Was ist eine Single-Page-Anwendung? Architektur, Vorteile und Herausforderungen

Eine Single Page Application (SPA) ist eine Web-App, die dem Benutzer über eine einzelne HTML-Seite präsentiert wird, um schneller zu reagieren und eine Desktop-Anwendung oder native App besser nachzubilden.

Ein SPA kommt manchmal defiSingle-Page-Schnittstelle (SPI).

Eine Single-Page-Anwendung kann beim ersten Laden den gesamten HTML-, JavaScript- und CSS-Code der Anwendung abrufen oder dynamisch Ressourcen zur Aktualisierung als Reaktion auf Benutzerinteraktionen oder andere Ereignisse laden.

Andere Webanwendungen präsentieren dem Benutzer eine Homepage, die mit Teilen der Anwendung auf separaten HTML-Seiten verknüpft ist, was bedeutet, dass der Benutzer jedes Mal warten muss, bis eine neue Seite geladen wird, wenn er eine neue Anfrage stellt.

Feuertechnologie

SPAs nutzen HTML5 und Ajax (asynchrones JavaScript und XML), um flüssige und dynamische Reaktionen auf Benutzeranfragen zu ermöglichen, sodass Inhalte sofort aktualisiert werden können, wenn ein Benutzer eine Aktion ausführt. Sobald die Seite geladen ist, finden Interaktionen mit dem Server über Ajax-Aufrufe statt und die Daten werden im JSON-Format (JavaScript Object Notation) zurückgegeben, um die Seite zu aktualisieren, ohne dass ein erneutes Laden erforderlich ist.

SPA im Detail

Single-Page-Apps zeichnen sich durch ihre Fähigkeit aus, jeden Teil der Benutzeroberfläche neu zu gestalten, ohne dass ein Server-Roundtrip zum Abrufen des HTML erforderlich ist. Dies wird durch die Trennung von Daten und Datenpräsentation mit einer Modellschicht, die die Daten verwaltet, und einer Ansichtsschicht, die aus den Modellen liest, erreicht.

Guter Code entsteht dadurch, dass man dasselbe Problem mehrmals löst oder umgestaltet. Normalerweise verläuft dieser Prozess in wiederkehrenden Mustern, wobei ein Mechanismus immer das Gleiche tut.

Um wartbaren Code zu schreiben, müssen Sie Code auf einfache Weise schreiben. Dies ist ein ständiger Kampf, tatsächlich ist es einfach, die Komplexität (Einträge/Abhängigkeiten) durch das Schreiben von Code zur Lösung eines Problems zu erhöhen; und es ist einfach, ein Problem auf eine Weise zu lösen, die die Komplexität nicht verringert.

Ein Beispiel hierfür sind Namensräume.

Single Page Applications (SPA) und Multi Page Applications (MPA) im Vergleich

Mehrseitige Anwendungen (MPAs) enthalten mehrere Seiten mit statischen Daten und Links zu anderen Websites. HTML und CSS sind die wichtigsten Technologien zur Entwicklung von MPA-Websites. Sie können JavaScript verwenden, um die Last zu reduzieren und die Geschwindigkeit zu erhöhen. Organisationen, die eine breite Palette von Diensten anbieten, wie z. B. Online-Shops, sollten die Verwendung von MPA in Betracht ziehen, da es die Verbindung zu verschiedenen Benutzerdatenbanken erleichtert.

Einseitige Bewerbungen unterscheiden sich von mehrseitigen Bewerbungen in folgenden Punkten:

• Entwicklungsprozess: Beim Erstellen von MPAs sind im Gegensatz zu SPAs keine JavaScript-Kenntnisse erforderlich. Allerdings bedeutet die Kopplung von Front-Ends und Back-Ends in MPAs, dass diese Standorte relativ längere Bauzeiten erfordern als SPAs.
• Beschleunigen: MPAs laufen relativ langsamer, sodass jede neue Seite von Grund auf geladen werden muss. Allerdings werden SPAs nach dem ersten Download viel schneller geladen, da sie Daten für die spätere Verwendung zwischenspeichern.
• Suchmaschinenoptimierung: Suchmaschinen können Websites mit MPA problemlos indizieren. Bei MPAs werden mehr Seiten von Suchmaschinen gecrawlt, um bessere SEO-Rankings zu erzielen. Der Inhalt jeder Seite ist außerdem statisch, wodurch sie leichter zugänglich ist. Im Gegensatz dazu verfügen SPAs über eine Seite mit einer einzigen eindeutigen URL (Uniform Resource Locator). Sie verwenden außerdem JavaScript, das von den meisten Suchmaschinen nicht richtig indiziert wird. Dies macht SEO-Rankings für SPAs schwieriger.
• Sicherheit: In MPA müssen Sie jede Online-Seite einzeln sichern. Allerdings sind SPAs anfälliger für Hackerangriffe. Doch mit dem richtigen Ansatz können Entwicklungsteams die Anwendungssicherheit verbessern.

Da immer mehr Unternehmen auf SPAs umsteigen, werden sich Crawler und Suchmaschinen weiterentwickeln, um diese besser zu indizieren. Angesichts der Geschwindigkeit ist es nur eine Frage, wann SPAs zur bevorzugten Option für die Entwicklung von Webanwendungen werden. Dann beginnen die Vorteile von MPA gegenüber SPA zu schwinden.

Wann sollten Single-Page-Anwendungen verwendet werden?

Es gibt fünf Szenarien, in denen solche Anwendungen am relevantesten sind:

• Nutzer, die eine Website mit dynamischer Plattform und geringerem Datenvolumen entwickeln möchten, können SPAs nutzen.
• Benutzer, die planen, eine mobile Anwendung für ihre Website zu erstellen, können auch die Verwendung von SPA in Betracht ziehen. Sie können die Backend-API (Application Programming Interface) für die Website und die mobile Anwendung verwenden.
• Die SPA-Architektur eignet sich für den Aufbau sozialer Netzwerke wie Facebook, SaaS-Plattformen und geschlossener Communities, da sie weniger SEO erfordern.
• Auch Nutzer, die ihren Konsumenten eine nahtlose Interaktion bieten möchten, sollten SPAs nutzen. Verbraucher können auch auf Live-Updates für Live-Streaming-Daten und -Grafiken zugreifen.
• Benutzer, die eine konsistente, native und dynamische Benutzererfahrung auf allen Geräten, Betriebssystemen und Browsern bieten möchten.

Ein gutes Team sollte über das Budget, die Tools und die Zeit verfügen, um eine qualitativ hochwertige Single-Page-Anwendung zu erstellen. Dadurch wird ein zuverlässiges und effizientes SPA gewährleistet, bei dem es nicht zu verkehrsbedingten Ausfallzeiten kommt.

Single-Page-Anwendungsarchitektur

Single-Page-Apps interagieren mit Besuchern, indem sie die aktuelle Seite laden und bearbeiten, sodass nicht mehrere Webseiten vom Server geladen werden müssen.

Websites mit SPA bestehen aus einem einzigen URL-Link. Der Inhalt wird heruntergeladen und bestimmte Komponenten der Benutzeroberfläche (UI) werden aktualisiert, wenn darauf geklickt wird. Das Benutzererlebnis wird verbessert, da der Benutzer mit der aktuellen Seite interagieren kann, während neue Inhalte vom Server abgerufen werden. Bei einer Aktualisierung werden Teile der aktuellen Seite mit dem neuen Inhalt aktualisiert.

Die erste Clientanfrage in SPA lädt die Anwendung und alle relevanten Assets wie HTML, CSS und JavaScript. Die anfängliche Ladedatei kann für komplexe Anwendungen von Bedeutung sein und zu einer langsameren Ladezeit führen. Eine Anwendungsprogrammierschnittstelle (API) ruft neue Daten ab, während der Benutzer durch eine SPA navigiert. Der Server antwortet nur mit Daten im JSON-Format (JavaScript Object Notation). Beim Empfang dieser Daten aktualisiert der Browser die Ansicht der Anwendung, die der Benutzer sieht, ohne eine Seite neu zu laden.

Die Single-Page-Anwendungsarchitektur umfasst serverseitige und clientseitige Rendering-Technologien. Die Site wird dem Benutzer über Client Side Rendering (CSR), Server Side Rendering (SSR) oder Static Site Generator (SSG) angezeigt und präsentiert.

1. Clientseitiges Rendering (CSR)
   Beim clientseitigen Rendering fordert der Browser eine HTML-Datei vom Server an und erhält eine einfache HTML-Datei mit angehängten Skripten und Stilen. Beim Ausführen von JavaScript sieht der Benutzer eine leere Seite oder ein leeres Loader-Bild. Die SPA ruft die Daten ab, erstellt Visualisierungen und überträgt die Daten in das Document Object Model (DOM). Anschließend wird das SPA für den Einsatz vorbereitet. CSR ist oft die längste der drei Alternativen und kann den Browser gelegentlich überfordern, da er beim Anzeigen von Inhalten die Geräteressourcen stark beansprucht. Darüber hinaus ist CSR eine großartige Alternative für stark frequentierte Websites, da es den Verbrauchern Informationen ohne übermäßige Serverkommunikation präsentiert, was zu einer schnelleren Benutzererfahrung führt.

2. Serverseitiges Rendering (SSR)
   Beim serverseitigen Rendering fordern Browser eine HTML-Datei vom Server an, der die angeforderten Daten abruft, die SPA rendert und unterwegs die HTML-Datei für die Anwendung erstellt. Anschließend wird dem Benutzer zugängliches Material präsentiert. Die SPA-Architektur wird benötigt, um Ereignisse anzuhängen, ein virtuelles DOM zu erstellen und weitere Operationen durchzuführen. Anschließend wird das SPA für den Einsatz vorbereitet. SSR macht das Programm schnell, da es die Geschwindigkeit eines SPA kombiniert, ohne den Browser des Benutzers zu überlasten.

3. Statischer Site-Generator (SSG)
   Im statischen Site Builder fordern Browser sofort eine HTML-Datei vom Server an. Die Seite wird dem Benutzer angezeigt. Die SPA ruft die Daten ab, generiert Ansichten und füllt das Dokumentobjektmodell (DOM). Anschließend ist das SPA betriebsbereit. Dem Namen zufolge eignen sich SSGs hauptsächlich für statische Seiten. Sie bieten statische Seiten mit einer guten und schnellen Option. Für Websites mit dynamischen Inhalten wird Benutzern empfohlen, eine der beiden anderen Optionen zur Informationsdarstellung zu wählen.

Vorteile von Single-Page-Anwendungen

Große Unternehmen wie Meta, YouTube und Netflix sind von mehrseitigen Anwendungen zu einseitigen Anwendungen übergegangen. SPAs bieten ein reibungsloseres Benutzererlebnis, höhere Leistung und Reaktionsfähigkeit. Nachfolgend sind die Vorteile der Verwendung von Single-Page-Anwendungen aufgeführt.

1. Caching-Funktion
   Eine Single-Page-Anwendung stellt beim ersten Download eine einzige Anfrage an den Server und speichert alle empfangenen Daten. Verbraucher können die empfangenen Daten bei Bedarf verwenden, um offline zu arbeiten, was für die Benutzer komfortabler ist, da sie weniger Datenressourcen verbrauchen. Auch wenn ein Client eine schlechte Internetverbindung hat, können lokale Daten mit dem Server synchronisiert werden, sofern die LAN-Verbindung dies zulässt.
2. Schnell und reaktionsschnell
   Die Verwendung von SPAs kann die Geschwindigkeit einer Website verbessern, da nur der angeforderte Inhalt aktualisiert wird, anstatt die gesamte Seite zu aktualisieren. SPAs laden eine kleinere JSON-Datei statt einer neuen Seite. Die JSON-Datei sorgt für eine schnellere Ladegeschwindigkeit und Effizienz. Dies führt zu einem sofortigen Zugriff auf alle Features und Funktionen einer Seite ohne Verzögerungen. Dies ist ein großer Vorteil, da die Ladezeit einer Website erheblichen Einfluss auf Umsatz und Umsatz haben kann.

SPAs ermöglichen reibungslose Übergänge, indem sie alle Informationen auf der Seite sofort bereitstellen. Die Website muss nicht aktualisiert werden, sodass ihre Prozesse effizienter sind als bei typischen Online-Apps.

Auch mit SPAs, Assets wie HTML, CSS und Skripten Javac Sie werden nur einmal während der Lebensdauer einer Anwendung abgerufen. Es werden nur die notwendigen Daten hin und her ausgetauscht.

Seiten mit SPA ermöglichen Benutzern außerdem eine schnellere Navigation durch Caching und reduzierte Datenmengen. Es werden nur die notwendigen Daten hin und her übertragen und nur die fehlenden Teile der aktualisierten Inhalte heruntergeladen.

3. Debuggen mit Chrome
   Durch das Debuggen werden Bugs, Irrtümer und Sicherheitslücken in Webanwendungen erkannt und beseitigt, die die Leistung beeinträchtigen. Das Debuggen von SPAs wird mit Chrome-Entwicklertools vereinfacht. Entwickler können die Darstellung von JS-Code über den Browser steuern und SPAs debuggen, ohne viele Codezeilen durchsuchen zu müssen.

SPAs basieren auf JavaScript-Frameworks wie AngularJS und React-Entwicklertools, was das Debuggen mit Chrome-Browsern erleichtert.

Entwicklertools ermöglichen es Entwicklern zu verstehen, wie der Browser Daten von Servern anfordert, sie zwischenspeichert und wie er Seitenelemente anzeigt. Darüber hinaus ermöglichen diese Tools Entwicklern die Überwachung und Analyse von Seitenelementen, Netzwerkvorgängen und zugehörigen Daten.

4. Schnelle Entwicklung
   Während des Entwicklungsprozesses können Front-End und Back-End einer SPA getrennt werden, sodass zwei oder mehr Entwickler parallel arbeiten können. Eine Änderung des Frontends oder Backends hat keine Auswirkungen auf das andere Ende und fördert so eine schnellere Entwicklung.

Entwickler können serverseitigen Code wiederverwenden und SPAs von der Front-End-Benutzeroberfläche trennen. Die entkoppelte Architektur in SPAs trennt Front-End-Anzeigen und Back-End-Dienste. Dadurch können Entwickler die Perspektive wechseln, bauen und experimentieren, ohne den Inhalt zu beeinträchtigen oder sich Gedanken über die Back-End-Technologie zu machen. Kunden können dann mit diesen Anwendungen ein einheitliches Erlebnis haben.

5. Verbesserte Benutzererfahrung
   Mit SPAs erhalten Benutzer sofort Zugriff auf angezeigte Seiten mit allen Inhalten auf einmal. Dies ist bequemer, da Benutzer bequem und nahtlos scrollen können. Es fühlt sich an, als würde man eine native Desktop- oder mobile App verwenden.

SPAs bieten eine positive UX mit einem klaren Anfang, einer klaren Mitte und einem klaren Ende. Außerdem können Benutzer den gewünschten Inhalt erreichen, ohne auf mehrere Links klicken zu müssen, wie in MPAs. Sie erleben geringere Absprungraten, wenn Benutzer sofortigen Zugriff auf Informationen erhalten, im Gegensatz zu MPAs, bei denen Benutzer frustriert sind, weil das Laden der Seiten viel Zeit in Anspruch nimmt. Auch die Navigation ist schneller, da Seitenelemente wiederverwendet werden.

6. Konvertierung in IOS- und Android-Anwendungen
   Entwickler, die auf iOS- und Android-Anwendungen umsteigen möchten, sollten SPAs verwenden, da diese relativ einfacher zu konvertieren sind. Sie können denselben Code verwenden, um von SPA zu mobilen Anwendungen zu wechseln. Da der gesamte Code in einer einzigen Instanz bereitgestellt wird, sind SPAs einfach zu navigieren und eignen sich daher ideal für mobile Anwendungen.
7. Plattformübergreifende Kompatibilität
   Entwickler können eine einzige Codebasis verwenden, um Anwendungen zu erstellen, die auf jedem Gerät, Browser und Betriebssystem ausgeführt werden können. Dies verbessert das Kundenerlebnis, da er das SPA überall nutzen kann. Es ermöglicht Entwicklern und DevOps-Ingenieuren außerdem, funktionsreiche Anwendungen, einschließlich Echtzeitanalysen, zu erstellen und gleichzeitig Anwendungen zur Inhaltsbearbeitung zu entwickeln.

Nachteile

Trotz aller Vorteile von Single-Page-Anwendungen ergeben sich bei der Verwendung von SPA-Frameworks einige Nachteile. Glücklicherweise wird daran gearbeitet, diese Probleme mit SPAs zu lösen. Nachfolgend sind einige Nachteile aufgeführt;

1. Suchmaschinenoptimierung (SEO)
   Es wird allgemein angenommen, dass Single-Page-Anwendungen nicht gut für SEO geeignet sind. Die meisten Suchmaschinen wie Google oder Yahoo sind seit einiger Zeit nicht mehr in der Lage, SPA-Websites zu crawlen, die auf Ajax-Interaktionen mit Servern basieren. Infolgedessen blieben die meisten dieser SPA-Sites nicht indiziert. Derzeit wird Google-Bots beigebracht, JavaScript anstelle von normalem HTML zu verwenden, um SPA-Websites zu indizieren, was sich negativ auf das Ranking auswirkt.

Der Versuch, SEO in eine vorgefertigte SPA-Site zu integrieren, ist herausfordernd und teuer. Entwickler müssen eine separate Website erstellen, die vom Suchmaschinenserver gerendert wird, was ineffizient ist und viel zusätzlichen Code erfordert. Andere Techniken wie Feature-Erkennung und Pre-Rendering können ebenfalls verwendet werden. In SPA-Einrichtungen schränkt eine einzelne URL für jede Seite die SEO-Funktionen für SPAs ein.

2. Navigation mit den Vor- und Zurück-Tasten
   Browser speichern Informationen, um das schnelle Laden von Webseiten zu ermöglichen. Wenn Verbraucher auf die Schaltfläche „Zurück“ klicken, erwarten die meisten, dass sich die Seite in einem ähnlichen Zustand befindet wie beim letzten Aufruf und dass der Übergang schnell vonstatten geht. Herkömmliche Webarchitekturen ermöglichen dies durch die Verwendung zwischengespeicherter Kopien der Website und zugehöriger Ressourcen. In einer naiven Implementierung einer SPA hat das Drücken der Zurück-Taste jedoch den gleichen Effekt wie das Klicken auf einen Link. Verursacht eine Serveranfrage, erhöhte Verzögerung und sichtbare Datenänderungen.

Um die Erwartungen der Benutzer zu erfüllen und ein schnelleres Erlebnis zu bieten, müssen SPA-Entwickler die Funktionalität nativer Browser mithilfe von JavaScript nachahmen.

3. Scrollen Sie durch den Standort
   Browser speichern Informationen wie die letzte Scrollposition der besuchten Seiten. Benutzer stellen jedoch möglicherweise fest, dass sich die Bildlaufpositionen geändert haben, wenn sie mit den Vor- und Zurück-Schaltflächen des Browsers durch SPAs navigieren. Beispielsweise scrollen Benutzer auf Facebook manchmal zu ihrer letzten Scrollposition zurück, manchmal jedoch auch nicht. Dies führt zu einer suboptimalen Benutzererfahrung, da sie den Bildlauf zurück zur vorherigen Bildlaufposition manuell fortsetzen müssen.

Um dieses Problem zu beheben, müssen Entwickler Code bereitstellen, der speichert, abruft und zur Eingabe der richtigen Bildlaufposition auffordert, wenn der Benutzer vor und zurück scrollt.

4. Website-Analyse
   Durch das Hinzufügen von Analysecode zu einer Seite können Benutzer den Verkehr auf der Seite verfolgen. SPAs machen es jedoch schwierig zu bestimmen, welche Seiten oder Inhalte am beliebtesten sind, da es sich nur um eine einzelne Seite handelt. Sie müssen zusätzlichen Code für die Analyse bereitstellen, um die Pseudoseiten beim Aufrufen zu verfolgen.
5. Sicherheitsprobleme
   SPAs sind anfälliger für Kompromittierungen Cross-Site-Scripting. Sie ermöglichen es Verbrauchern, die gesamte Anwendung herunterzuladen, wodurch sie mehr Möglichkeiten haben, Schwachstellen durch Reverse Engineering zu finden. Um dieses Problem zu beheben, müssen Entwickler sicherstellen, dass die gesamte clientseitige Logik im Zusammenhang mit der Sicherheit von Webanwendungen, wie z. B. Authentifizierung und Eingabevalidierung, zur Überprüfung auf dem Server verdoppelt wird. Außerdem müssen Entwickler einen eingeschränkten rollenbasierten Zugriff bereitstellen.

Abschließend

Single Page Apps markieren den nächsten Schritt in der Entwicklung von App-Erlebnissen. Sie sind schneller, intuitiver und können mit erweiterten Funktionen wie Anpassung integriert werden. Aus diesem Grund setzen die besten Unternehmen mit vielen gleichzeitigen Benutzern, wie Gmail, Netflix oder der Newsfeed von Facebook, auf eine Single-Page-Architektur. Durch die Implementierung dieser Technologie können Unternehmen den Wert ihrer Online-Angebote steigern und als digitales Unternehmen neue Wege gehen.

Ercole Palmeri