京东出品微前端框架MicroApp介绍与落地实践
前言
Micro App 是由京东零售iPaaS前端研发团队推出的一款微前端框架，不同于目前流行的开源框架，它从组件化的思维实现微前端，旨在降低上手难度、提升工作效率。它是目前市场上接入微前端成本最低的方案，并且提供了js沙箱、样式隔离、元素隔离、预加载、资源地址补全、插件系统、数据通信等一系列完善的功能。Micro App与技术栈无关，也不和业务绑定，可以用于任何前端框架和业务。
本篇文章中我们会从业务背景、实现思路介绍Micro App，也会详细介绍它的使用方式和技术原理。
随着这些年互联网的飞速发展，很多企业的web应用在持续迭代中功能越来越复杂，参与的人员、团队不断增多，导致项目出现难以维护的问题，这种情况PC端尤其常见，许多研发团队也在找寻一种高效管理复杂应用的方案，于是微前端被提及 的越来越频繁。
微前端并不是一项新的技术，而是一种架构理念，它将单一的web应用拆解成多个可以独立开发、独立运行、独立部署的小型应用，并将它们整合为一个应用。
在实际业务中，我们也遇到同样的问题，并且在不同的业务场景下尝试了各种解决方案，如iframe、npm包、微前端框架，并对各种方案的优劣进行了对比。
iframe：在所有微前端方案中，iframe是最稳定的、上手难度最低的，但它有一些无法解决的问题，例如性能低、通信复杂、双滚动条、弹窗无法全局覆盖，它的成长性不高，只适合简单的页面渲染。
npm包：将子应用封装成npm包，通过组件的方式引入，在性能和兼容性上是最优的方案，但却有一个致命的问题就是版本更新，每次版本发布需要通知接入方同步更新，管理非常困难。
微前端框架：流行的微前端框架有single-spa和qiankun，它们将维护成本和功能上达到一种平衡，是目前实现微前端备受推崇的方案。
由于iframe和npm包存在问题理论上无法解决，在最初我们采用qiankun作为解决方案，qiankun是在single-spa基础上进行了封装，提供了js沙箱、样式隔离、预加载等功能，并且与技术栈无关，可以兼容不同的框架。
qiankun虽然优秀，但依然无法满足我们的预期。第一个问题是在我们实际使用场景中，每个接入微前端的项目运行已久，且每个项目由不同的人员和团队负责，如何降低对源代码的侵入性，减少代码修改和沟通成本，这是我们非常关心的点，所以我们需要一种比qiankun接入成本更小的方案。第二个问题是在多方应用接入的情况 下，沙箱并不能完美规避所有问题(比如子午线的埋点冲突问题)，但qiankun并没有提供处理此类不可预料的问题的能力。在不停的摸索中，我们找到一种极致简洁的实现思路，它像使用组件一样简单，只修改一点点代码就可以接入微前端，并且还提供插件系统，赋予开发者灵活处理问题的能力。
微前端分为主应用和子应用，主应用也称为基座应用，是其它应用的容器载体，子应用则是被嵌入方。我们分别从主应用和子应用的角度出发，探寻一种更简洁和有效的接入微前端的方式。
在single-spa和qiankun中都是通过监听url change事件，在路由变化时匹配到渲染的子应用并进行渲染。这种基于路由监听渲染是single-spa最早实现的，作为出现最早、最有影响力的微前端框架，single-spa被很多框架和公司借鉴，也导致目前实现的微前端的方式大多是基于路由监听。
同时single-spa要求子应用修改渲染逻辑并暴露出三个方法：bootstrap、mount、unmount，分别对应初始化、渲染和卸载，这也导致子应用需要对入口文件进行修改。这个特点也被qiankun继承下来，并且需要对webpack配置进行一些修改。
基于路由监听的实现方式和对子应用入口文件以及webpack配置的修改是必须的吗？
其实并不是，微前端的核心在于资源加载与渲染，iframe的渲染方式就是一个典型，只要能够实现一种元素隔离的功能并且路由符合要求，子应用理论上不需要修改代码就可以嵌入另外一个页面渲染，我们试图从这个角度中找到不一样的实现思路。
要想简化微前端的实现步骤，必须摒弃旧的实现思路，探索出不同的道路。
我们借鉴了WebComponent的思想，以此为基础推出另一种更加组件化的实现方式：类WebComponent + HTML Entry。
HTML Entry：是指设置html作为资源入口，通过加载远程html，解析其DOM结构从而获取js、css等静态资源来实现微前端的渲染，这也是qiankun目前采用的渲染方案。
WebComponent：web原生组件，它有两个核心组成部分：CustomElement和ShadowDom。CustomElement用于创建自定义标签，ShadowDom用于创建阴影DOM，阴影DOM具有天然的样式隔离和元素隔离属性。由于WebComponent是原生组件，它可以在任何框架中使用，理论上是实现微前端最优的方案。但WebComponent有一个无法解决的问题 - ShadowDom的兼容性非常不好，一些前端框架在ShadowDom环境下无法正常运行，尤其是react框架。
类WebComponent：就是使用CustomElement结合自定义的ShadowDom实现
WebComponent基本一致的功能。
由于ShadowDom存在的问题，我们采用自定义的样式隔离和元素隔离实现ShadowDom类似的功能，然后将微前端应用封装在一个CustomElement中，从而模拟实现了一个类WebComponent组件，它的使用方式和兼容性与WebComponent一致，同时也避开了ShadowDom的问题。并且由于自定义ShadowDom的隔离特性，Micro App不需要像single-spa和qiankun一样要求子应用修改渲染逻辑并暴露出方法，也不需要修改webpack配置。
我们通过上述方案封装了一个自定义标签 micro-app ，它的渲染机制和功能与WebComponent类似，开发者可以像使用web组件一样接入微前端。它可以兼容任何框架，在使用方式和数据通信上也更加组件化，这显著降低了基座应用的接入成本，并且由于元素隔离的属性，子应用的改动量也大大降低。
接下来我们将分别介绍主应用和子应用的接入方式。本篇文章都以react代码进行举例。
每个⾃定义标签micro-app渲染后就是⼀个微前端的⼦应⽤，它的使⽤⽅式类似于iframe标签。
我们需要给标签传递三个基础属性：
name：名称
url：⼦应⽤⻚⾯地址
baseurl：baseurl是基座应⽤分配给⼦应⽤的路由前缀
使⽤⽅式如下：
如果⼦应⽤只有⼀个⻚⾯，没有路由配置，则不需要做任何修改。
如果⼦应⽤是多⻚⾯，只需要修改路由配置，添加路由前缀。
如下：
window.baseurl是由基座应⽤传⼊的路由前缀，在⾮微前端环境下，这个值为undefined。
完成以上配置即可实现微前端的渲染，对源码的改动量很少。当然Micro App还提供了其它⼀些能⼒，如插件系统、数据通信，我们接下来做详细介绍。
Micro App 的核⼼功能在CustomElement基础上进⾏构建，CustomElement⽤于创建⾃定义标签，并提供了元素的渲染、卸载、属性修改等钩⼦函数，我们通过钩⼦函数获知微应⽤的渲染时机，并将⾃定义标签作为容器，微应⽤的所有元素和样式作⽤域都⽆法逃离容器边界，从⽽形成⼀个封闭的环境。
通过⾃定义元素micro-app 的⽣命周期函connectedCallback 监听元素被渲染，加载⼦应⽤的html并转换为DOM结构，递归查询所有js和css等静态资源并加载，设置元素隔离，拦截所有动态创建的script、link等标签，提取标签内容。将加载的js经过插件系统处理后放⼊沙箱中运⾏，对css资源进⾏样式隔离，最后将格式化后的元素放⼊micro-app 中，最终micro-app 元素渲染为⼀个微前端的⼦应⽤。在渲染的过程中，会执⾏开发者绑定的⽣命周期函数，⽤于进⼀步操作。
流程图
元素隔离源于ShadowDom的概念，即ShadowDom中的元素可以和外部的元素重复但不会冲突，ShadowDom只能对⾃⼰内部的元素进⾏操作。
Micro App模拟实现了类似的功能，我们拦截了底层原型链上元素的⽅法，保证⼦应⽤只能对⾃⼰内部的元素进⾏操作，每个⼦应⽤都有⾃⼰的元素作⽤域。
元素隔离可以有效的防⽌⼦应⽤对基座应⽤和其它⼦应⽤元素的误操作，常⻅的场景是多个应⽤的根元素都使⽤相同的id，元素隔离可以保证⼦应⽤的渲染框架能够正确找到⾃⼰的根元素。
概念图
实际效果
如上图所示， micro-app 元素内部渲染的就是⼀个⼦应⽤，它还有两个⾃定义元素micro-app-head 、micro-app-body ，这两个元素的作⽤分别对应html中的head和body元素。⼦应⽤在原head元素中的内容和⼀些动态创建并插⼊head的link、script元素都会移动到micro-app-head 中，在原body元素中的内容和⼀些动态创建并插⼊body的元素都会移动到micro-app-body 中。这样可以防⽌⼦应⽤的元素泄漏到全局，在进⾏元素查询、删除等操作时，只需要在micro-app 内部进⾏处理，是实现元素隔离的重要基础。
可以将micro-app 理解为⼀个内嵌的html⻚⾯，它的结构和功能都和html⻚⾯类似。
微前端的使⽤场景⾮常复杂，即便有沙箱机制也⽆法避免所有的问题，所以我们提供了⼀套插件系统⽤于解决⼀些⽆法预知的问题。
插件可以理解为符合特定规则的对象，对象中提供⼀个函数⽤于对资源进⾏处理，插件通常由开发者⾃定义。
插件系统的作⽤是对传⼊的静态资源进⾏初步处理，并依次调⽤符合条件的插件，将初步处理后的静态资源作为参数传⼊插件，由插件对资源内容进⼀步的修改，并将修改后的内容返回。插件系统赋予开发者灵活处理静态资源的能⼒，对有问题的资源⽂件进⾏修改。
插件系统本身是纯净的，不会对资源内容造成影响，它的作⽤是统筹各个插件如何执⾏，当开发者没有设置插件时，则传⼊和传出的内容是⼀致的。
js沙箱通过Proxy代理⼦应⽤的全局对象，防⽌应⽤之间全局变量的冲突，记录或清空⼦应⽤的全局副作⽤函数，也可以向⼦应⽤注⼊全局变量⽤于定制化处理。
样式隔离是指对⼦应⽤的link和style元素的css内容进⾏格式化处理，确保⼦应⽤的样式只作⽤域⾃身，⽆法影响外部。
Micro App借鉴了qiankun的js沙箱和样式隔离⽅案，这也是⽬前应⽤⼴泛且成熟的⽅案。
Micro App 提供了预加载⼦应⽤的功能，它是基于requestIdleCallback实现的，预加载不会对基座应⽤和其它⼦应⽤的渲染速度造成影响，它会在浏览器空闲时间加载应⽤的静态资源，在应⽤真正被渲染时直接从缓存中获取资源并渲染。
微前端中经常出现资源丢失的现象，原因是基座应⽤将⼦应⽤的资源加载到⾃⼰的⻚⾯渲染，如果⼦应⽤的静态资源地址是相对地址，浏览器会以基座应⽤所在域名地址补全静态资源，从⽽导致资源丢失。
资源地址补全就是将⼦应⽤静态资源的相对地址补全为绝对地址，保证地址指向正确的资源路径，这种操作类似于webpack在运⾏时设置publicPath。
08生命周期
在微应⽤渲染时， micro-app 在不同渲染阶段会发送不同的⽣命周期事件，基座应⽤可以通过监听事件来进⾏相应的操作。
⽣命周期列表：
created：当micro-app标签被创建后，加载资源之前执⾏。
beforemount：资源加载完成，正式渲染之前执⾏。
mounted：⼦应⽤已经渲染完成后执⾏
unmount：⼦应⽤卸载时执⾏。
error：当出现破坏性错误，⽆法继续渲染时执⾏。
在卸载时，⼦应⽤也会接收到⼀个卸载的事件，⽤于执⾏卸载相关操作。
数据通信是微前端中⾮常重要的功能，实现数据通信的技术⽅案很多，优秀的⽅案可以提升开发效率，减少试错成本。我们也研究了qiankun等微前端框架数据通信的⽅式，但他们的实现⽅式并不适合我们，我们尝试直接通过元素属性传递复杂数据的形式实现数据通信。
对于前端研发⼈员最熟悉的是组件化的数据交互的⽅式，⽽⾃定义元素micro-app作为类WebComponent，通过组件属性进⾏数据交互必然是最优的⽅式。但MicroApp在数据通信中遇到的最⼤的问题是⾃定义元素⽆法⽀持设置对象类型属性，例如<micro-app data={x: 1}></micro-app> 会转换为 <micro-app data='[object Object]'></micro-app> ，想要以组件化形式进⾏数据通信必须让元素⽀持对象属性。
为了解决这个问题，我们重写了micro-app 元素原型链上属性设置的⽅法，在micro-app 元素设置对象属性时将传递的值保存到数据中⼼，通过数据中⼼将值分发给⼦应⽤。
Micro App中数据是绑定通信的，即每个micro-app 元素只能与⾃⼰指向的⼦应⽤进⾏通信，这样每个应⽤都有着清晰的数据链，可以避免数据的混乱，同时Micro App也⽀持全局通信，以便跨应⽤传递数据。
数据通信概念图
框架对⽐
为了更直观的感受Micro App和其它框架的区别，我们使⽤⼀张图进⾏对⽐。
从对⽐图可以看出，⽬前开源的微前端框架中有的功能 Micro App都有，并提供了⼀些它们不具备的功能，⽐如静态资源地址补全，元素隔离，插件系统等。
Micro App已经在京东内部的多个项⽬中使⽤，尤其是将⼀些⽼项⽬改造成微前端，在项⽬不受影响的情况下，即降低接⼊成本，⼜可以保证项⽬平稳运⾏，减⼩耦合。
下图是在营销活动中⼼使⽤的案例（图中为测试数据）：
Micro App以及⽬前市⾯上开源的微前端框架都是解决渲染的问题，即如何将多个应⽤融合为微前端。但微前端的使⽤场景⾮常复杂，没有完美的框架，虽然我们提供了插件系统⽤于解决这些不可预知的问题，但依然有⼀些问题有待解决。尤其是开发环境下，如何提⾼不同业务、不同团队之间连调的效率，如何降低开发时可能遇到的隐形问题，这是我们未来要发展的⽅向。所以我们计划在Micro App的基础上定义⼀套微前端标准，作为B端项⽬微前端场景下整体的解决⽅案。这其中包括 CLI脚⼿架、前端框架、代码结构、构建⼯具、代码检测、路由规范、发版部署、跨域请求等⼀系列规范，⽤来降低开发⻔槛，规避常⻅的问题，提升开发效率和代码健壮性，让开发者能够专注于项⽬本身，⽽不⽤花费时间解决微前端可能出现的问题。
微前端架构图
如果你对微前端也有兴趣，欢迎加⼊我们：maguohua@jd.com，⼀起共建微前端标准。
Micro App官⽹地址：https://zeroing.jd.com/micro-app
iPaaS官⽹地址：http://ipaas.jd.com/wiki