage。除了以下区别外,这两类存储对象的功能是完全一致的。

  1. sessionStorage 用于存储与当前浏览器窗口关联的数据。窗口关闭后,sessionStorage 中存储的数据将无法使用。
  2. localStorage 用于长期存储数据。窗口关闭后,localStorage 中的数据仍然可以被访问。所有浏览器窗口可以共享 localStorage 的数据。

DOM Storage 接口

每一个 Storage 对象都可以存储一系列 key/value 对,Storage 接口定义为:

 interface Storage { 
  readonly attribute unsigned long length; 
  getter DOMString key(in unsigned long index); 
  getter any getItem(in DOMString key); 
  setter creator void setItem(in DOMString key, in any data); 
  deleter void removeItem(in DOMString key); 
  void clear(); 
 };

其中最常用的接口是 getItem 和 setItem。getItem 用于获取指定 key 的 value,而 setItem 用于设置指定 key 的 value。

DOM Storage 示例

这里给出一个使用了 sessionStorage 的例子,localStorage 的用法与它相同。首先使用 SetItem 添加了一个名为“userName”的项,它的值是“developerworks”。然后,调用 getItem 得到“userName”的值,并且弹出提示框显示它。最后,调用 removeItem 删除“userName”。
清单 6 DOM Storage 示例代码

				 
 <!DOCTYPE HTML> 
 <html> 
 <body> 
 <script> 
 // 在 sessionStorage 中定义'userName'变量
 sessionStorage.setItem('userName', 'developerworks');       
 // 访问'userName'变量
 alert("Your user is: " + sessionStorage.getItem('userName')); 
 // 最后删除'userName'
 sessionStorage.removeItem('userName');                       
 </script> 
 </body> 
 </html>

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Web SQL Database

除了 DOM Storage 以外,HTML5 中还有另外一种数据存储方式 Web SQL Database。它提供了基本的关系数据库功能,支持页面上的复杂的、交互式的数据存储。它既可以用来存储用户产生的数据,也可以作为从服务器获取数据的本地高速缓存。例如可以把电子邮件、日程等数据存储到数据库中。Web SQL Database 支持数据库事务的概念,从而保证了即使多个浏览器窗口操作同一数据,也不会产生冲突。

Web SQL Database 基本用法

  1. 创建和打开数据库

使用数据库的第一步是创建并打开数据库,API 是 openDatabase。当数据库已经存在时,openDatabase 仅仅打开数据库;如果这个数据库不存在,那么就创建一个空数据库并且打开它。openDatabase 的定义是:

  Database openDatabase(in DOMString name, in DOMString version, 
  in DOMString displayName, in unsigned long estimatedSize, 
  in optional DatabaseCallback creationCallback);

name:数据库名。

version:数据库版本。

displayName:显示名称。

estimatedSize:数据库预估长度(以字节为单位)。

creationCallback:回调函数。

  1. 执行事务处理在打开数据库以后,就可以使用事务 API transaction。每一个事务作为操作数据库的原子操作,不会被打断,从而避免了数据冲突。transaction 的定义是:
     void transaction(in SQLTransactionCallback callback, 
     in optional SQLTransactionErrorCallback errorCallback, 
     in optional SQLVoidCallback successCallback);

    callback:事务回调函数,其中可以执行 SQL 语句。

    errorCallback:出错回调函数。

    successCallback:执行成功回调函数。

  2. 执行 SQL 语句在事务的回调函数 callback 中,可以执行 SQL 语句,API 是 executeSQL。executeSQL 的定义是:
      void executeSql(in DOMString sqlStatement, 
      in optional ObjectArray arguments, in optional SQLStatementCallback callback, 
      in optional SQLStatementErrorCallback errorCallback);

    sqlStatement:SQL 语句。

    arguments:SQL 语句需要的参数。

    callback:回调函数。

    errorCallback:出错回调函数。

Web SQL Database 示例

下面通过一个例子说明 Web SQL Database 的基本用法。它首先调用 openDatabase 创建了名为“fooDB”的数据库。然后使用 transaction 执行两条 SQL 语句。第一条 SQL 语句创建了名为“foo”的表,第二条 SQL 语句向表中插入一条记录。
清单 7 Web SQL Database 示例代码

				 
 var db = openDatabase('fooDB', '1.0', 'fooDB', 2 * 1024); 
 db.transaction(function (tx) { 
  tx.executeSql('CREATE TABLE IF NOT EXISTS foo (id unique, text)');  
  tx.executeSql('INSERT INTO foo (id, text) VALUES (1, "foobar")'); 
 });

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离线应用示例

最后,通过一个例子来说明使用 HTML5 开发离线应用的基本方法。这个例子会用到前面提到的离线资源缓存、在线状态检测和 DOM Storage 等功能。假设我们开发一个便签管理的 Web 应用程序,用户可以在其中添加和删除便签。它支持离线功能,允许用户在离线状态下添加、删除便签,并且当在线以后能够同步到服务器上。

  1. 应用程序页面这个程序的界面很简单,如图 1 所示。用户点击“New Note”按钮可以在弹出框中创建新的便签,双击某便签就表示删除它。图 1. 应用程序页面
    图 1. 应用程序页面

    这个页面的源文件是 index.html,它的代码如清单 8 所示。

    清单 8 页面 HTML 代码

    				 
     <html manifest="notes.manifest"> 
     <head> 
     <script type="text/javascript" src="server.js"></script> 
     <script type="text/javascript" src="data.js"></script> 
     <script type="text/javascript" src="UI.js"></script> 
     <title>Note List</title> 
     </head> 
    
     <body onload = "SyncWithServer()"> 
     <input type="button" value="New Note" onclick="newNote()"> 
     <ul id="list"></ul> 
     </body> 
     </html>

    在 body 中声明了一个按钮和一个无序列表。当按下“New Note”按钮时,newNote 函数将被调用,它用来添加一条新的便签。而无序列表初始为空,它是用来显示便签的列表。

  2. cache manifest 文件定义 cache manifest 文件,声明需要缓存的资源。在这个例子中,需要缓存“index.html”、“server.js”、“data.js”和“UI.js”等 4 个文件。除了前面列出的“index.html”外,“server.js”、“data.js”和“UI.js”分别包含服务器相关、数据存储和用户界面代码。cache manifest 文件定义如下。清单 9 cache manifest 文件
    				 
     CACHE MANIFEST 
     index.html 
     server.js 
     data.js 
     UI.js
  3. 用户界面代码用户界面代码定义在 UI.js 中。清单 10 用户界面代码 UI.js
    				 
     function newNote() 
     { 
        var title = window.prompt("New Note:"); 
        if (title) 
        { 
            add(title); 
        } 
     } 
    
     function add(title) 
     { 
        // 在界面中添加
        addUIItem(title); 
        // 在数据中添加
        addDataItem(title); 
     } 
    
     function remove(title) 
     { 
        // 从界面中删除
        removeUIItem(title); 
        // 从数据中删除
        removeDataItem(title); 
     } 
    
     function addUIItem(title) 
     { 
        var item = document.createElement("li"); 
        item.setAttribute("ondblclick", "remove('"+title+"')"); 
        item.innerHTML=title; 
    
        var list = document.getElementById("list"); 
        list.appendChild(item);    
     }  
    
     function removeUIItem(title) 
     { 
        var list = document.getElementById("list"); 
        for (var i = 0; i < list.children.length; i++) { 
            if(list.children[i].innerHTML == title) 
            { 
                list.removeChild(list.children[i]); 
            } 
        } 
     }

    UI.js 中的代码包含添加便签和删除便签的界面操作。

    • 添加便签
    1. 用户点击“New Note”按钮,newNote 函数被调用。
    2. newNote 函数会弹出对话框,用户输入新便签内容。newNote 调用 add 函数。
    3. add 函数分别调用 addUIItem 和 addDataItem 添加页面元素和数据。addDataItem 代码将在后面列出。
    4. addUIItem 函数在页面列表中添加一项。并指明 ondblclick 事件的处理函数是 remove,使得双击操作可以删除便签。
    • 删除便签
    1. 用户双击某便签时,调用 remove 函数。
    2. remove 函数分别调用 removeUIItem 和 removeDataItem 删除页面元素和数据。removeDataItem 将在后面列出。
    3. removeUIItem 函数删除页面列表中的相应项。
  4. 数据存储代码数据存储代码定义在 data.js 中。清单 11 数据存储代码 data.js
    				 
     var storage = window['localStorage']; 
    
     function addDataItem(title) 
     { 
        if (navigator.onLine) // 在线状态
        { 
            addServerItem(title); 
        } 
        else // 离线状态
        { 
            var str = storage.getItem("toAdd"); 
            if(str == null) 
            { 
                str = title; 
            } 
            else 
            { 
                str = str + "," + title; 
            } 
            storage.setItem("toAdd", str); 
        } 
     } 
    
     function removeDataItem(title) 
     { 
        if (navigator.onLine) // 在线状态
        { 
            removeServerItem(title); 
        } 
        else // 离线状态
        { 
            var str = storage.getItem("toRemove"); 
            if(str == null) 
            { 
                str = title; 
            } 
            else 
            { 
                str = str + "," + title; 
            } 
            storage.setItem("toRemove", str); 
        } 
     } 
    
     function SyncWithServer() 
     { 
        // 如果当前是离线状态,不需要做任何处理
        if (navigator.onLine == false)return; 
    
        var i = 0; 
        // 和服务器同步添加操作
        var str = storage.getItem("toAdd"); 
        if(str != null) 
        { 
            var addItems = str.split(","); 
            for(i = 0; i<addItems.length; i++) 
            { 
                addDataItem(addItems[i]); 
            } 
            storage.removeItem("toAdd"); 
        } 
    
        // 和服务器同步删除操作
        str = storage.getItem("toRemove"); 
        if(str != null) 
        { 
            var removeItems = str.split(","); 
            for(i = 0; i<removeItems.length; i++) 
            { 
                removeDataItem(removeItems[i]); 
            } 
            storage.removeItem("toRemove"); 
        } 
    
        // 删除界面中的所有便签   
        var list = document.getElementById("list"); 
        while(list.lastChild != list.firstElementChild) 
            list.removeChild(list.lastChild); 
        if(list.firstElementChild) 
            list.removeChild(list.firstElementChild);        
    
        // 从服务器获取全部便签,并显示在界面中
        var allItems = getServerItems(); 
        if(allItems != "") 
        { 
            var items = allItems.split(","); 
            for(i = 0; i<items.length; i++) 
            { 
                addUIItem(items[i]); 
            } 
        } 
     }

    window.addEventListener(“online”, SyncWithServer,false);

    data.js 中的代码包含添加便签、删除便签和与服务器同步等数据操作。其中用到了 navigator.onLine 属性、online 事件、DOM Storage 等 HTML5 新功能。

    • 添加便签:addDataItem
    1. 通过 navigator.onLine 判断是否在线。
    2. 如果在线,那么调用 addServerItem 直接把数据存储到服务器上。addServerItem 将在后面列出。
    3. 如果离线,那么把数据添加到 localStorage 的“toAdd”项中。
    • 删除便签:removeDataItem
    1. 通过 navigator.onLine 判断是否在线。
    2. 如果在线,那么调用 removeServerItem 直接在服务器上删除数据。removeServerItem 将在后面列出。
    3. 如果离线,那么把数据添加到 localStorage 的“toRemove”项中。
    • 数据同步:SyncWithServer

    在 data.js 的最后一行,注册了 window 的 online 事件处理函数 SyncWithServer。当 online 事件发生时,SyncWithServer 将被调用。其功能如下。

    1. 如果 navigator.onLine 表示当前离线,则不做任何操作。
    2. 把 localStorage 中“toAdd”项的所有数据添加到服务器上,并删除“toAdd”项。
    3. 把 localStorage 中“toRemove”项的所有数据从服务器中删除,并删除“toRemove”项。
    4. 删除当前页面列表中的所有便签。
    5. 调用 getServerItems 从服务器获取所有便签,并添加在页面列表中。getServerItems 将在后面列出。
  5. 服务器相关代码服务器相关代码定义在 server.js 中。清单 12 服务器相关代码 server.js
    				 
     function addServerItem(title) 
     { 
        // 在服务器中添加一项
     } 
    
     function removeServerItem(title) 
     { 
        // 在服务器中删除一项
     } 
    
     function getServerItems() 
     { 
        // 返回服务器中存储的便签列表
     }

    由于这部分代码与服务器有关,这里只说明各个函数的功能,具体实现可以根据不同服务器编写代码。

    • 在服务器中添加一项:addServerItem
    • 在服务器中删除一项:removeServerItem
    • 返回服务器中存储的便签列表:getServerItems

回页首

总结

本文介绍了 HTML5 为了支持离线应用程序新增的强大功能。通过阅读本文,读者能够了解到 HTML5 中离线相关特性的基本用法,从而掌握利用 HTML5 开发 Web 离线应用的方法。

 



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