一文带你进入微前端世界

什么是微前端

微前端（Micro-Frontends）是一种类似于微服务的架构，它将微服务的理念应用于浏览器端，即将 Web 应用由单一的单体应用转变为多个小型前端应用聚合为一的应用。微前端（micro-frontends）术语在 2016 年在 TECHNOLOGY RADAR^[1] 中被提及。

微前端架构具备以下的特点：

• 技术栈无关。主框架不限制接入应用的技术栈，微应用具备完全自主权

• 独立开发、独立部署。微应用仓库独立，前后端可独立开发，部署完成后主框架自动完成同步更新

• 增量升级。在面对各种复杂场景时，我们通常很难对一个已经存在的系统做全量的技术栈升级或重构，而微前端是一种非常好的实施渐进式重构的手段和策略

• 独立运行时。每个微应用之间状态隔离，运行时状态不共享

微前端解决了什么问题？

微前端架构旨在解决单体应用在一个相对长的时间跨度下，由于参与的人员、团队的增多、变迁，从一个普通应用演变成一个巨石应用(Frontend Monolith)后，随之而来的应用不可维护的问题。比如：

• 原本一个团队管理的项目，后面多个团队进行管理
• 随着项目的体积变大，编译的速度变长，研发效率降低
• 项目变大，系统的复杂度也会随之变大，可维护性越来越低，重构成本越来越大
• ...

通过微前端拆分成一个容器应用和多个子应用之后，各个应用能够独立部署，相互之间隔离，从而做到：

• 研发效率提升：多业务线并行开发，团队自治，独立迭代
• 运维风险降级：变更范围缩小
• 技术选择增多：各个应用可以选择更加适合自身的技术栈
• 重构风险降低：低风险局部替换，渐进式完成大规模重构
• ...

微前端实现方案对比

Nginx路由转发

通过Nginx配置反向代理来实现不同路径映射到不同应用，例如www.abc.com/app1对应app1，www.abc.com/app2对应app2，这种方案本身并不属于前端层面的改造，更多的是运维的配置

优点：

• 简单，快速，易配置

缺点：

• 在切换应用时会触发浏览器刷新，影响体验

iframe嵌套

父应用单独是一个页面，每个子应用嵌套一个iframe，父子通信可采用postMessage或者contentWindow方式

优点：

• 实现简单，子应用之间自带沙箱，天然隔离，互不影响

缺点：

• url 不同步。浏览器刷新 iframe url 状态丢失、后退前进按钮无法使用。
• UI 不同步，DOM 结构不共享。想象一下屏幕右下角 1/4 的 iframe 里来一个带遮罩层的弹框，同时我们要求这个弹框要浏览器居中显示，还要浏览器 resize 时自动居中..
• 全局上下文完全隔离，内存变量不共享。iframe 内外系统的通信、数据同步等需求，主应用的 cookie 要透传到根域名都不同的子应用中实现免登效果。
• 慢。每次子应用进入都是一次浏览器上下文重建、资源重新加载的过程。

Web Components

每个子应用需要采用纯Web Components技术编写组件，是一套全新的开发模式

优点：

• 每个子应用拥有独立的script和css，也可单独部署

缺点：

• 对于历史系统改造成本高，子应用通信较为复杂易踩坑

webpack5 的 Module Federation

使用 Module Federation，我们可以在一个应用中动态加载并执行另一个应用的代码，且与技术栈无关，并且能够共享模块，从而减小编译时间以及降低包体积

优点：

• 能够共享模块，减小编译时间以及降低包体积

缺点：

• 需要升级 webpack5，构建工具受限

组合式应用路由分发

每个子应用独立构建和部署，运行时由父应用来进行路由管理，应用加载，启动，卸载，以及通信机制

优点：

• 纯前端改造，体验良好，可无感知切换，子应用相互隔离

缺点：

• 需要设计和开发，由于父子应用处于同一页面运行，需要解决子应用的样式冲突，变量对象污染，通信机制等技术点

组合式应用路由分发是目前业内普遍使用的一种方案，并且能够满足大部分需求，接下来我们详细来看看这种实现方式

组合式应用路由分发的微前端实现思路

该方案使用的是基座模式，通过一个主应用（基座应用-Main APP），来管理其它应用（子应用-MicroAPP）。基座应用大多数是一个前端 SPA 项目，主要负责应用注册，路由映射，消息下发等，而微应用是独立前端项目，这些项目不限于采用 React，Vue，Angular 或者 JQuery 开发，每个微应用注册到基座应用中，由基座进行管理，但是如果脱离基座也是可以单独访问

当整个微前端框架运行之后，给用户的体验就是类似下图所示：

简单描述下就是基座应用中有一些菜单项，点击每个菜单项可以展示对应的微应用，这些应用的切换是纯前端无感知的

上面的实现过程主要如下：

• 获取注册表和进行初始化，这些都是在基座应用中进行的
• 路由分发。在浏览器路径发生变化后，基座应用会监听 hashchange 或者 popstate 事件，从而获取到路由切换的时机。通过查询注册信息可以获取到转发到那个微应用，经过一些逻辑处理后，采用修改hash方法或者pushState方法来路由信息推送给微应用的路由，微应用可以是手动监听hashchange或者popstate事件接收，或者采用React-router，vue-router接管路由，后面的逻辑就由微应用自己控制
• 远程拉取资源，加载应用。这里一般有通过 JavaScript Entry 或者 HTML Entry 作为渲染入口

  注意：子应用也可以将包打成多个，然后利用 webpack 的 webpack-manifest-plugin 插件打包出 manifest.json 文件，生成一份资源清单，然后主应用的 loadApp 远程读取每个子应用的清单文件，依次加载文件里面的资源；不过该方案也没办法享受子应用的按需加载能力

• HTML Entry。则更加灵活，直接将子应用打出来 HTML 作为入口，主框架可以通过 fetch html 的方式获取子应用的静态资源，同时将 HTML document 作为子节点塞到主框架的容器中。这样不仅可以极大的减少主应用的接入成本，子应用的开发方式及打包方式基本上也不需要调整，而且可以天然的解决子应用之间样式隔离的问题(后面提到)。这种方案可以通过 import-html-entry^[2] 完成
• JavaScript Entry。通常是子应用将资源打成一个 entry script。但这个方案的限制也颇多，如要求子应用的所有资源打包到一个 js bundle 里，包括 css、图片等资源。除了打出来的包可能体积庞大之外的问题之外，资源的并行加载等特性也无法利用上

微前端的应用隔离

CSS 隔离

当主应用和微应用同屏渲染时，就可能会有一些样式会相互污染，可以采取以下两种方案

• CSS Module
• 命名空间，通过 webpack 的 postcss 插件，在打包时添加特定的前缀，即各个子应用使用特定的前缀来命名 class。但对于一些插入到 body 中的样式，比如 element UI 的 Popover 弹出框，这种就特殊处理

而对于微应用与微应用之间的CSS隔离就非常简单，在每次应用加载时，将该应用所有的link和style 内容进行标记。在应用卸载后，同步卸载页面上对应的link和style即可

JavaScript 隔离

每当微应用的 JavaScript 被加载并运行时，它的核心实际上是对全局对象 Window 的修改以及一些全局事件的改变，例如 jQuery 这个 js 运行后，会在 Window 上挂载一个 window.$ 对象，对于其他库 React，Vue 也不例外。为此，需要在加载和卸载每个微应用的同时，尽可能消除这种冲突和影响，最普遍的做法是采用沙箱机制（SandBox）

沙箱机制的核心是让局部的 JavaScript 运行时，对外部对象的访问和修改处在可控的范围内，即无论内部怎么运行，都不会影响外部的对象。通常在 Node.js 端可以采用 vm 模块，而对于浏览器，则需要结合 with 关键字和 window.Proxy 对象来实现浏览器端的沙箱

微前端的消息通信

微前端通常不会限制应用采用的框架，如何在不同的应用，框架之间进行通信是一个需要仔细考量的决定。应用间通信有很多种方式，当然，要让多个分离的微应用之间要做到通信，本质上仍离不开中间媒介或者说全局对象。

自定义事件

通过事件^[3]进行通信应该是最简单、通用的方案了

// 监听事件
window.addEventListener('message', (event) => {
  // 处理事件
});

// 触发事件
window.dispatchEvent(new CustomEvent('message', { detail: input.value }))

发布-订阅

消息订阅（pub/sub）模式的通信机制是非常适用的，在基座应用中会定义事件中心Event，每个微应用分别来注册事件，当被触发事件时再有事件中心统一分发，这就构成了基本的通信机制

import { Observable } from 'windowed-observable';

const observable = new Observable('konoha');
observable.subscribe((ninja) => {
  console.log(ninja)
})

observable.publish('Uchiha Shisui');

Web Workers

通过 Web Workers 进行事件通信

import Worky from 'worky'
const worker = new Worky("some-worker.js");

worker.on("eventName", function (some, data) {
  // 处理
});
worker.emit("someEvent", and, some, data);

共享状态

主应用创建 state store，共享给子应用使用，适用于主、子应用技术栈相同的场景。

总结

微前端是一种将单个巨型应用转变为多个微型应用聚合为一的应用，能够解决“巨石应用”的维护性问题。实现微前端的方式有很多种，每种方案都需要考虑应用隔离和应用通信的问题，目前较为普遍使用的是组合式路由分发的方式。

参考

• 微前端（一）- 理念篇^[4]
• 微前端-最容易看懂的微前端知识^[5]
• 微前端在解决什么问题？^[6]
• 微前端如何落地^[7]
• 微前端解决方案^[8]
• HTML Entry 源码分析^[9]

参考资料