浏览器跨 Tab 窗口通信原理

所谓多窗口下进行互相通信，是指在浏览器中，不同窗口（包括不同标签页、不同浏览器窗口甚至不同浏览器实例）之间进行数据传输和通信的能力。

当然，本文我们探讨的是纯前端的跨 Tab 页面通信，在非纯前端的方式下，我们可以借助诸如 Web Socket 等方式，藉由后端这个中间载体，进行跨页面通信。

有多种方法可以实现跨页面通信，具体选择方法取决于需求和兼容性要求。以下是一些常见的前端跨页面通信方法：

1. 「Broadcast Channel：」 使用 Broadcast Channel API，可以在同一浏览器中的不同页面之间实现实时通信。

2. 「Window.postMessage()：」 Window.postMessage() 方法允许您在不同窗口之间安全地发送消息。这个方法通过发送消息事件来触发消息接收，可以在不同域之间使用，只要目标窗口同意。

   // 发送消息
   window.postMessage('Hello from Page 1!', 'https://example.com');
   
   // 接收消息
   window.addEventListener('message', event => {
    console.log(event.data);
   });
   

3. 「LocalStorage 或 SessionStorage：」 您可以使用 localStorage 或 sessionStorage 存储数据，以便在不同页面之间共享信息。这种方式适用于需要持久性数据的情况，但只能存储字符串数据。

4. 「Cookies：」 使用浏览器的 cookies 来在不同页面之间传递信息。这种方法适用于存储小量数据，但可能会受到一些安全和隐私限制。

5. 「Web Sockets：」 使用 WebSocket 协议可以实现实时双向通信，适用于需要高度实时性的应用程序。WebSocket 允许不同页面之间建立持久性连接，以进行双向通信。

6. 「Shared Workers：」 Shared Workers 是一种多个页面之间共享的 Web Worker，它可以在不同页面之间进行消息传递。这适用于高性能计算和共享数据的场景。

7. 「服务端通信：」 如果需要在不同页面之间共享数据，可以通过与服务器进行通信，将数据存储在服务器上，然后在不同页面中从服务器获取数据。

8. 「跨文档通信库：」 有一些开源 JavaScript 库和框架，如 localForage、postis、easyXDM 等，专门用于处理跨页面通信问题。这些库提供了更高级的抽象和易用性，使通信更容易管理。

为了实现跨窗口通信，它应该需要具备以下能力：

1. 数据传输能力：能够将数据从一个窗口发送到另一个窗口，以及接收来自其他窗口的数据。
2. 实时性：能够实现实时或近实时的数据传输，以便及时更新不同窗口的内容。
3. 安全性：确保通信过程中的数据安全，防止恶意窃取或篡改通信数据。当然，这个不是本文讨论的重点，但是是实际应用中不应该忽视的一个重点。

Broadcast Channel

Broadcast Channel 是一个较新的 Web API，用于在不同的浏览器窗口、标签页或框架之间实现跨窗口通信。它基于发布-订阅模式，允许一个窗口发送消息，并由其他窗口接收。

其核心步骤如下：

1. 创建一个 BroadcastChannel 对象：在发送和接收消息之前，首先需要在每个窗口中创建一个 BroadcastChannel 对象，使用相同的频道名称进行初始化。
2. 发送消息：通过 BroadcastChannel 对象的 postMessage() 方法，可以向频道中的所有窗口发送消息。
3. 接收消息：通过监听 BroadcastChannel 对象的 message 事件，可以在窗口中接收到来自其他窗口发送的消息。

同时，Broadcast Channel 遵循浏览器的同源策略。这意味着只有在同一个协议、主机和端口下的窗口才能正常进行通信。如果窗口不满足同源策略，将无法互相发送和接收消息。

因为有同源限制，我们需要起一个服务，这里我基于 Vite 快速起了一个 Vue 项目，简单的基于 .vue 文件下进行一个演示。

其核心代码非常简单：

<template>
  <div class="g-container" id="j-main">
    // ...  
  </div>
</template>

<script>
import { onMounted } from 'vue';

export default {
  setup() {
    function createBroadcastChannel() {
      broadcastChannel = new BroadcastChannel('broadcast');
      broadcastChannel.onmessage = handleMessage;
    }

    function sendMessage(data) {
      broadcastChannel.postMessage(data);
    }

    function handleMessage(event) {
        console.log('接收到 event', event);
        // TODO: 处理接收到信息后的逻辑
    }

    function resizeEventBind() {
      window.addEventListener('resize', () => {
         const pos = getCurPos();
         sendMessage(pos);
       });
    }

    // 计算当前元素距离显示器窗口右上角的距离
    function getCurPos() {
      const barHeight = window.outerHeight - window.innerHeight;
      const element = document.getElementById('j-main');
      const rect = element.getBoundingClientRect();

      // 获取元素相对于屏幕左上角的 X 和 Y 坐标
      const x = rect.left + window.screenX; // 元素左边缘相对于屏幕左边缘的距离
      const y = rect.top + window.screenY + barHeight;// 元素顶部边缘相对于屏幕顶部边缘的距离

      return [x, y];
    }
    
    onMounted(() => {
      createBroadcastChannel();
      resizeEventBind();
    });

    return {};
  }
};
</script>

<style lang="scss"></style>

这里，我们的核心逻辑在于：

• createBroadcastChannel() 函数用于创建一个 BroadcastChannel 对象，并设置消息处理函数。
• sendMessage(data) 函数用于向 BroadcastChannel 发送消息。
• handleMessage(event) 函数用于处理接收到的消息。
• resizeEventBind() 函数用于监听窗口大小变化事件，并在事件发生时获取当前元素的位置信息，并通过 sendMessage() 函数发送位置信息到 BroadcastChannel。
• getCurPos() 函数用于计算当前元素相对于显示器窗口右上角的距离。

在 onMounted() 生命周期钩子中，调用了 createBroadcastChannel() 和 resizeEventBind() 函数，用于在组件挂载后执行相关的初始化操作。

这里的核心点，还是：

1. 数据向其他 Tab 页面传递的能力
2. Tab 页面接受其他页面传递过来的数据的能力

其本质就是一个数据共享池子。

SharedWorker API

SharedWorker API 是 HTML5 中提供的一种多线程解决方案，它可以在多个浏览器 TAB 页面之间共享一个后台线程，从而实现跨页面通信。

与其他 Worker 不同的是，SharedWorker 可以被多个浏览器 TAB 页面共享，且可以在同一域名下的不同页面之间建立连接。这意味着，多个页面可以通过 SharedWorker 实例之间的消息传递，实现跨 TAB 页面的通信。

它的实现与上面的 Broadcast Channel 非常类似，我们来看一看实际的代码：

<template>
  <div class="g-container" id="j-main">
    // ...  
  </div>
</template>

<script>
import { onMounted } from 'vue';

export default {
  setup() {
    // 创建一个 SharedWorker 对象
    let worker;
    
    function initWorker() {
      // 创建一个 SharedWorker 对象
      worker = new SharedWorker('/shared-worker.js', 'tabWorker');

      // 监听消息事件
      worker.port.onmessage = function (event) {
        console.log('接收到 event', event);
        handleMessage(event);
      };
    }
    
    function handleMessage(data) {
      // TODO: 处理接收到信息后的逻辑
    }

    function sendMessage(data) {
      // 发送消息
      worker.port.postMessage(data);
    }

    function resizeEventBind() {
      window.addEventListener('resize', () => {
        const pos = getCurPos();
        sendMessage(pos);
      });
    }

    function getCurPos() {
      const barHeight = window.outerHeight - window.innerHeight;
      const element = document.getElementById('j-main');
      const rect = element.getBoundingClientRect();

      // 获取元素相对于屏幕左上角的 X 和 Y 坐标
      const x = rect.left + window.screenX; // 元素左边缘相对于屏幕左边缘的距离
      const y = rect.top + window.screenY + barHeight;// 元素顶部边缘相对于屏幕顶部边缘的距离

      return [x, y];
    }
    
    onMounted(() => {
      initWorker();
      resizeEventBind();
    });

    return {};
  }
};
</script>

<style lang="scss"></style>

简单描述一下，上面也说了，跨 Tab 页通信的核心在于数据向外的发送与接收的能力：

1. initWorker() 方法中，使用 worker = new SharedWorker('/shared-worker.js', 'tabWorker') 创建了一个 SharedWorker ， 后面每一个被打开的同域浏览器 TAB 页面，都是共享这个 Worker 线程，从而实现跨页面通信
2. 基于 worker.port.postMessage(data)实现数据的传输
3. 基于 worker.port.onmessage = function() {} 实现传输数据的监听

当然，上面有引入一个 /shared-worker.js，这个是需要额外定义的，一个极简版本的代码如下：

//shared-worker.js
const connections = [];

onconnect = function (event) {
  var port = event.ports[0];
  connections.push(port);

  port.onmessage = function (event) {
    // 接收到消息时，向所有连接发送该消息
    connections.forEach(function (conn) {
      if (conn !== port) {
        conn.postMessage(event.data);
      }
    });
  };

  port.start();
};

简单解析一下，下面对其进行解析：

1. 上面的代码中，定义了一个数组 connections，用于存储与 SharedWorker 建立连接的各个页面的端口对象；
2. onconnect 是事件处理程序，当有新的连接建立时会触发该事件；
3. 在 onconnect 函数中，通过 event.ports[0] 获取到与 SharedWorker 建立的连接的第一个端口对象，并将其添加到 connections 数组中，表示该页面与共享 Worker 建立了连接。
4. 在连接建立后，为每个端口对象设置了 onmessage 事件处理程序。当端口对象接收到消息时，会触发该事件处理程序。
5. 在 onmessage 事件处理程序中，通过遍历 connections 数组，将消息发送给除当前连接端口对象之外的所有连接。这样，消息就可以在不同的浏览器 TAB 页面之间传递。
6. 最后，通过调用 port.start() 启动端口对象，使其开始接收消息。

总而言之，shared-worker.js 脚本创建了一个共享 Worker 实例，它可以接收来自不同页面的连接请求，并将接收到的消息发送给其他连接的页面。通过使用 SharedWorker API，实现跨 TAB 页面之间的通信和数据共享。

可以看到，在 SharedWorker 方式中，传输数据与 Broadcast Channel 是一样的，都是利用 Message Event。简单对比一下：

1. SharedWorker 通过在多个Tab页面之间共享相同的 Worker 实例，方便地共享数据和状态，SharedWorker 需要多定义一个 shared-worker.js;
2. Broadcast Channel 通过向所有订阅同一频道的 Tab 页面广播消息，实现广播式的通信。

localStorage/sessionStorage

另一种跨 Tab 窗口通信的方式是利用 localStorage 、sessionStorage 本地化存储 API 以及的 storage 事件。

与上面 Broadcast Channel、SharedWorker 稍微不同的地方在于：

1. localStorage 方式，利用了本地浏览器存储，实现了同域下的数据共享；
2. localStorage 方式，基于 window.addEventListener('storage', function(event) {})事件实现了 localStore 变化时候的数据监听；

<template>
  <div class="g-container" id="j-main">
    // ...  
  </div>
</template>

<script>
import { ref, reactive, computed, onMounted } from 'vue';

export default {
  setup() {
    function initLocalStorage() {
      let tabArray = JSON.parse(localStorage.getItem('tab_array'));
      if (!tabArray) {
        const tabIndex = 1;
        id = tabIndex;
        localStorage.setItem('tab_array', JSON.stringify([tabIndex]));
      } else {
        const tabIndex = tabArray[tabArray.length - 1] + 1;
        id = tabIndex;
        const newTabArray = [...tabArray, tabIndex];
        localStorage.setItem('tab_array', JSON.stringify(newTabArray));
      }
    }

    function setLocalStorage(data) {
      localStorage.setItem(`tab_index_${id}`, JSON.stringify(data));
    }

    function handleMessage(data) {
      const rArray = JSON.parse(data);
      remoteX.value = rArray[0];
      remoteY.value = rArray[1];
    }

    function resizeEventBind() {
      window.addEventListener('resize', () => {
         const pos = getCurPos();
         setLocalStorage(pos);
      });
 
      window.addEventListener('storage', (event) => {
        console.log('localStorage 变化了！', event);
        console.log('键名：', event.key);
        console.log('变化前的值：', event.oldValue);
        console.log('变化后的值：', event.newValue);
        handleMessage(event.newValue);
      });
    }

    function getCurPos() {
      const barHeight = window.outerHeight - window.innerHeight;
      const element = document.getElementById('j-main');
      const rect = element.getBoundingClientRect();

      // 获取元素相对于屏幕左上角的 X 和 Y 坐标
      const x = rect.left + window.screenX; // 元素左边缘相对于屏幕左边缘的距离
      const y = rect.top + window.screenY + barHeight;// 元素顶部边缘相对于屏幕顶部边缘的距离

      return [x, y];
    }
    
    onMounted(() => {
      initLocalStorage();
      resizeEventBind();
    });

    return {};
  }
};
</script>

<style lang="scss"></style>

同样的简单解析一下：

1. 每次页面初始化时，都会首先有一个 initLocalStorage 过程，用于给当前页面一个唯一 ID 标识，并且存入 localStorage 中
2. 每次页面 resize，将当前页面元素 #j-main 的坐标值，通过 ID 标识当 Key，存入 localStorage 中
3. 其他页面，通过 window.addEventListener('storage', (event)=> {}) 监听 localStorage 的变化

跨 Tab 窗口通信应用场景

当然，除了最近大火的跨 Tab 动画应用场景，实际业务中，还有许多场景是它可以发挥作用的。这些场景利用了跨 Tab 通信技术，增强了用户体验并提供了更丰富的功能。

以下是一些常见的应用场景：

1. 实时协作：多个用户可以在不同的 Tab 页上进行实时协作，比如编辑文档、共享白板、协同编辑等。通过跨Tab通信，可以实现实时更新和同步操作，提高协作效率。

譬如这个：

2. 多标签页数据同步：当用户在一个标签页上进行了操作，希望其他标签页上的数据也能实时更新时，可以使用跨 Tab 通信来实现数据同步，保持用户在不同标签页上看到的数据一致性。

3. 跨标签页通知：在某些场景下，需要向用户发送通知或提醒，即使用户不在当前标签页上也能及时收到。通过跨 Tab 通信，可以实现跨页面的消息传递，向用户发送通知或提醒。

4. 多标签页状态同步：有些应用可能需要在不同标签页之间同步用户的状态信息，例如登录状态、购物车内容等。通过跨 Tab 通信，可以确保用户在不同标签页上看到的状态信息保持一致。

5. 页面间数据传输：有时候用户需要从一个页面跳转到另一个页面，并携带一些数据，通过跨Tab通信可以在页面之间传递数据，实现数据的共享和传递。

总之，跨 Tab 窗口通信在实时协作、数据同步、通知提醒等方面都能发挥重要作用，为用户提供更流畅、便捷的交互体验。

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