使用 HTML5 开发离线应用

http://www.ibm.com/developerworks/cn/web/1011_guozb_html5off/

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：

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。
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。
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。

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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。

首行必须是 CACHE MANIFEST。
其后，每一行列出一个需要缓存的资源文件名。
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。
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。
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。
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。

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。
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。

navigator.onLine
navigator.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。
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。

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。
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

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。

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。
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。

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
使用 HTML5 开发离线应用

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。

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

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

用户点击“New Note”按钮，newNote 函数被调用。
newNote 函数会弹出对话框，用户输入新便签内容。newNote 调用 add 函数。
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。
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

用户双击某便签时，调用 remove 函数。
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。
removeUIItem 函数删除页面列表中的相应项。

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

通过 navigator.onLine 判断是否在线。
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。
如果离线，那么把数据添加到 localStorage 的“toAdd”项中。

删除便签：removeDataItem

通过 navigator.onLine 判断是否在线。
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。
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。

如果 navigator.onLine 表示当前离线，则不做任何操作。
把 localStorage 中“toAdd”项的所有数据添加到服务器上，并删除“toAdd”项。
把 localStorage 中“toRemove”项的所有数据从服务器中删除，并删除“toRemove”项。
删除当前页面列表中的所有便签。
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。

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

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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。

参考资料

W3C 的 HTML5 规范：对 HTML5 规范进行了全面描述。
WHATWG 主页：WHATWG 是 HTML5 规范的制定者。
Mozilla 离线应用：本文中的例子参考了它的实现。
Safari 离线应用开发指南：使用 Safari 开发离线应用的资料。
developerWorks Web development 专区：通过专门关于 Web 技术的文章和教程，扩展您在网站开发方面的技能。
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