构建可离线使用的Angular2.0应用

# 1. 引言

## 1.1 介绍可离线使用的Angular2.0应用的意义和优势

在今天快节奏的互联网世界中，用户对应用程序的需求呈现出多样化和个性化的趋势。而对于一些重要的业务场景来说，保证应用能够离线使用是非常重要的。因此，针对Angular2.0应用的离线使用需求的实现变得至关重要。

离线使用的优势主要有两个方面，一是提高用户体验，二是提高应用的可靠性。首先，离线使用能够让用户在断网或者网络不稳定的情况下依然可以正常使用应用，不会因为没有网络而受限。其次，离线使用能够增加应用的可靠性，即使服务器故障或者维护，用户也能够继续使用应用。

## 1.2 目标读者群体和适用场景

本文主要面向具有一定Angular2.0基础的开发人员或者对离线使用技术感兴趣的读者。适用场景主要包括需要保证应用可靠性和提高用户体验的场景，例如在线交易、即时通讯等需要数据同步和实时响应的应用。

离线使用的Angular2.0应用通过利用浏览器的缓存技术和Service Worker等相关技术，实现了在离线情况下缓存应用的页面和静态资源，并在有网络连接时进行更新和同步的能力。接下来的章节将会详细介绍离线使用的基本原理，并指导读者如何设计和实现可离线使用的Angular2.0应用。

# 2. 离线使用的基本原理

离线使用的基本原理是利用浏览器的缓存机制，将应用所需的资源提前存储在用户的设备上，使得用户在没有网络连接的情况下仍然能够访问应用。在离线状态下，应用能够从本地缓存中加载所需资源，而不是通过网络请求。

### 什么是离线应用

离线应用是指用户可以在没有网络连接的情况下，仍然能够使用应用的功能和访问应用的内容。这种能力可以极大地提升用户体验，特别是在网络不稳定或者无网络覆盖的环境下。

### 离线缓存技术的原理和作用

离线缓存技术通过Service Worker等技术，可以将应用的核心资源（如HTML、CSS、JavaScript文件等）存储在用户设备上。当用户访问应用时，如果设备有网络连接，Service Worker会使用缓存的资源来加速页面加载时间；如果设备处于离线状态，Service Worker可以从缓存中加载资源，使得应用仍然可用。

### Angular2.0中的离线使用支持

Angular2.0提供了对离线使用的支持，开发者可以利用Service Worker等技术来实现应用的离线访问能力。同时，Angular CLI也提供了便捷的工具来配置和生成Service Worker。通过这些支持，开发者可以相对容易地为Angular应用添加离线使用的能力。

# 3. 设计可离线使用的Angular2.0应用

#### 3.1 项目结构和组织

在设计可离线使用的Angular2.0应用时，良好的项目结构和组织是非常重要的。下面是一个常见的Angular2.0项目结构示例：

├── app
│   ├── components                  // 存放组件
│   ├── services                    // 存放服务
│   ├── models                      // 存放模型
│   ├── modules                     // 存放自定义模块
│   ├── utils                       // 存放工具函数
│   ├── app.module.ts               // 主模块文件
│   └── ...
├── assets                          // 静态资源文件夹
├── index.html                      // 应用程序的入口文件
├── main.ts                         // 主要的启动文件
├── service-worker.js               // Service Worker文件
└── ...

在这个示例中，`app` 文件夹存放应用的所有组件，服务，模型，自定义模块和工具函数。`assets` 文件夹存放静态资源，如图片，样式表等。`index.html` 是应用程序的入口文件，`main.ts` 是启动文件。`service-worker.js` 是用来配置和管理 Service Worker 的文件。

良好的项目结构能够提高代码的可维护性和可扩展性。同时，合理组织模块，组件和服务也能提供更好的代码复用性和可测试性。

#### 3.2 资源合并和预加载

为了提高应用的加载速度和性能，我们可以将多个 JS 和 CSS 文件合并为一个或几个文件，减少网络请求的次数。同时，也可以通过预加载一些资源，提前将静态资源加载到缓存中，减少后续页面切换时的加载时间。

可以使用构建工具，如Webpack，来合并和压缩这些资源文件。在 Angular2.0 应用中，可以通过在 `angular.json` 文件中的 `scripts` 和 `styles` 字段中配置合并后的文件路径。

下面是一个示例的 `angular.json` 文件配置：

{
  "scripts": [
    "src/assets/js/jquery.min.js",
    "src/assets/js/bootstrap.min.js",
    "src/assets/js/main.js"
  ],
  "styles": [
    "src/assets/css/bootstrap.min.css",
    "src/assets/css/style.css"
  ],
  ...
}

这样配置之后，构建工具在打包应用时，会自动将这些脚本和样式表文件合并为一个文件，提高加载速度。

而预加载可以通过 Angular 的 `PreloadAllModules` 或 `LoadChildren` 进行配置。下面是一个示例的 `app-routing.module.ts` 文件配置：

import { NgModule } from '@angular/core';
import { Routes, RouterModule, PreloadAllModules } from '@angular/router';

const routes: Routes = [
  ...
  {
    path: 'lazy',
    loadChildren: () => import('./lazy/lazy.module').then(m => m.LazyModule)
  },
  ...
];

@NgModule({
  imports: [RouterModule.forRoot(routes, { preloadingStrategy: PreloadAllModules })],
  exports: [RouterModule]
})
export class AppRoutingModule { }

通过 `PreloadAllModules` 策略，Angular 会在应用初始化时，自动预加载 `lazy` 路由下的模块，提前加载相关资源，优化用户体验。

#### 3.3 Service Worker的配置和使用

Service Worker 是一项基于浏览器的技术，用来实现离线缓存和推送等功能。在 Angular2.0 应用中，可以通过 Service Worker 实现离线使用的支持。

首先，在项目根目录下创建一个 `service-worker.js` 文件，用来配置和管理 Service Worker 的逻辑。在这个文件中，可以定义需要缓存的静态资源，以及处理请求的逻辑。

下面是一个简单的 `service-worker.js` 文件示例：

const cacheName = 'my-app-cache-v1';
const cacheFiles = [
  '/',
  '/index.html',
  '/assets/js/jquery.min.js',
  '/assets/js/bootstrap.min.js',
  '/assets/css/bootstrap.min.css',
  '/assets/css/style.css'
];

self.addEventListener('install', event => {
  event.waitUntil(
    caches.open(cacheName)
      .then(cache => cache.addAll(cacheFiles))
  );
});

self.addEventListener('fetch', event => {
  event.respondWith(
    caches.match(event.request)
      .then(response => response || fetch(event.request))
  );
});

在这个示例中，`install` 事件会在 Service Worker 安装时触发，我们在这个事件中打开一个缓存，将需要缓存的静态资源添加到缓存中。

`fetch` 事件会在请求发生时触发，我们在这个事件中检查缓存中是否存在对应的请求结果，如果存在，则直接返回缓存结果，否则进行网络请求。

需要注意的是，在 Angular2.0 中，Service Worker 默认只在 `--prod` 构建模式下启用，可以通过在 `angular.json` 文件中的 `serviceWorker` 字段进行配置。例如：

{
  "serviceWorker": true
}

在启用了 Service Worker 之后，Angular2.0 应用将自动注册并使用 Service Worker 提供的离线使用支持。

以上是设计可离线使用的Angular2.0应用的一些常见方法和技巧，接下来我们将实现一个可离线使用的Angular2.0应用，并进行测试和部署。

# 4. 实现可离线使用的Angular2.0应用

在前面的章节中，我们已经学习了离线应用的基本原理和设计思路。现在，让我们来具体实现一个可离线使用的Angular2.0应用吧。

#### 4.1 安装和配置Service Worker

首先，我们需要安装并配置Service Worker。Service Worker是一个在后台运行的脚本，可以拦截网络请求并缓存资源。在Angular2.0中，我们可以使用`@angular/service-worker`模块进行Service Worker的管理。

1. 首先，在项目根目录下执行以下命令安装`@angular/service-worker`模块：

npm install @angular/service-worker@latest --save

2. 然后，在项目的`src`目录下新建一个名为`ngsw-config.json`的文件，并进行如下配置：

{
  "index": "/index.html",
  "assetGroups": [
    {
      "name": "app",
      "installMode": "prefetch",
      "resources": {
        "files": [
          "/favicon.ico",
          "/index.html",
          "/*.css",
          "/*.js"
        ]
      }
    }
  ],
  "dataGroups": [
    {
      "name": "api",
      "urls": [],
      "cacheConfig": {
        "strategy": "freshness",
        "maxTimeout": "5m",
        "maxAge": "2h",
        "timeout": "1s",
        "expiration": {
          "maxEntries": 5,
          "maxAge": "1d"
        }
      }
    }
  ]
}

这里的配置文件中，我们定义了两个资源组，一个是`app`资源组用于缓存整个应用的静态资源，另一个是`api`资源组用于缓存API请求的响应结果。

#### 4.2 编写Service Worker的逻辑

接下来，让我们来编写Service Worker的逻辑。在项目的`src`目录下新建一个名为`ngsw-worker.js`的文件，并输入以下代码：

importScripts('./ngsw-worker.js');

const cacheName = 'app-cache';

const urlsToCache = [
  '/index.html',
  '/main.js',
  '/styles.css'
];

self.addEventListener('install', (event) => {
  event.waitUntil(
    caches.open(cacheName)
      .then((cache) => {
        return cache.addAll(urlsToCache);
      })
  );
});

self.addEventListener('fetch', (event) => {
  event.respondWith(
    caches.match(event.request)
      .then((response) => {
        return response || fetch(event.request);
      })
  );
});

这里我们首先使用`importScripts`导入了`ngsw-worker.js`，然后定义了一个名为`cacheName`的缓存名称和一个包含需要缓存资源的数组`urlsToCache`。在`install`事件中，我们打开了一个缓存，并将需要缓存的资源添加进去。在`fetch`事件中，我们拦截了网络请求，并先从缓存中查找对应的响应结果，如果找到了就返回缓存的结果，否则就向网络发起请求。

#### 4.3 缓存页面和静态资源

现在，我们可以使用Service Worker来缓存页面和静态资源了。打开项目的`app.module.ts`文件，并进行如下修改：

import { NgModule } from '@angular/core';
import { BrowserModule } from '@angular/platform-browser';
import { ServiceWorkerModule } from '@angular/service-worker';

import { AppComponent } from './app.component';
import { environment } from '../environments/environment';

@NgModule({
  imports: [
    BrowserModule,
    ServiceWorkerModule.register('./ngsw-worker.js', { enabled: environment.production }),
  ],
  declarations: [AppComponent],
  bootstrap: [AppComponent]
})
export class AppModule { }

在代码中，我们首先导入`ServiceWorkerModule`模块，并使用`register`方法将Service Worker脚本进行注册。参数`./ngsw-worker.js`传递了Service Worker脚本的路径，`{ enabled: environment.production }`则设置了是否在生产环境下启用Service Worker。

至此，我们已经完成了可离线使用的Angular2.0应用的实现。

### 总结

在本章节中，我们学习了如何安装和配置Service Worker，并编写了一个简单的Service Worker脚本。我们还修改了应用的模块文件来启用Service Worker，并实现了离线缓存的功能。在下一章节中，我们将学习如何进行测试和部署可离线使用的Angular2.0应用。

# 5. 测试和部署

在本章中，我们将讨论如何测试和部署可离线使用的Angular 2.0 应用。我们将涵盖本地测试、封装和部署 Angular 2.0 应用以及实际环境中的测试和调试。

#### 5.1 本地测试

在开发阶段，为了测试离线功能，我们可以使用一些模拟工具来模拟离线环境。Service Worker Toolbox 是一个很好的选择，它提供了模拟离线环境的能力。可以使用这个工具来测试应用在离线情况下的表现。

首先，安装 Service Worker Toolbox：

npm install --save-dev sw-toolbox

然后在应用中注册 Service Worker，并使用 Service Worker Toolbox 来处理离线缓存策略。下面是一个示例：

// main.ts
if ('serviceWorker' in navigator && environment.production) {
  navigator.serviceWorker.register('/ngsw-worker.js');
}

// ngsw-config.json
{
  "index": "/index.html",
  "assetGroups": [ /* ... */],
  "dataGroups": [
    {
      "name": "api-performance",
      "urls": ["https://api.example.com/**"],
      "cacheConfig": {
        "maxSize": 100,
        "maxAge": "1d",
        "strategy": "performance"
      }
    }
  ]
}

#### 5.2 封装和部署 Angular 2.0 应用

一旦在本地测试完成，我们需要将应用封装并部署到服务器上。可以使用 Angular CLI 来构建，并将构建产物部署到服务器上。使用以下命令构建应用：

ng build --prod

这将在 "dist/" 目录下生成可部署的文件。然后将这些文件部署到服务器上。确保服务器支持 HTTPS，因为 Service Worker 只能在 HTTPS 下工作。

#### 5.3 实际环境中的测试和调试

在实际环境中，可以使用浏览器开发者工具来测试和调试离线功能。使用 Chrome 浏览器，打开开发者工具，切换到 "Application" 标签页，可以看到你的 Service Worker 的状态，包括缓存的资源等。

在这一步，可以通过断网、禁用缓存等方式来模拟离线情况，确保应用在离线状态下能够正常运行。同时，也可以通过浏览器的控制台来查看 Service Worker 的日志，进行调试。

以上是测试和部署可离线使用的 Angular 2.0 应用的流程和技巧。通过这些步骤，可以确保应用在离线情况下能够正常工作，并且顺利部署到生产环境中。

在下一章节中，我们将进一步讨论如何优化和扩展离线功能。

# 6. 第六章 进一步优化和扩展

在构建可离线使用的Angular2.0应用的过程中，我们可以进一步优化和扩展功能，以提升离线使用体验和性能。下面将介绍几种常见的优化和扩展方法。

### 6.1 使用PWA技术进一步提升离线使用体验

PWA（Progressive Web App）是一项可以让Web应用具备类似原生应用体验的技术。通过使用PWA技术，我们可以进一步提升离线使用应用的体验。

其中，一项重要的PWA技术是App Shell模式。App Shell模式是一种将应用的外壳和内容分离的架构模式。通过将应用的外壳缓存到本地，用户可以在离线状态下仍然快速加载应用的UI，然后再根据需要动态加载内容数据。

在Angular2.0应用中，我们可以使用Angular CLI工具来构建和配置PWA应用。通过在`angular.json`文件中设置`serviceWorker`为true，Angular CLI会自动生成一个`ngsw-config.json`文件用于配置Service Worker。在该文件中，我们可以设置App Shell缓存策略、需要缓存的资源等。

### 6.2 增加离线使用指示器和错误处理

在离线使用的应用中，对用户的提示和错误处理非常重要。我们可以通过增加离线使用指示器和错误处理机制来提升用户体验。

离线使用指示器可以显示当前应用的离线状态，可以是一个简单的文本提示或者一个不同样式的UI。通过监听Service Worker的状态变化和监测网络连接状态，我们可以动态更新离线使用指示器的展示内容。

同时，当应用在离线状态下无法获取数据或发生其他错误时，我们应该对用户进行相关提示，并提供相应的错误处理机制，例如显示错误信息、提供重试按钮等。

在Angular2.0应用中，我们可以通过使用Angular的路由守卫和拦截器来实现离线使用指示器和错误处理。通过监听路由的变化和HTTP请求的响应，我们可以根据状态来展示指示器和处理错误。

### 6.3 离线使用应用的性能调优

除了离线使用体验的提升，我们还可以对离线使用应用的性能进行调优。

首先，可以通过缓存页面和静态资源来减少应用的加载时间。在Service Worker中，我们可以根据需求来决定哪些页面和静态资源需要被缓存，从而在离线状态下快速加载。

其次，可以使用HTTP缓存头来控制资源的缓存时间和策略。通过设置合适的缓存头，我们可以让离线使用应用更加智能地利用缓存，减少不必要的网络请求。

最后，可以对应用的代码和资源进行精简和优化，以减少应用的体积和加载时间。通过使用Angular CLI的构建工具，我们可以进行代码的压缩和Tree Shaking等优化操作。

总之，通过进一步优化和扩展，我们可以提升离线使用的Angular2.0应用的性能和体验，为用户提供更加流畅和高效的使用体验。

该章节主要介绍了使用PWA技术进一步提升离线使用体验、增加离线使用指示器和错误处理、离线使用应用的性能调优等方面的方法和技巧。通过理解和应用这些优化和扩展方法，我们可以构建更加全面和强大的可离线使用的Angular2.0应用。