HTML5 是目前正在討論的新一代 HTML 標準，它代表了現在 Web 領域的最新發展方向。在 HTML5 標準中，加入了新的多樣的內容描述標簽，直接支持表單驗證、視頻音頻標簽、網頁元素的拖拽、離線存儲和工作線程等功能。其中一個新特性就是對離線應用開發的支持。
在開發支持離線的 Web 應用程序時，開發者通常需要使用以下三個方面的功能：
- 離線資源緩存：需要一種方式來指明應用程序離線工作時所需的資源文件。這樣，瀏覽器才能在在線狀態時，把這些文件緩存到本地。此后，當用戶離線訪問應用程序時，這些資源文件會自動加載，從而讓用戶正常使用。HTML5 中，通過 cache manifest 文件指明需要緩存的資源，并支持自動和手動兩種緩存更新方式。
- 在線狀態檢測：開發者需要知道瀏覽器是否在線，這樣才能夠針對在線或離線的狀態，做出對應的處理。在 HTML5 中，提供了兩種檢測當前網絡是否在線的方式。
- 本地數據存儲：離線時，需要能夠把數據存儲到本地，以便在線時同步到服務器上。為了滿足不同的存儲需求，HTML5 提供了 DOM Storage 和 Web SQL Database 兩種存儲機制。前者提供了易用的 key/value 對存儲方式，而后者提供了基本的關系數據庫存儲功能。
盡管 HTML5 還處于草稿狀態，但是各大主流瀏覽器都已經實現了其中的很多功能。Chrome、Firefox、Safari 和 Opera 的最新版本都對 HTML5 離線功能提供了完整的支持。IE8 也支持了其中的在線狀態檢測和 DOM Storage 功能。下面將具體介紹 HTML5 離線功能中的離線資源緩存、在線狀態檢測、DOM Storage 和 Web SQL Database，最后通過一個簡單的 Web 程序說明使用 HTML5 開發離線應用的方法。
為了能夠讓用戶在離線狀態下繼續訪問 Web 應用，開發者需要提供一個 cache manifest 文件。這個文件中列出了所有需要在離線狀態下使用的資源，瀏覽器會把這些資源緩存到本地。本節先通過一個例子展示 cache manifest 文件的用途，然后詳細描述其書寫方法，最后說明緩存的更新方式。
我們通過 W3C 提供的示例來說明。Clock Web 應用由三個文件“clock.html”、“clock.css”和“clock.js”組成。
清單 1. Clock 應用代碼
<!-- 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);
|
當用戶在離線狀態下訪問“clock.html”時，頁面將無法展現。為了支持離線訪問，開發者必須添加 cache manifest 文件，指明需要緩存的資源。這個例子中的 cache manifest 文件為“clock.manifest”，它聲明了 3 個需要緩存的資源文件“clock.html”、“clock.css”和“clock.js”。
清單 2. clock.manifest 代碼
CACHE MANIFEST clock.html clock.css clock.js |
添加了 cache manifest 文件后，還需要修改“clock.html”，把 <html> 標簽的 manifest 屬性設置為“clock.manifest”。修改后的“clock.html”代碼如下。
清單 3. 設置 manifest 后的 clock.html 代碼
<!-- 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，當用戶在線訪問“clock.html”時，瀏覽器會緩存“clock.html”、“clock.css”和“clock.js”文件；而當用戶離線訪問時，這個 Web 應用也可以正常使用了。
下面說明書寫 cache manifest 文件需要遵循的格式。
- 首行必須是 CACHE MANIFEST。
- 其后，每一行列出一個需要緩存的資源文件名。
- 可根據需要列出在線訪問的白名單。白名單中的所有資源不會被緩存，在使用時將直接在線訪問。聲明白名單使用 NETWORK：標識符。
- 如果在白名單后還要補充需要緩存的資源，可以使用 CACHE：標識符。
- 如果要聲明某 URI 不能訪問時的替補 URI，可以使用 FALLBACK：標識符。其后的每一行包含兩個 URI，當第一個 URI 不可訪問時，瀏覽器將嘗試使用第二個 URI。
- 注釋要另起一行，以 # 號開頭。
清單 4 的代碼中給出了 cache manifest 中各類標識符的使用示例。
清單 4. cache manifest 示例代碼
CACHE MANIFEST # 上一行是必須書寫的。 images/sound-icon.png images/background.png NETWORK: comm.cgi |
# 下面是另一些需要緩存的資源，在這個示例中只有一個 css 文件。
CACHE: style/default.css FALLBACK: /files/projects /projects |
應用程序可以等待瀏覽器自動更新緩存，也可以使用 Javascript 接口手動觸發更新。
- 自動更新
瀏覽器除了在第一次訪問 Web 應用時緩存資源外，只會在 cache manifest 文件本身發生變化時更新緩存。而 cache manifest 中的資源文件發生變化并不會觸發更新。
- 手動更新
開發者也可以使用 window.applicationCache 的接口更新緩存。方法是檢測 window.applicationCache.status 的值，如果是 UPDATEREADY，那么可以調用 window.applicationCache.update() 更新緩存。示范代碼如下。
清單 5 手動更新緩存
if (window.applicationCache.status == window.applicationCache.UPDATEREADY) ｛ window.applicationCache.update(); ｝
如果 Web 應用程序僅僅是一些靜態頁面的組合，那么通過 cache manifest 緩存資源文件以后，就可以支持離線訪問了。但是隨著互聯網的發展，特別是 Web2.0 概念流行以來，用戶的提交的數據漸漸成為互聯網的主流。那么在開發支持離線的 Web 應用時，就不能僅僅滿足于靜態頁面的展現，還必需考慮如何讓用戶在離線狀態下也可以操作數據。離線狀態時，把數據存儲在本地；在線以后，再把數據同步到服務器上。為了做到這一點，開發者首先必須知道瀏覽器是否在線。HTML5 提供了兩種檢測是否在線的方式：navigator.online 和 online/offline 事件。
- navigator.onLine
navigator.onLine 屬性表示當前是否在線。如果為 true, 表示在線；如果為 false, 表示離線。當網絡狀態發生變化時，navigator.onLine 的值也隨之變化。開發者可以通過讀取它的值獲取網絡狀態。
- online/offline 事件
當開發離線應用時，通過 navigator.onLine 獲取網絡狀態通常是不夠的。開發者還需要在網絡狀態發生變化時立刻得到通知，因此 HTML5 還提供了 online/offline 事件。當在線 / 離線狀態切換時，online/offline 事件將觸發在 body 元素上，并且沿著 document.body、document 和 window 的順序冒泡。因此，開發者可以通過監聽它們的 online/offline 事件來獲悉網絡狀態。
在開發支持離線功能的 Web 應用時，開發者需要在本地存儲數據。當前瀏覽器支持的 cookie 雖然也可以用來存儲數據，但是 cookie 長度非常小（通常幾 k），而且功能有限。因此，HTML5 中新引入了 DOM Storage 機制，用于存儲 key/value 對，它的設計目標是提供大規模、安全且易用的存儲功能。
DOM Storage 分為兩類：sessionStorage 和 localStorage。除了以下區別外，這兩類存儲對象的功能是完全一致的。
- sessionStorage 用于存儲與當前瀏覽器窗口關聯的數據。窗口關閉后，sessionStorage 中存儲的數據將無法使用。
- localStorage 用于長期存儲數據。窗口關閉后，localStorage 中的數據仍然可以被訪問。所有瀏覽器窗口可以共享 localStorage 的數據。
每一個 Storage 對象都可以存儲一系列 key/value 對，Storage 接口定義為：
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 用于獲取指定 key 的 value，而 setItem 用于設置指定 key 的 value。
這里給出一個使用了 sessionStorage 的例子，localStorage 的用法與它相同。首先使用 SetItem 添加了一個名為“userName”的項，它的值是“developerworks”。然后，調用 getItem 得到“userName”的值，并且彈出提示框顯示它。最后，調用 removeItem 刪除“userName”。
清單 6 DOM Storage 示例代碼
<!DOCTYPE HTML>
<html>
<body>
<script>
// 在 sessionStorage 中定義'userName'變量
sessionStorage.setItem('userName', 'developerworks');
// 訪問'userName'變量
alert("Your user is: " + sessionStorage.getItem('userName'));
// 最后刪除'userName'
sessionStorage.removeItem('userName');
</script>
</body>
</html>
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除了 DOM Storage 以外，HTML5 中還有另外一種數據存儲方式 Web SQL Database。它提供了基本的關系數據庫功能，支持頁面上的復雜的、交互式的數據存儲。它既可以用來存儲用戶產生的數據，也可以作為從服務器獲取數據的本地高速緩存。例如可以把電子郵件、日程等數據存儲到數據庫中。Web SQL Database 支持數據庫事務的概念，從而保證了即使多個瀏覽器窗口操作同一數據，也不會產生沖突。
- 創建和打開數據庫
使用數據庫的第一步是創建并打開數據庫，API 是 openDatabase。當數據庫已經存在時，openDatabase 僅僅打開數據庫；如果這個數據庫不存在，那么就創建一個空數據庫并且打開它。openDatabase 的定義是：
Database openDatabase(in DOMString name, in DOMString version, in DOMString displayName, in unsigned long estimatedSize, in optional DatabaseCallback creationCallback); |
name：數據庫名。
version：數據庫版本。
displayName：顯示名稱。
estimatedSize：數據庫預估長度（以字節為單位）。
creationCallback：回調函數。
- 執行事務處理
在打開數據庫以后，就可以使用事務 API transaction。每一個事務作為操作數據庫的原子操作，不會被打斷，從而避免了數據沖突。transaction 的定義是：
void transaction(in SQLTransactionCallback callback, in optional SQLTransactionErrorCallback errorCallback, in optional SQLVoidCallback successCallback);
callback：事務回調函數，其中可以執行 SQL 語句。
errorCallback：出錯回調函數。
successCallback：執行成功回調函數。
- 執行 SQL 語句
在事務的回調函數 callback 中，可以執行 SQL 語句，API 是 executeSQL。executeSQL 的定義是：
void executeSql(in DOMString sqlStatement, in optional ObjectArray arguments, in optional SQLStatementCallback callback, in optional SQLStatementErrorCallback errorCallback);
sqlStatement：SQL 語句。
arguments：SQL 語句需要的參數。
callback：回調函數。
errorCallback：出錯回調函數。
下面通過一個例子說明 Web SQL Database 的基本用法。它首先調用 openDatabase 創建了名為“fooDB”的數據庫。然后使用 transaction 執行兩條 SQL 語句。第一條 SQL 語句創建了名為“foo”的表，第二條 SQL 語句向表中插入一條記錄。
清單 7 Web SQL Database 示例代碼
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")');
});
|
最后，通過一個例子來說明使用 HTML5 開發離線應用的基本方法。這個例子會用到前面提到的離線資源緩存、在線狀態檢測和 DOM Storage 等功能。假設我們開發一個便簽管理的 Web 應用程序，用戶可以在其中添加和刪除便簽。它支持離線功能，允許用戶在離線狀態下添加、刪除便簽，并且當在線以后能夠同步到服務器上。
- 應用程序頁面
這個程序的界面很簡單，如圖 1 所示。用戶點擊“New Note”按鈕可以在彈出框中創建新的便簽，雙擊某便簽就表示刪除它。
圖 1. 應用程序頁面
這個頁面的源文件是 index.html，它的代碼如清單 8 所示。
清單 8 頁面 HTML 代碼
<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 中聲明了一個按鈕和一個無序列表。當按下“New Note”按鈕時，newNote 函數將被調用，它用來添加一條新的便簽。而無序列表初始為空，它是用來顯示便簽的列表。
- cache manifest 文件
定義 cache manifest 文件，聲明需要緩存的資源。在這個例子中，需要緩存“index.html”、“server.js”、“data.js”和“UI.js”等 4 個文件。除了前面列出的“index.html”外，“server.js”、“data.js”和“UI.js”分別包含服務器相關、數據存儲和用戶界面代碼。cache manifest 文件定義如下。
清單 9 cache manifest 文件
CACHE MANIFEST index.html server.js data.js UI.js
- 用戶界面代碼
用戶界面代碼定義在 UI.js 中。
清單 10 用戶界面代碼 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); // 在數據中添加 addDataItem(title); } function remove(title) { // 從界面中刪除 removeUIItem(title); // 從數據中刪除 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 中的代碼包含添加便簽和刪除便簽的界面操作。
- 添加便簽
- 用戶點擊“New Note”按鈕，newNote 函數被調用。
- newNote 函數會彈出對話框，用戶輸入新便簽內容。newNote 調用 add 函數。
- add 函數分別調用 addUIItem 和 addDataItem 添加頁面元素和數據。addDataItem 代碼將在后面列出。
- addUIItem 函數在頁面列表中添加一項。并指明 ondblclick 事件的處理函數是 remove，使得雙擊操作可以刪除便簽。
- 刪除便簽
- 用戶雙擊某便簽時，調用 remove 函數。
- remove 函數分別調用 removeUIItem 和 removeDataItem 刪除頁面元素和數據。removeDataItem 將在后面列出。
- removeUIItem 函數刪除頁面列表中的相應項。
- 數據存儲代碼
數據存儲代碼定義在 data.js 中。
清單 11 數據存儲代碼 data.js
var storage = window['localStorage']; function addDataItem(title) { if (navigator.onLine) // 在線狀態 { addServerItem(title); } else // 離線狀態 { var str = storage.getItem("toAdd"); if(str == null) { str = title; } else { str = str + "," + title; } storage.setItem("toAdd", str); } } function removeDataItem(title) { if (navigator.onLine) // 在線狀態 { removeServerItem(title); } else // 離線狀態 { var str = storage.getItem("toRemove"); if(str == null) { str = title; } else { str = str + "," + title; } storage.setItem("toRemove", str); } } function SyncWithServer() { // 如果當前是離線狀態，不需要做任何處理 if (navigator.onLine == false)return; var i = 0; // 和服務器同步添加操作 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"); } // 和服務器同步刪除操作 str = storage.getItem("toRemove"); if(str != null) { var removeItems = str.split(","); for(i = 0; i<removeItems.length; i++) { removeDataItem(removeItems[i]); } storage.removeItem("toRemove"); } // 刪除界面中的所有便簽 var list = document.getElementById("list"); while(list.lastChild != list.firstElementChild) list.removeChild(list.lastChild); if(list.firstElementChild) list.removeChild(list.firstElementChild); // 從服務器獲取全部便簽，并顯示在界面中 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 中的代碼包含添加便簽、刪除便簽和與服務器同步等數據操作。其中用到了 navigator.onLine 屬性、online 事件、DOM Storage 等 HTML5 新功能。
- 添加便簽：addDataItem
- 通過 navigator.onLine 判斷是否在線。
- 如果在線，那么調用 addServerItem 直接把數據存儲到服務器上。addServerItem 將在后面列出。
- 如果離線，那么把數據添加到 localStorage 的“toAdd”項中。
- 刪除便簽：removeDataItem
- 通過 navigator.onLine 判斷是否在線。
- 如果在線，那么調用 removeServerItem 直接在服務器上刪除數據。removeServerItem 將在后面列出。
- 如果離線，那么把數據添加到 localStorage 的“toRemove”項中。
- 數據同步：SyncWithServer
在 data.js 的最后一行，注冊了 window 的 online 事件處理函數 SyncWithServer。當 online 事件發生時，SyncWithServer 將被調用。其功能如下。
- 如果 navigator.onLine 表示當前離線，則不做任何操作。
- 把 localStorage 中“toAdd”項的所有數據添加到服務器上，并刪除“toAdd”項。
- 把 localStorage 中“toRemove”項的所有數據從服務器中刪除，并刪除“toRemove”項。
- 刪除當前頁面列表中的所有便簽。
- 調用 getServerItems 從服務器獲取所有便簽，并添加在頁面列表中。getServerItems 將在后面列出。
- 服務器相關代碼
服務器相關代碼定義在 server.js 中。
清單 12 服務器相關代碼 server.js
function addServerItem(title) { // 在服務器中添加一項 } function removeServerItem(title) { // 在服務器中刪除一項 } function getServerItems() { // 返回服務器中存儲的便簽列表 }
由于這部分代碼與服務器有關，這里只說明各個函數的功能，具體實現可以根據不同服務器編寫代碼。
- 在服務器中添加一項：addServerItem
- 在服務器中刪除一項：removeServerItem
- 返回服務器中存儲的便簽列表：getServerItems