React 渲染方式与 Next.js 13

随便聊聊 React 渲染方式的变化以及 Next.js 13 为未来带来的新思路。

前言

最初期的 Web 是将静态文档链接组合起来，人人都可以访问。随着文档越来越多，维护静态文档越来越难，于是诞生了像 CGI 这种的动态文档技术。

随着 Web 技术的发展，逐渐发展出了 jQuery 等 JS 框架来丰富页面的交互和功能，但无论是 CGI 还是类 jQuery 框架，无一例外都是由服务端生成 HTML 返回给浏览器进行渲染，JS 的功能仅限于增强页面效果。这种模式下，前端代码和后端代码耦合在一起，并且更新界面时需要命令式的去操作 DOM，进而导致项目难维护，限制了前端进一步壮大。

现代前端框架

在 jQuery 之后，逐渐出现了 Angular、React 和 Vue 等框架，这些框架相较于传统的 jQuery 等框架，主要区别在于：

数据驱动 UI，无需命令式操作 DOM
前后端分离架构
基于 Node.js 的工程化体系

因此把这些框架称为现代前端框架，这些框架脱离了后端的束缚发展出了多种渲染方式，下面以 React 为例简单聊聊这些渲染方式，其他框架也都类似。

CSR

最初使用这些框架的方式主要是客户端渲染的 SPA，即单页面应用程序，由客户端（浏览器）生成 HTML 并渲染，路由也由客户端接管，服务端只需提供接口并以 Ajax 方式调用：

CSR

这种方式相较于传统的 jQuery 模式，能够带来一些好处：

更好的开发体验，前后端分离的项目代码更易于维护，同时后端一套接口可以提供给多端使用；
更好的用户体验，切换页面时仅刷新变化的部分，不会出现切换页面时的白屏和等待，使用体验上更像是一个应用，而非一个网页；

jQuery 也可以实现前端后端分离的结构和单页面模式，但需要开发者编写大量的操作 DOM 的命令式代码，不利于代码维护和项目规模扩大。

当然 CSR 模式也存在一些问题：

静态资源体积爆炸式增长，大量的 JS 代码和 npm 包被打包发送给客户端，如果没有特意做优化，可能会达到几十 M 的大小；
瀑布式请求，导致页面首屏白屏时间较长，并且在交互时频繁展示 Loading 状态，Loading 看似是在优化用户体验，但过多的 Loading 会起到反作用；
SEO 效果差，因为返回给客户端的 HTML 是没有任何内容的，需要等 JS 加载后再渲染，导致搜索引擎无法抓取页面内容；
运行时性能可能不佳，在客户端执行大量的 JS 代码，性能取决于用户的设备性能，对于低性能的用户设备来说效果可能不佳；

SSR

为了解决 CSR 的一些问题，就诞生了 SSR，即服务端渲染，发起请求时，由服务端（Node 服务）生成 HTML 返回给客户端：

SSR

与 CSR 不同的是，SSR 会在首次请求时返回已生成的 HTML 和页面所需要的数据，优化了 CSR 模式的首屏渲染问题和 SEO 问题，但大多数 SSR 架构设计都是只针对首屏进行服务端渲染，页面加载后的操作和 CSR 模式没有任何区别。但同时也引入一些新的问题：

首次请求返回的内容中除了包含了已生成的 HTML 文本，还包含了该页面所需要的数据，一般以 JSON 形式注入到 script 标签中。这些数据已经注入到 HTML 里面，又以 JSON 形式存储一份，就导致了数据冗余，对于内容量比较大的页面，响应体积增幅比较明显；
页面首次加载后只有静态的 HTML，还没有组件实例、事件监听等，这时候会通过 JS 进行 hydrate（水合）操作，即使用 HTML 中的 JSON 数据生成虚拟 DOM，并于已有的 HTML 对比合并，在生成虚拟 DOM 的过程中需要大量的 JS 运算，尤其是页面内容较多时，此时 JS 线程会被占用阻塞，导致无法及时响应用户交互。因此 SSR 模式优化了首屏渲染时间（FP），但牺牲了首次可交互时间（TTI），对于纯内容型的页面影响不大，但对于有用户交互的网站会给用户带来卡住了的印象；
由于 SSR 需要在服务端运行一个 Node 服务生成 HTML，并且会占用较高的 CPU 资源，会导致服务器成本和运维成本的增高；

React 的这种 SSR 模式叫做 SSR 可能不太合理，或者不太严谨，常规意义上的服务端渲染是指所有页面由服务端生成，如 PHP、JSP 或者 Node.js + 模版引擎的模式，而 React 的 SSR 模式只是在服务端渲染首次请求的页面，后续用户交互的页面与 SPA 模式没有任何差异。因为 React 的 SSR 模式是同一套代码可以同时在服务端和客户端运行，所以叫做同构可能会更合适一点。

SSG & ISR

鉴于 SSR 模式常用于对 SEO 和首屏渲染要求较高的内容型网站，比如新闻站、博客、企业官网等，并且这些网站对动态性的要求不高，内容更新频率较低，维护一个成本较高的 Node 服务不太划算，因此诞生 SSG 模式，即静态站点生成（Static Site Generation），它的原理和 SSR 基本类似，唯一不同的是把 SSR 生成页面的过程放在编译时去完成，在项目编译时就生成每个页面的 HTML 和 JSON 文件，用户首次请求的页面返回 HTML 文件，后续的页面返回 JSON 文件，由客户端更新页面，因此整个站点就是纯静态的了，不再需要 Node 服务了。

但 SSG 模式也有缺陷，如果网站的内容特别多或更新内容较频繁，比如新闻网站有几万篇文章，且每天新增多篇，SSG 模式下编译时间就会长到不能接受，并且产生的静态文件量太大。这时就需要 ISR 模式了，即增量静态生成（Incremental Static Regeneration），所有的静态页面按需增量生成，比如某个页面仅在用户第一次请求时生成，后续再访问这个页面直接返回静态文件即可，当然这种模式需要像 SSR 模式运行一个 Node 服务。

上面提到的 SSR、SSG 和 ISR 模式，除 Next.js 外，Gatsby、Vue 生态的 Nuxt 也都支持这些模式。

React 18

React 18 提供了几个新的能力：Server Component、Suspense 和 use。

Server Component 顾名思义是在服务端运行的 React 组件，与之前的 SSR 不同的是，Server Component 支持流式 HTML 和选择性水合，需要配合 renderToPipeableStream、hydrateRoot 和 Suspense 来实现。
Suspense 是 React 16 新增的 API，但之前只能配合 lazy 来实现组件的动态加载，在 React 18 中得到了增强，流式渲染就要依靠它。
use 用于在客户端组件中支持 async / await，可以把它理解为 React 版的 await。

// Server Component
async function Note({ id, isEditing }) {
  const note = await db.posts.get(id);
  return (
    <div>
      <h1>{note.title}</h1>
      <section>{note.body}</section>
      {isEditing ? <NoteEditor note={note} /> : null}
    </div>
  );
}

// Client Component
function Note({ id, isEditing }) {
  const note = use(fetchApi('/posts'));
  return (
    <div>
      <h1>{note.title}</h1>
      <section>{note.body}</section>
      {isEditing ? <NoteEditor note={note} /> : null}
    </div>
  );
}

这几个 API 都相对比较低层，开发者比较难直接使用，需要依靠一些框架做一些上层封装。

Next.js 13

基于以上 React 提供的新能力，Next.js 13 首次将 Server Component 变为实际可用（之前一直是 RFC 阶段，并没有实际实现），并实现了流式渲染，即页面不一次性发送到客户端，而是一部分一部分地发送。

在 Next.js 13 中新增了一个 app 目录用于替代原来的 pages 目录，为了向后兼容，两者可以共存。除了提供了全新的基于文件的路由，同时 app 目录内的页面全部默认为 Server Component，这些组件都会在服务端进行渲染，渲染后的页面会分批次返回给客户端，并分批次进行水合。

组件返回的顺序不需要开发者关心，框架会根据组件渲染和数据拉取速度自行处理，因此某个组件响应较慢不会影响页面的整体响应速度，页面上会先用 Loading 占位符展示。这种模式下会有以下好处：

由于返回的是 React 定义的 DSL，而非 JS 文件，因此体积上可以大幅减小，比如组件内渲染一段 Markdown 内容，只会返回渲染后的内容，而不会返回解析 Markdown 的 npm 文件；
流式渲染和选择性水合可以加快首屏渲染时间和首次可交互时间，选择性水合可以根据用户的行为自动判断优先水合哪部分内容，比如有 A、B 两个区域需要水合，此时用户点击了 B 区域，就会优先水合 B 区域，以保证 B 区域更快的响应用户的交互；
Server Component 使组件具备了完整的服务端能力，比如可以直接组件内读取数据库，而不再需要之前 getServerSideProps 之类的 API，降低开发者的学习成本；
组件之间更加解耦，每个组件所需的数据都自行获取即可，无需通过其他组件层层传递，如果多个组件调用同一个接口获取数据，Next.js 会自动做去重和缓存；
所有的数据请求逻辑都放在服务端，响应速度也会更快；由于在 Server Component 是在服务端运行，所以在组件内不能调用浏览器端的 API，如 window.xxx 等，也不能使用 useState、useEffect 等 Hooks。如果想要组件在客户端运行，可以使用客户端组件，在 Next.js 13 中，在组件文件开头加一行 "use client" 即可。

岛屿架构

主流之外的一个新分支

不论是 SSR、SSG、ISR，都是在针对不同场景做性能优化和取舍，但这些模式无一例外都会有大量的 JS 代码在客户端运行，大量 JS 代码也是导致性能问题的主要原因，那我不要 JS 代码呢？

不用 JS 对于大部分内容网站是完全可行的，但开发方式就过于原始了，并且不能享受 npm 生态的红利了，并且现在大多数网站也不完全是静态的 🤣

于是就诞生了岛屿架构，简单来说就是将整个静态的页面视为一片大海，在需要动态和交互地方注入 JS 代码，也就是一个个岛屿，并且每个岛屿互相独立。比如一个博客网站，每篇博客的内容是纯静态的 HTML，而下面的评论区使用 JS 动态加载和渲染。

Islands Architecture

可能是使用场景比较有限吧，目前已实现岛屿架构的框架并不多，相对比较成熟的有 Demo 的 Fresh 框架（基于 Preact），完全基于岛屿架构的理念去设计和实现，此外还有 Gatsby v5 新推出的部分水合（Partial Hydration）与岛屿架构很相似。

Remix

Remix 是一个与 Next.js 高度相似的框架，但他不具备 SSG 等静态生成的能力，必须要运行一个 Node 服务，他的数据获取方式也与 Next.js 13 类似，也有于 Next.js 13 相似的嵌套式路由。不过他的大部分能力是基于 React Router 实现的，毕竟是由 React Router 团队开发的。

Remix

题外话：由于 Next.js 13 的功能大多依赖 React 提供的底层能力，有些 API 是首次被使用，比如 Server Component 和 use，并且 Next.js 的开发有 React 团队参与，因此有人质疑 React 团队是不是给 Next.js 团队开小灶，Next.js 会不会慢慢变成 React 的“发行版”，会不会影响其他框架的发展，是 Next.js 一家独大哈哈哈。

React 渲染方式与 Next.js 13

前言

现代前端框架

CSR

SSR

SSG & ISR

React 18

Next.js 13

岛屿架构

Remix

参考资料