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Android WebView 的快取機制 & 資源預載入方案

前言

  • 由於H5具備 開發週期短、靈活性好 的特點,所以現在 Android App大多嵌入了 Android Webview 元件進行 Hybrid 開發
  • 但我知道你一定在煩惱 Android Webview 的效能問題,特別突出的是:載入速度慢 & 消耗流量
  • 今天,我將針對 Android Webview 的效能問題,提出一些有效解決方案。

目錄

目錄

1. Android WebView 存在什麼效能問題?

  • Android WebView 裡 H5 頁面載入速度慢
  • 耗費流量

下面會詳細介紹。

1.1 H5 頁面載入速度慢

H5 頁面載入速度慢的原因

下面會詳細介紹:

1.1.1 渲染速度慢

前端H5

頁面渲染的速度取決於 兩個方面:

  • Js 解析效率 
    Js 本身的解析過程複雜、解析速度不快 & 前端頁面涉及較多 JS 程式碼檔案,所以疊加起來會導致 Js 解析效率非常低
  • 手機硬體裝置的效能 
    由於Android機型碎片化,這導致手機硬體裝置的效能不可控,而大多數的Android手機硬體裝置無法達到很好很好的硬體效能

總結:上述兩個原因 導致 H5頁面的渲染速度慢

1.1.2 頁面資源載入緩慢

H5 頁面從伺服器獲得,並存儲在 Android手機記憶體裡:

  • H5頁面一般會比較多
  • 每載入一個 H5頁面,都會產生較多網路請求: 
    1. HTML 主 URL 自身的請求;
    2. HTML外部引用的JS、CSS
      、字型檔案,圖片也是一個獨立的 HTTP 請求

每一個請求都序列的,這麼多請求串起來,這導致 H5頁面資源載入緩慢

總結:H5頁面載入速度慢的原因:渲染速度慢 & 頁面資源載入緩慢 導致 

1.2 耗費流量

  • 每次使用 H5頁面時,使用者都需要重新載入 Android WebViewH5 頁面
  • 每載入一個 H5頁面,都會產生較多網路請求(上面提到)
  • 每一個請求都序列的,這麼多請求串起來,這導致消耗的流量也會越多

總結

  • 綜上所述,產生Android WebView效能問題主要原因是:

原因

  • 上述問題導致了Android WebViewH5 頁面體驗 與 原生Native 存在較大差距。

2. 解決方案

針對上述Android WebView的效能問題,我提出了兩種解決方案:

  • 使用Android WebView 自身的快取機制
  • 自身構建快取機制(主要是H5頁面資源的預載入)

下面我將詳細介紹。

2.1 Android WebView 自身的快取機制

  • 定義 
    快取,即離線儲存 

    這意味著 H5網頁 載入過之後會儲存在快取區域,在沒有網路連線時也可以進行訪問

  • 作用

    1. 離線瀏覽:使用者可在沒有網路連線時進行H5頁面訪問
    2. 提高頁面載入速度 & 減少流量消耗:直接使用已快取的資源,不需要重新載入
  • 具體應用 
    此處講解主要講解 Android WebView 的快取機制 & 快取模式 : 
    a. 快取機制:如何將載入過的網頁資料儲存到本地 
    b. 快取模式:載入網頁時如何讀取之前儲存到本地的網頁快取

    前者是儲存,後者是讀取,請注意區別

2.1.1 快取機制

  • Android WebView的本質:在Android 中嵌入 H5頁面
  • 所以,Android WebView自帶的快取機制其實就是 H5頁面的快取機制 

    Android WebView除了新的File System快取機制還不支援,其他都支援。

  • Android WebView自帶的快取機制有5種: 
    1. 瀏覽器 快取機制
    2. Application Cache 快取機制
    3. Dom Storage 快取機制
    4. Web SQL Database 快取機制
    5. Indexed Database 快取機制
    6. File System 快取機制(H5頁面新加入的快取機制,雖然Android WebView暫時不支援,但會進行簡單介紹)

下面將詳細介紹每種快取機制。

1. 瀏覽器快取機制

a. 原理
  • 根據 HTTP 協議頭裡的 Cache-Control(或 Expires)和 Last-Modified(或 Etag)等欄位來控制檔案快取的機制
  • 下面詳細介紹Cache-ControlExpiresLast-Modified & Etag四個欄位

    1. Cache-Control:用於控制檔案在本地快取有效時長

      如伺服器回包:Cache-Control:max-age=600,則表示檔案在本地應該快取,且有效時長是600秒(從發出請求算起)。在接下來600秒內,如果有請求這個資源,瀏覽器不會發出 HTTP 請求,而是直接使用本地快取的檔案。

    2. Expires:與Cache-Control功能相同,即控制快取的有效時間

      1. Expires是 HTTP1.0 標準中的欄位,Cache-Control 是 HTTP1.1 標準中新加的欄位
      2. 當這兩個欄位同時出現時,Cache-Control 優先順序較高
    3. Last-Modified:標識檔案在伺服器上的最新更新時間

      下次請求時,如果檔案快取過期,瀏覽器通過 If-Modified-Since 欄位帶上這個時間,傳送給伺服器,由伺服器比較時間戳來判斷檔案是否有修改。如果沒有修改,伺服器返回304告訴瀏覽器繼續使用快取;如果有修改,則返回200,同時返回最新的檔案。

    4. Etag:功能同Last-Modified ,即標識檔案在伺服器上的最新更新時間。

      1. 不同的是,Etag 的取值是一個對檔案進行標識的特徵字串。
      2. 在向伺服器查詢檔案是否有更新時,瀏覽器通過If-None-Match 欄位把特徵字串傳送給伺服器,由伺服器和檔案最新特徵字串進行匹配,來判斷檔案是否有更新:沒有更新回包304,有更新回包200
      3. Etag 和 Last-Modified 可根據需求使用一個或兩個同時使用。兩個同時使用時,只要滿足基中一個條件,就認為檔案沒有更新。

常見用法是:

  • Cache-Control與 Last-Modified 一起使用;
  • Expires與 Etag一起使用;

即一個用於控制快取有效時間,一個用於在快取失效後,向服務查詢是否有更新

特別注意:瀏覽器快取機制 是 瀏覽器核心的機制,一般都是標準的實現

Cache-Control、 Last-Modified 、 Expires、 Etag都是標準實現,你不需要操心

b. 特點
  • 優點:支援 Http協議層
  • 不足:快取檔案需要首次載入後才會產生;瀏覽器快取的儲存空間有限,快取有被清除的可能;快取的檔案沒有校驗。 
    對於解決以上問題,可以參考手 Q 的離線包
c. 應用場景
靜態資原始檔的儲存,如` JS、CSS`、字型、圖片等。
  1. Android Webview會將快取的檔案記錄及檔案內容會存在當前 app 的 data 目錄中。
d. 具體實現
`Android WebView`內建自動實現,即不需要設定即實現
  1. Android 4.4後的 WebView 瀏覽器版本核心:Chrome
  2. 瀏覽器快取機制 是 瀏覽器核心的機制,一般都是標準的實現

2. Application Cache 快取機制

a. 原理
  • 以檔案為單位進行快取,且檔案有一定更新機制(類似於瀏覽器快取機制)
  • AppCache 原理有兩個關鍵點:manifest 屬性和 manifest 檔案。
<!DOCTYPE html>
<html manifest="demo_html.appcache">
// HTML 在頭中通過 manifest 屬性引用 manifest 檔案
// manifest 檔案:就是上面以 appcache 結尾的檔案,是一個普通檔案檔案,列出了需要快取的檔案
// 瀏覽器在首次載入 HTML 檔案時,會解析 manifest 屬性,並讀取 manifest 檔案,獲取 Section:CACHE MANIFEST 下要快取的檔案列表,再對檔案快取
<body>
...
</body>
</html>

// 原理說明如下:
// AppCache 在首次載入生成後,也有更新機制。被快取的檔案如果要更新,需要更新 manifest 檔案
// 因為瀏覽器在下次載入時,除了會預設使用快取外,還會在後臺檢查 manifest 檔案有沒有修改(byte by byte)
發現有修改,就會重新獲取 manifest 檔案,對 Section:CACHE MANIFEST 下檔案列表檢查更新
// manifest 檔案與快取檔案的檢查更新也遵守瀏覽器快取機制
// 如使用者手動清了 AppCache 快取,下次載入時,瀏覽器會重新生成快取,也可算是一種快取的更新
// AppCache 的快取檔案,與瀏覽器的快取檔案分開儲存的,因為 AppCache 在本地有 5MB(分 HOST)的空間限制
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b. 特點

方便構建Web App的快取

專門為 Web App離線使用而開發的快取機制

c. 應用場景

儲存靜態檔案(如JSCSS、字型檔案)

  1. 應用場景 同 瀏覽器快取機制
  2. 但AppCache 是對 瀏覽器快取機制 的補充,不是替代。
d. 具體實現
        // 通過設定WebView的settings來實現
        WebSettings settings = getSettings();

        String cacheDirPath = context.getFilesDir().getAbsolutePath()+"cache/";
        settings.setAppCachePath(cacheDirPath);
        // 1. 設定快取路徑

         settings.setAppCacheMaxSize(20*1024*1024);
        // 2. 設定快取大小

        settings.setAppCacheEnabled(true);
        // 3. 開啟Application Cache儲存機制

// 特別注意
// 每個 Application 只調用一次 WebSettings.setAppCachePath() 和
 WebSettings.setAppCacheMaxSize()
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3. Dom Storage 快取機制

a. 原理
  • 通過儲存字串的 Key - Value 對來提供 
    DOM Storage 分為 sessionStorage & localStorage; 二者使用方法基本相同,區別在於作用範圍不同: 
    a. sessionStorage:具備臨時性,即儲存與頁面相關的資料,它在頁面關閉後無法使用 
    b. localStorage:具備永續性,即儲存的資料在頁面關閉後也可以使用。
b. 特點
  • 儲存空間大( 5MB):儲存空間對於不同瀏覽器不同,如Cookies 才 4KB
  • 儲存安全、便捷: Dom Storage 儲存的資料在本地,不需要經常和伺服器進行互動 
    不像 Cookies每次請求一次頁面,都會向伺服器傳送網路請求
c. 應用場景
儲存臨時、簡單的資料
  1. 代替 將 不需要讓伺服器知道的資訊 儲存到 cookies 的這種傳統方法
  2. Dom Storage 機制類似於 Android 的 SharedPreference機制
d. 具體實現
        // 通過設定 `WebView`的`Settings`類實現
        WebSettings settings = getSettings();

        settings.setDomStorageEnabled(true);
        // 開啟DOM storage
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4. Web SQL Database 快取機制

a. 原理

基於 SQL 的資料庫儲存機制

b. 特點
充分利用資料庫的優勢,可方便對資料進行增加、刪除、修改、查詢
c. 應用場景
儲存適合資料庫的結構化資料
d. 具體實現
        // 通過設定WebView的settings實現
        WebSettings settings = getSettings();

        String cacheDirPath = context.getFilesDir().getAbsolutePath()+"cache/";
        settings.setDatabasePath(cacheDirPath);
        // 設定快取路徑

        settings.setDatabaseEnabled(true);
        // 開啟 資料庫儲存機制
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特別說明

  • 根據官方說明,Web SQL Database儲存機制不再推薦使用(不再維護)
  • 取而代之的是 IndexedDB快取機制,下面會詳細介紹

5. IndexedDB 快取機制

a. 原理

屬於 NoSQL 資料庫,通過儲存字串的 Key - Value 對來提供

類似於 Dom Storage 儲存機制 的key-value儲存方式

b. 特點

優點

c. 應用場景

儲存 複雜、資料量大的結構化資料

d. 具體實現:
// 通過設定WebView的settings實現
        WebSettings settings = getSettings();

        settings.setJavaScriptEnabled(true);
        // 只需設定支援JS就自動開啟IndexedDB儲存機制
        // Android 在4.4開始加入對 IndexedDB 的支援,只需開啟允許 JS 執行的開關就好了。
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6 . File System

a. 原理
  • 為 H5頁面的資料 提供一個虛擬的檔案系統

    1. 可進行檔案(夾)的建立、讀、寫、刪除、遍歷等操作,就像 Native App 訪問本地檔案系統一樣
    2. 虛擬的檔案系統是執行在沙盒中
    3. 不同 WebApp 的虛擬檔案系統是互相隔離的,虛擬檔案系統與本地檔案系統也是互相隔離的。
  • 虛擬檔案系統提供了兩種型別的儲存空間:臨時 & 永續性:

    1. 臨時的儲存空間:由瀏覽器自動分配,但可能被瀏覽器回收
    2. 永續性的儲存空間:需要顯式申請;自己管理(瀏覽器不會回收,也不會清除內容);儲存空間大小通過配額管理,首次申請時會一個初始的配額,配額用完需要再次申請。
b. 特點
  • 可儲存資料體積較大的二進位制資料
  • 可預載入資原始檔
  • 可直接編輯檔案
c. 應用場景

通過檔案系統 管理資料

d. 具體使用

由於 File System是 H5 新加入的快取機制,所以Android WebView暫時不支援

快取機制彙總

快取機制彙總

使用建議

  • 綜合上述快取機制的分析,我們可以根據 需求場景的不同(快取不同型別的資料場景) 從而選擇不同的快取機制(組合使用)
  • 以下是快取機制的使用建議:

使用建議

小技巧

  • 在使用了上述說的Android WebView的快取機制後,短時間內再次訪問同一個H5頁面時,載入速度會比第一次的時間短、更加流暢
  • 基於 Android WebView自身的這些快取機制,有一種小技巧能更好地去減少H5頁面的載入速度 & 提高效能:在應用啟動時就初始化一個 WebView ,事先載入常用H5頁面資源(載入後就有快取了),後續需要開啟這些H5頁面時就直接從本地獲取。 

    這種技巧其實是採用了 資源預載入 的思想:提早載入將來需要使用的H5頁面(有快取了),使用時直接取過來用,而不用在需要時才去載入

  • 具體實現:在Android 的BaseApplication就初始化一個WebView物件用於載入常用的H5頁面資源;當需要使用這些頁面時再從BaseApplication裡取過來直接使用 
    1. 對於Android WebView的首頁建議使用這種方案,能有效提高首頁載入的效率 
    2. 當然這裡的BaseApplication只是舉個例子,你也可以選擇在其他地方提前載入。

2.1.2 快取模式

  • 定義 
    快取模式是一種 當載入 H5網頁時 該如何讀取之前儲存到本地快取 
    從而進行使用 的方式 
    即告訴Android WebView 什麼時候去讀快取,以哪種方式去讀快取
  • Android WebView 自帶的快取模式有4種:
// 快取模式說明: 
      // LOAD_CACHE_ONLY: 不使用網路,只讀取本地快取資料
      // LOAD_NO_CACHE: 不使用快取,只從網路獲取資料.
      // LOAD_DEFAULT: (預設)根據cache-control決定是否從網路上取資料。
      // LOAD_CACHE_ELSE_NETWORK,只要本地有,無論是否過期,或者no-cache,都使用快取中的資料。
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  • 具體使用
WebView.getSettings().setCacheMode(WebSettings.LOAD_CACHE_ELSE_NETWORK);
// 設定引數即可
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2.2. 自身構建快取

為了有效解決 Android WebView 的效能問題,除了使用 Android WebView 自身的快取機制,還可以自己針對某一需求場景構建快取機制。

2.2.1 需求場景

  • 背景:H5頁面有一些更新頻率低、常用 & 固定的靜態資原始檔(如JSCSS檔案、圖片等) 
    如一些圖片,JS、CSS檔案等
  • 需求場景:每次重新載入會浪費很多資源(時間 & 流量)

2.2.2 解決方案(原理)

通過攔截`H5`頁面的資源網路請求 從而 直接從本地讀取資源 而不需要傳送網路請求到伺服器讀取。

2.2.3 具體步驟

  1. 事先將更新頻率較低、常用 & 固定的H5靜態資源 檔案(如JSCSS檔案、圖片等) 放到本地
  2. 攔截H5頁面的資源網路請求 並進行檢測
  3. 如果檢測到本地具有相同的靜態資源 就 直接從本地讀取進行替換 而 不傳送該資源的網路請求 到 伺服器獲取

原理

2.2.4 具體實現

重寫`WebViewClient` 的 `shouldInterceptRequest` 方法,當向伺服器訪問這些靜態資源時進行攔截,檢測到是相同的資源則用本地資源代替
// 假設現在需要攔截一個圖片的資源並用本地資源進行替代

        mWebview.setWebViewClient(new WebViewClient() {
            // 重寫 WebViewClient  的  shouldInterceptRequest ()
            // API 21 以下用shouldInterceptRequest(WebView view, String url)
            // API 21 以上用shouldInterceptRequest(WebView view, WebResourceRequest request)
            // 下面會詳細說明

             // API 21 以下用shouldInterceptRequest(WebView view, String url)
            @Override
            public WebResourceResponse shouldInterceptRequest(WebView view, String url) {

                // 步驟1:判斷攔截資源的條件,即判斷url裡的圖片資源的檔名
                if (url.contains("logo.gif")) {
                // 假設網頁裡該圖片資源的地址為:http://abc.com/imgage/logo.gif
                // 圖片的資原始檔名為:logo.gif

                    InputStream is = null;
                    // 步驟2:建立一個輸入流

                    try {
                        is =getApplicationContext().getAssets().open("images/abc.png");
                        // 步驟3:獲得需要替換的資源(存放在assets資料夾裡)
                        // a. 先在app/src/main下建立一個assets資料夾
                        // b. 在assets資料夾裡再建立一個images資料夾
                        // c. 在images資料夾放上需要替換的資源(此處替換的是abc.png圖片)

                    } catch (IOException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }

                    // 步驟4:替換資源
                    WebResourceResponse response = new WebResourceResponse("image/png",
                            "utf-8", is);
                    // 引數1:http請求裡該圖片的Content-Type,此處圖片為image/png
                    // 引數2:編碼型別
                    // 引數3:存放著替換資源的輸入流(上面建立的那個)
                    return response;
                }

                return super.shouldInterceptRequest(view, url);
            }


           // API 21 以上用shouldInterceptRequest(WebView view, WebResourceRequest request)
            @TargetApi(Build.VERSION_CODES.LOLLIPOP)
            @Override
            public WebResourceResponse shouldInterceptRequest(WebView view, WebResourceRequest request) {

               // 步驟1:判斷攔截資源的條件,即判斷url裡的圖片資源的檔名
                if (request.getUrl().toString().contains("logo.gif")) {
                // 假設網頁裡該圖片資源的地址為:http://abc.com/imgage/logo.gif
                // 圖片的資原始檔名為:logo.gif

                    InputStream is = null;
                    // 步驟2:建立一個輸入流

                    try {
                        is = getApplicationContext().getAssets().open("images/abc.png");
                         // 步驟3:獲得需要替換的資源(存放在assets資料夾裡)
                        // a. 先在app/src/main下建立一個assets資料夾
                        // b. 在assets資料夾裡再建立一個images資料夾
                        // c. 在images資料夾放上需要替換的資源(此處替換的是abc.png圖片

                    } catch (IOException e) {