基于 iframe 的全新微前端方案

作者：damyxu，腾讯 PCG 前端开发工程师

iframe是一个天然的微前端方案，但受限于跨域的严格限制而无法很好的应用，本文介绍一种基于 iframe 的全新微前端方案，继承iframe的优点，补足 iframe 的缺点，让 iframe 焕发新生。

背景

前端开发中我们对iframe已经非常熟悉了，那么iframe的作用是什么？可以归纳如下：

在一个web应用中可以独立的运行另一个web应用

这个概念已经和微前端不谋而合，相对于目前配置复杂、高适配成本的微前端方案来说，采用iframe方案具有一些显著的优点：

• 非常简单，使用没有任何心智负担
• 隔离完美，无论是 js、css、dom 都完全隔离开来
• 多应用激活，页面上可以摆放多个iframe来组合业务

但是开发者又厌恶使用iframe，因为缺点也非常明显：

• 路由状态丢失，刷新一下，iframe 的 url 状态就丢失了
• dom 割裂严重，弹窗只能在 iframe 内部展示，无法覆盖全局
• 通信非常困难，只能通过 postmessage 传递序列化的消息
• 白屏时间太长，对于SPA 应用应用来说无法接受

能否打造一个完美的iframe，保留所有的优点的同时，解决掉所有的缺点呢？

无界方案

无界微前端框架通过继承iframe的优点，解决iframe的缺点，打造一个接近完美的iframe方案。

来看无界如何一步一步的解决iframe的问题，假设我们有 A 应用，想要加载 B 应用：

在应用 A 中构造一个shadow和iframe，然后将应用 B 的html写入shadow中，js运行在iframe中，注意iframe的url，iframe保持和主应用同域但是保留子应用的路径信息，这样子应用的js可以运行在iframe的location和history中保持路由正确。

image-20211206160113792

在iframe中拦截document对象，统一将dom指向shadowRoot，此时比如新建元素、弹窗或者冒泡组件就可以正常约束在shadowRoot内部。

接下来的三步分别解决iframe的三个缺点：

• ✅ dom 割裂严重的问题，主应用提供一个容器给到shadowRoot插拔，shadowRoot内部的弹窗也就可以覆盖到整个应用 A
• ✅ 路由状态丢失的问题，浏览器的前进后退可以天然的作用到iframe上，此时监听iframe的路由变化并同步到主应用，如果刷新浏览器，就可以从 url 读回保存的路由
• ✅ 通信非常困难的问题，iframe和主应用是同域的，天然的共享内存通信，而且无界提供了一个去中心化的事件机制

将这套机制封装进wujie框架：

我们可以发现：

• ✅ 首次白屏的问题，wujie实例可以提前实例化，包括shadowRoot、iframe的创建、js的执行，这样极大的加快子应用第一次打开的时间
• ✅ 切换白屏的问题，一旦wujie实例可以缓存下来，子应用的切换成本变的极低，如果采用保活模式，那么相当于shadowRoot的插拔

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由于子应用完全独立的运行在iframe内，路由依赖iframe的location和history，我们还可以在一张页面上同时激活多个子应用，由于iframe和主应用处于同一个top-level browsing context，因此浏览器前进、后退都可以作用到到子应用：

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通过以上方法，无界方案可以做到：

• ✅ 非常简单，使用没有任何心智负担
• ✅ 隔离完美，无论是 js、css、dom 都完全隔离开来
• ✅ 多应用激活，页面上可以摆放多个iframe来组合业务
• 路由状态丢失，刷新一下，iframe 的 url 状态就丢失了
• dom 割裂严重，弹窗只能在 iframe 内部展示，无法覆盖全局
• 通信非常困难，只能通过 postmessage 传递序列化的消息
• 白屏时间太长，对于SPA 应用应用来说无法接受

使用无界

如果主应用是vue框架：

安装

`npm i @tencent/wujie-vue -S`

引入

mport WujieVue from "@tencent/wujie-vue";
Vue.use(WujieVue);

使用

<WujieVue
  width="100%"
  height="100%"
  name="xxx"
  url="xxx"
  :sync="true"
  :fetch="fetch"
  :props="props"
  @xxx="handleXXX"
></WujieVue>

其他框架也会在近期上线

适配成本

无界的适配成本非常低

对于主应用无需做任何改造

对于子应用：

• 前提，必须开放跨域配置，因为子应用是在主应用域内请求和运行的
• 对webpack应用，修改动态加载路径
• 如果子应用保活模式则无需进一步修改，非保活则需要将实例化挂载到无界生命周期内

if (window.__POWERED_BY_WUJIE__) {
  let instance;
  window.__WUJIE_MOUNT = () => {
    instance = new Vue({ router, render: (h) => h(App) }).$mount("#app");
  };
  window.__WUJIE_UNMOUNT = () => {
    instance.$destroy();
  };
} else {
  new Vue({ router, render: (h) => h(App) }).$mount("#app");
}

实现细节

实现一个纯净的 iframe

子应用运行在一个和主应用同域的iframe中，设置src为替换了主域名host的子应用url，子应用路由只取location的pathname和hash

但是一旦设置src后，iframe由于同域，会加载主应用的html、js，所以必须在iframe实例化完成并且还没有加载完html时中断加载，防止污染子应用

此时可以采用轮询监听document.readyState状态来及时中断，对于一些浏览器比如safari状态不准确，可以在wujie主动抛错来防止有主应用的js运行

iframe 数据劫持和注入

子应用的代码 code 在 iframe 内部访问 window，document、location 都被劫持到相应的 proxy，并且还会注入$wujie对象供子应用调用

const script = `(function(window, self, global, document, location, $wujie) {
    ${code}\n
  }).bind(window.__WUJIE.proxy)(
    window.__WUJIE.proxy,
    window.__WUJIE.proxy,
    window.__WUJIE.proxy,
    window.__WUJIE.proxy.document,
    window.__WUJIE.proxy.location,
    window.__WUJIE.provide
  );`;

iframe 和 shadowRoot 副作用的处理

iframe 内部的副作用处理在初始化iframe时进行，主要分为如下几部

/**
 * 1、location劫持后的数据修改回来，防止跨域错误
 * 2、同步路由到主应用
 */
patchIframeHistory(iframeWindow, appPublicPath, mainPublicPath);
/**
 * 对window.addEventListener进行劫持，比如resize事件必须是监听主应用的
 */
patchIframeEvents(iframeWindow);
/**
 * 注入私有变量
 */
patchIframeVariable(iframeWindow, appPublicPath);
/**
 * 将有DOM副作用的统一在此修改，比如mutationObserver必须调用主应用的
 */
patchIframeDomEffect(iframeWindow);
/**
 * 子应用前进后退，同步路由到主应用
 */
syncIframeUrlToWindow(iframeWindow);

ShadowRoot 内部的副作用必须进行处理，主要处理的就是shadowRoot的head和body

  shadowRoot.head.appendChild = getOverwrittenAppendChildOrInsertBefore({
    rawDOMAppendOrInsertBefore: rawHeadAppendChild
  }) as typeof rawHeadAppendChild
  shadowRoot.head.insertBefore = getOverwrittenAppendChildOrInsertBefore({
    rawDOMAppendOrInsertBefore: rawHeadInsertBefore as any
  }) as typeof rawHeadInsertBefore
  shadowRoot.body.appendChild = getOverwrittenAppendChildOrInsertBefore({
    rawDOMAppendOrInsertBefore: rawBodyAppendChild
  }) as typeof rawBodyAppendChild
  shadowRoot.body.insertBefore = getOverwrittenAppendChildOrInsertBefore({
    rawDOMAppendOrInsertBefore: rawBodyInsertBefore as any
  }) as typeof rawBodyInsertBefore

getOverwrittenAppendChildOrInsertBefore主要是处理四种类型标签：

• link/style标签 收集stylesheetElement并用于子应用重新激活重建样式
• script标签 动态插入的script标签必须从ShadowRoot转移至iframe内部执行
• iframe标签 修复iframe的指向对应子应用iframe的window

iframe 的 document 改造

由于js在iframe运行需要和shadowRoot，包括元素创建、事件绑定等等，将iframe的document进行劫持：

• 所有的元素的查询全部代理到shadowRoot内去查询
• head和body代理到shadowRoot的对应html元素上

iframe 的 location 改造

将iframe的location进行劫持：

• 由于iframe的url的host是主应用的，所以需要将host改回子应用自己的
• 对于location.href特殊逻辑的处理

总结

通过上面原理以及细节的阐述，我们可以得出无界微前端框架的几点优势：

• 多应用同时激活在线框架具备同时激活多应用，并保持这些应用路由同步的能力
• 组件式的使用方式无需注册，更无需路由适配，在组件内使用，跟随组件装载、卸载
• 应用级别的 keep-alive子应用开启保活模式后，应用发生切换时整个子应用的状态可以保存下来不丢失，结合预执行模式可以获得类似ssr的打开体验
• 纯净无污染
  • 无界利用iframe和ShadowRoot来搭建天然的js隔离沙箱和css隔离沙箱
  • 利用iframe的history和主应用的history在同一个top-level browsing context来搭建天然的路由同步机制
  • 副作用局限在沙箱内部，子应用切换无需任何清理工作，没有额外的切换成本
• 性能和体积兼具
  • 子应用执行性能和原生一致，子应用实例instance运行在iframe的window上下文中，避免with(proxyWindow){code}这样指定代码执行上下文导致的性能下降，但是多了实例化iframe的一次性的开销，可以通过proloadApp提前实例化
  • 包体积只有11kb，非常轻量，借助iframe和ShadowRoot来实现沙箱，极大的减小了代码量
• 开箱即用不管是样式的兼容、路由的处理、弹窗的处理、热更新的加载，子应用完成接入即可开箱即用无需额外处理，应用接入成本也极低

相应的也有所不足：

• 内存占用较高，为了降低子应用的白屏时间，将未激活子应用的shadowRoot和iframe常驻内存并且保活模式下每张页面都需要独占一个wujie实例，内存开销较大
• 兼容性一般，目前用到了浏览器的shadowRoot和proxy能力，并且没有做降级方案
• iframe劫持document到shadowRoot时，某些第三方库可能无法兼容导致穿透

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