Service Worker学习与实践（三）——消息推送

在上一篇文章Service Worker学习与实践（二）——PWA简介中，已经讲到PWA的起源，优势与劣势，并通过一个简单的例子说明了如何在桌面端和移动端将一个PWA安装到桌面上，这篇文章，将通过一个例子阐述如何使用Service Worker的消息推送功能，并配合PWA技术，带来原生应用般的消息推送体验。

Notification

说到底，PWA的消息推送也是服务端推送的一种，常见的服务端推送方法，例如广泛使用的轮询、长轮询、Web Socket等，说到底，都是客户端与服务端之间的通信，在Service Worker中，客户端接收到通知，是基于Notification来进行推送的。

那么，我们来看一下，如何直接使用Notification来发送一条推送呢？下面是一段示例代码：

// 在主线程中使用
let notification = new Notification('您有新消息', {
  body: 'Hello Service Worker',
  icon: './images/logo/logo152.png',
});

notification.onclick = function() {
  console.log('点击了');
};

在控制台敲下上述代码后，则会弹出以下通知：

然而，Notification这个API，只推荐在Service Worker中使用，不推荐在主线程中使用，在Service Worker中的使用方法为：

// 添加notificationclick事件监听器，在点击notification时触发
self.addEventListener('notificationclick', function(event) {
  // 关闭当前的弹窗
  event.notification.close();
  // 在新窗口打开页面
  event.waitUntil(
    clients.openWindow('https://google.com')
  );
});

// 触发一条通知
self.registration.showNotification('您有新消息', {
  body: 'Hello Service Worker',
  icon: './images/logo/logo152.png',
});

读者可以在MDN Web Docs关于Notification在Service Worker中的相关用法，在本文就不浪费大量篇幅来进行较为详细的阐述了。

申请推送的权限

如果浏览器直接给所有开发者开放向用户推送通知的权限，那么势必用户会受到大量垃圾信息的骚扰，因此这一权限是需要申请的，如果用户禁止了消息推送，开发者是没有权利向用户发起消息推送的。我们可以通过serviceWorkerRegistration.pushManager.getSubscription方法查看用户是否已经允许推送通知的权限。修改sw-register.js中的代码：

if ('serviceWorker' in navigator) {
  navigator.serviceWorker.register('/sw.js').then(function (swReg) {
    swReg.pushManager.getSubscription()
      .then(function(subscription) {
        if (subscription) {
          console.log(JSON.stringify(subscription));
        } else {
          console.log('没有订阅');
          subscribeUser(swReg);
        }
      });
  });
}

上面的代码调用了swReg.pushManager的getSubscription，可以知道用户是否已经允许进行消息推送，如果swReg.pushManager.getSubscription的Promise被reject了，则表示用户还没有订阅我们的消息，调用subscribeUser方法，向用户申请消息推送的权限：

function subscribeUser(swReg) {
  const applicationServerKey = urlB64ToUint8Array(applicationServerPublicKey);
  swReg.pushManager.subscribe({
    userVisibleOnly: true,
    applicationServerKey: applicationServerKey
  })
  .then(function(subscription) {
    console.log(JSON.stringify(subscription));
  })
  .catch(function(err) {
    console.log('订阅失败: ', err);
  });
}

上面的代码通过serviceWorkerRegistration.pushManager.subscribe向用户发起订阅的权限，这个方法返回一个Promise，如果Promise被resolve，则表示用户允许应用程序推送消息，反之，如果被reject，则表示用户拒绝了应用程序的消息推送。如下图所示：

serviceWorkerRegistration.pushManager.subscribe方法通常需要传递两个参数：

userVisibleOnly，这个参数通常被设置为true，用来表示后续信息是否展示给用户。
applicationServerKey，这个参数是一个Uint8Array，用于加密服务端的推送信息，防止中间人攻击，会话被攻击者篡改。这一参数是由服务端生成的公钥，通过urlB64ToUint8Array转换的，这一函数通常是固定的，如下所示：

function urlB64ToUint8Array(base64String) {
  const padding = '='.repeat((4 - base64String.length % 4) % 4);
  const base64 = (base64String + padding)
    .replace(/\-/g, '+')
    .replace(/_/g, '/');

  const rawData = window.atob(base64);
  const outputArray = new Uint8Array(rawData.length);

  for (let i = 0; i < rawData.length; ++i) {
    outputArray[i] = rawData.charCodeAt(i);
  }
  return outputArray;
}

关于服务端公钥如何获取，在文章后续会有相关阐述。

处理拒绝的权限

如果在调用serviceWorkerRegistration.pushManager.subscribe后，用户拒绝了推送权限，同样也可以在应用程序中，通过Notification.permission获取到这一状态，Notification.permission有以下三个取值，：

granted：用户已经明确的授予了显示通知的权限。
denied：用户已经明确的拒绝了显示通知的权限。
default：用户还未被询问是否授权，在应用程序中，这种情况下权限将视为denied。

if (Notification.permission === 'granted') {
  // 用户允许消息推送
} else {
  // 还不允许消息推送，向用户申请消息推送的权限
}

密钥生成

上述代码中的applicationServerPublicKey通常情况下是由服务端生成的公钥，在页面初始化的时候就会返回给客户端，服务端会保存每个用户对应的公钥与私钥，以便进行消息推送。

在我的示例演示中，我们可以使用Google配套的实验网站web-push-codelab生成公钥与私钥，以便发送消息通知：

发送推送

在Service Worker中，通过监听push事件来处理消息推送：

self.addEventListener('push', function(event) {
  const title = event.data.text();
  const options = {
    body: event.data.text(),
    icon: './images/logo/logo512.png',
  };

  event.waitUntil(self.registration.showNotification(title, options));
});

在上面的代码中，在push事件回调中，通过event.data.text()拿到消息推送的文本，然后调用上面所说的self.registration.showNotification来展示消息推送。

服务端发送

那么，如何在服务端识别指定的用户，向其发送对应的消息推送呢？

在调用swReg.pushManager.subscribe方法后，如果用户是允许消息推送的，那么该函数返回的Promise将会resolve，在then中获取到对应的subscription。

subscription一般是下面的格式：

{
  "endpoint": "https://fcm.googleapis.com/fcm/send/cSEJGmI_x2s:APA91bHzRHllE6tNoEHqjHQSlLpcQHeiGr7X78EIa1QrUPFqDGDM_4RVKNxoLPV3_AaCCejR4uwUawBKYcQLmLpUrCUoZetQ9pVzQCJSomB5BvoFZBzkSnUb-ALm4D1lqwV9w_uP3M0E",
  "expirationTime": null,
  "keys": {
    "p256dh": "BDOx1ZTtsFL2ncSN17Bu7-Wl_1Z7yIiI-lKhtoJ2dAZMToGz-XtQOe6cuMLMa3I8FoqPfcPy232uAqoISB4Z-UU",
    "auth": "XGWy-wlmrAw3Be818GLZ8Q"
  }
}

使用Google配套的实验网站web-push-codelab，发送消息推送。

web-push

在服务端，使用web-push-libs，实现公钥与私钥的生成，消息推送功能，Node.js版本。

const webpush = require('web-push');

// VAPID keys should only be generated only once.
const vapidKeys = webpush.generateVAPIDKeys();

webpush.setGCMAPIKey('<Your GCM API Key Here>');
webpush.setVapidDetails(
  'mailto:example@yourdomain.org',
  vapidKeys.publicKey,
  vapidKeys.privateKey
);

// pushSubscription是前端通过swReg.pushManager.subscribe获取到的subscription
const pushSubscription = {
  endpoint: '.....',
  keys: {
    auth: '.....',
    p256dh: '.....'
  }
};

webpush.sendNotification(pushSubscription, 'Your Push Payload Text');

上面的代码中，GCM API Key需要在Firebase console中申请，申请教程可参考这篇博文。

在这个我写的示例Demo中，我把subscription写死了：

const webpush = require('web-push');

webpush.setVapidDetails(
  'mailto:503908971@qq.com',
  'BCx1qqSFCJBRGZzPaFa8AbvjxtuJj9zJie_pXom2HI-gisHUUnlAFzrkb-W1_IisYnTcUXHmc5Ie3F58M1uYhZU',
  'g5pubRphHZkMQhvgjdnVvq8_4bs7qmCrlX-zWAJE9u8'
);

const subscription = {
  "endpoint": "https://fcm.googleapis.com/fcm/send/cSEJGmI_x2s:APA91bHzRHllE6tNoEHqjHQSlLpcQHeiGr7X78EIa1QrUPFqDGDM_4RVKNxoLPV3_AaCCejR4uwUawBKYcQLmLpUrCUoZetQ9pVzQCJSomB5BvoFZBzkSnUb-ALm4D1lqwV9w_uP3M0E",
  "expirationTime": null,
  "keys": {
    "p256dh": "BDOx1ZTtsFL2ncSN17Bu7-Wl_1Z7yIiI-lKhtoJ2dAZMToGz-XtQOe6cuMLMa3I8FoqPfcPy232uAqoISB4Z-UU",
    "auth": "XGWy-wlmrAw3Be818GLZ8Q"
  }
};

webpush.sendNotification(subscription, 'Counterxing');

交互响应

默认情况下，推送的消息点击后是没有对应的交互的，配合clients API可以实现一些类似于原生应用的交互，这里参考了这篇博文的实现：

Service Worker中的self.clients对象提供了Client的访问，Client接口表示一个可执行的上下文，如Worker或SharedWorker。Window客户端由更具体的WindowClient表示。你可以从Clients.matchAll()和Clients.get()等方法获取Client/WindowClient对象。

新窗口打开

使用clients.openWindow在新窗口打开一个网页：

self.addEventListener('notificationclick', function(event) {
  event.notification.close();
  // 新窗口打开
  event.waitUntil(
    clients.openWindow('https://google.com/')
  );
});

聚焦已经打开的页面

利用cilents提供的相关API获取，当前浏览器已经打开的页面URLs。不过这些URLs只能是和你SW同域的。然后，通过匹配URL，通过matchingClient.focus()进行聚焦。没有的话，则新打开页面即可。

self.addEventListener('notificationclick', function(event) {
  event.notification.close();
  const urlToOpen = self.location.origin + '/index.html';

  const promiseChain = clients.matchAll({
      type: 'window',
      includeUncontrolled: true
    })
    .then((windowClients) => {
      let matchingClient = null;

      for (let i = 0; i < windowClients.length; i++) {
        const windowClient = windowClients[i];
        if (windowClient.url === urlToOpen) {
          matchingClient = windowClient;
          break;
        }
      }

      if (matchingClient) {
        return matchingClient.focus();
      } else {
        return clients.openWindow(urlToOpen);
      }
    });

  event.waitUntil(promiseChain);
});

检测是否需要推送

如果用户已经停留在当前的网页，那我们可能就不需要推送了，那么针对于这种情况，我们应该怎么检测用户是否正在网页上呢？

通过windowClient.focused可以检测到当前的Client是否处于聚焦状态。

self.addEventListener('push', function(event) {
  const promiseChain = clients.matchAll({
      type: 'window',
      includeUncontrolled: true
    })
    .then((windowClients) => {
      let mustShowNotification = true;

      for (let i = 0; i < windowClients.length; i++) {
        const windowClient = windowClients[i];
        if (windowClient.focused) {
          mustShowNotification = false;
          break;
        }
      }

      return mustShowNotification;
    })
    .then((mustShowNotification) => {
      if (mustShowNotification) {
        const title = event.data.text();
        const options = {
          body: event.data.text(),
          icon: './images/logo/logo512.png',
        };
        return self.registration.showNotification(title, options);
      } else {
        console.log('用户已经聚焦于当前页面，不需要推送。');
      }
    });
});

合并消息

该场景的主要针对消息的合并。比如，当只有一条消息时，可以直接推送，那如果该用户又发送一个消息呢？这时候，比较好的用户体验是直接将推送合并为一个，然后替换即可。那么，此时我们就需要获得当前已经展示的推送消息，这里主要通过registration.getNotifications() API来进行获取。该API返回的也是一个Promise对象。通过Promise在resolve后拿到的notifications，判断其length，进行消息合并。

self.addEventListener('push', function(event) {
  // ...
    .then((mustShowNotification) => {
      if (mustShowNotification) {
        return registration.getNotifications()
          .then(notifications => {
            let options = {
              icon: './images/logo/logo512.png',
              badge: './images/logo/logo512.png'
            };
            let title = event.data.text();
            if (notifications.length) {
              options.body = `您有${notifications.length}条新消息`;
            } else {
              options.body = event.data.text();
            }
            return self.registration.showNotification(title, options);

          });
      } else {
        console.log('用户已经聚焦于当前页面，不需要推送。');
      }
    });
  // ...
});

小结

本文通过一个简单的例子，讲述了Service Worker中消息推送的原理。Service Worker中的消息推送是基于Notification API的，这一API的使用首先需要用户授权，通过在Service Worker注册时的serviceWorkerRegistration.pushManager.subscribe方法来向用户申请权限，如果用户拒绝了消息推送，应用程序也需要相关处理。

消息推送是基于谷歌云服务的，因此，在国内，收到GFW的限制，这一功能的支持并不好，Google提供了一系列推送相关的库，例如Node.js中，使用web-push来实现。一般原理是：在服务端生成公钥和私钥，并针对用户将其公钥和私钥存储到服务端，客户端只存储公钥。Service Worker的swReg.pushManager.subscribe可以获取到subscription，并发送给服务端，服务端利用subscription向指定的用户发起消息推送。

消息推送功能可以配合clients API做特殊处理。

如果用户安装了PWA应用，即使用户关闭了应用程序，Service Worker也在运行，即使用户未打开应用程序，也会收到消息通知。

在下一篇文章中，我将尝试在我所在的项目中使用Service Worker，并通过Webpack和Workbox配置来讲述Service Worker的最佳实践。

Service Worker学习与实践（三）——消息推送

Notification

申请推送的权限

处理拒绝的权限

密钥生成

发送推送

服务端发送

web-push

交互响应

新窗口打开

聚焦已经打开的页面

检测是否需要推送

合并消息

小结

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