在當今的 Web 開發(fā)領(lǐng)域，選擇合適的瀏覽器數(shù)據(jù)存儲方法對于構(gòu)建高效、功能豐富的應用程序至關(guān)重要。隨著 Web 應用的不斷演進，從早期的靜態(tài) HTML 頁面到如今復雜的單頁應用和本地優(yōu)先應用，數(shù)據(jù)存儲需求也日益多樣化。本文將深入探討 LocalStorage、IndexedDB、Cookies、OPFS（Origin - Private File System）和 WASM - SQLite 這幾種常見的瀏覽器數(shù)據(jù)存儲技術(shù)，比較它們的特性、限制，并通過性能測試揭示其在實際應用中的表現(xiàn)。

一、現(xiàn)代瀏覽器中的存儲 API 概述

（一）Cookies

1994 年由網(wǎng)景公司引入的 Cookies，主要用于存儲小型鍵值數(shù)據(jù)，在會話管理、個性化和跟蹤等方面發(fā)揮著重要作用。它不僅存儲在客戶端，還會隨每個 HTTP 請求發(fā)送到服務器，因此其存儲容量有限，通常每個 Cookie 不超過 4KB（RFC - 6265 規(guī)定）。雖然其存儲的數(shù)據(jù)量小，但由于是 Web 的重要基礎(chǔ)特性，在性能優(yōu)化方面一直備受關(guān)注，如 Chromium 的共享內(nèi)存版本控制和異步 CookieStore API。

（二）LocalStorage

作為 2009 年 WebStorage 規(guī)范的一部分提出的 LocalStorage，提供了簡單的 API 來存儲鍵值對，包括 setItem、getItem、removeItem 和 clear 等方法。它適用于存儲少量需要跨會話持久化的數(shù)據(jù)，存儲上限一般在 4MB 到 10MB 之間（不同瀏覽器有所差異），例如 Chrome/Chromium/Edge 為 5MB，Firefox 為 10MB，Safari 為 4 - 5MB。需要注意的是，其 API 是同步的，在執(zhí)行操作時會阻塞 JavaScript 進程，可能影響 UI 渲染。此外，還有 SessionStorage，其與 LocalStorage 的關(guān)鍵區(qū)別在于數(shù)據(jù)的生命周期，SessionStorage 在瀏覽器標簽或窗口關(guān)閉時會清除數(shù)據(jù)。

（三）IndexedDB

2015 年首次推出的 IndexedDB 是一種低級 API，用于存儲大量結(jié)構(gòu)化 JSON 數(shù)據(jù)。盡管 API 使用起來有一定難度，但它支持索引和異步操作。不過，其早期版本缺乏對復雜查詢的支持，僅允許通過索引迭代，更像是其他庫的基礎(chǔ)層。2018 年的 2.0 版本引入了 getAll () 方法，大幅提升了批量獲取 JSON 文檔的性能，而正在開發(fā)的 3.0 版本將包含更多改進，如基于 Promise 的調(diào)用，使現(xiàn)代 JavaScript 特性（如 async/await）更易于使用。

（四）OPFS

相對較新的 OPFS 允許 Web 應用程序直接在瀏覽器**中存儲大文件，專為數(shù)據(jù)密集型應用設(shè)計，用于在模擬文件系統(tǒng)中讀寫二進制數(shù)據(jù)。**它有兩種使用模式：在主線程上異步操作，或在 WebWorker 中使用 createSyncAccessHandle () 方法進行更快的異步訪問。由于只能處理二進制數(shù)據(jù)，OPFS 主要作為庫開發(fā)者的基礎(chǔ)文件系統(tǒng)，對于普通應用開發(fā)者來說，直接使用可能過于復雜，更適合存儲圖像等普通文件，而非高效存儲和查詢 JSON 數(shù)據(jù)。

（五）WASM - SQLite

WebAssembly（WASM）作為一種二進制格式，于 2017 年開始在主流瀏覽器中得到支持，允許在 Web 上執(zhí)行高性能代碼。許多人開始將編譯后的 SQLite 作為瀏覽器內(nèi)的數(shù)據(jù)庫使用。SQLite 的編譯字節(jié)碼約為 938.9kB，在首次頁面加載時需要用戶下載并解析。WASM 無法直接訪問瀏覽器中的持久存儲 API，需要通過虛擬文件系統(tǒng)（VFS）適配器將數(shù)據(jù)從 WASM 傳輸?shù)街骶€程，再存入瀏覽器 API。

（六）WebSQL（已棄用）

WebSQL 于 2009 年推出，基于 SQLite，允許瀏覽器使用 SQL 數(shù)據(jù)庫進行客戶端存儲。然而，由于它未標準化，依賴特定版本的 SQLite，且未得到所有主流瀏覽器（如 Firefox）的支持，近年來已從瀏覽器中移除，因此在后續(xù)討論中將忽略它。

二、特性比較

（一）存儲復雜 JSON 文檔

在 Web 應用中，存儲復雜 JSON 文檔較為常見。只有 IndexedDB 原生支持 JSON 對象，WASM - SQLite 從 3.38.0 版本（2022 - 02 - 22）開始可以在 text 列中存儲 JSON，并支持深度查詢和使用單個屬性作為索引。其他 API 只能存儲字符串或二進制數(shù)據(jù)，雖然可以使用 JSON.stringify () 將 JSON 對象轉(zhuǎn)換為字符串，但這可能會在查詢時增加復雜性，多次使用還可能導致性能問題。

（二）多標簽支持

與 Electron 或 React - Native 應用不同，Web 應用用戶可能在多個瀏覽器標簽中同時打開和關(guān)閉應用。并非所有存儲 API 都支持自動在標簽間共享寫入事件，只有 LocalStorage 通過 storage - event 提供了自動共享寫入事件的功能，可用于觀察變化。對于 IndexedDB 等不支持的 API，開發(fā)者可以使用 BroadcastChannel API 在標簽間發(fā)送消息來通知變化，或者使用 SharedWorker 在單個工作線程中進行所有寫入操作，其他標簽訂閱該工作線程的消息以獲取變化。

（三）索引支持

數(shù)據(jù)庫與普通文件存儲的一個重要區(qū)別在于索引支持，只有 IndexedDB 和 WASM - SQLite 開箱即支持索引。理論上可以在 LocalStorage 或 OPFS 等存儲之上構(gòu)建索引，但通常不建議自行構(gòu)建。在 IndexedDB 中，可以通過給定的索引范圍獲取一批文檔，例如查找價格在 10 到 50 之間的所有產(chǎn)品。不過，IndexedDB 對布爾值索引有限制，只能索引字符串和數(shù)字，需要在存儲數(shù)據(jù)時進行轉(zhuǎn)換。

（四）WebWorker 支持

在處理大量數(shù)據(jù)操作時，可能需要將處理從 JavaScript 主線程轉(zhuǎn)移到 WebWorker、SharedWorker 或 ServiceWorker 中，以確保應用保持響應性和快速性。在 RxDB 中，可以使用 WebWorker 或 SharedWorker 插件將存儲操作移到工作線程中。最常見的方式是生成一個 WebWorker 并在其中執(zhí)行大部分工作，通過 postMessage () 與主線程通信。但 LocalStorage 和 Cookies 由于設(shè)計和安全限制，無法在 WebWorker 或 SharedWorker 中使用，而 OPFS 的快速版本（使用 createSyncAccessHandle 方法）只能在 WebWorker 中使用。

（五）存儲大小限制

Cookies 存儲容量約為 4KB，由于每次 HTTP 請求都會發(fā)送存儲的 Cookies，因此此限制合理。LocalStorage 的存儲大小限制因瀏覽器而異，如 Chrome/Chromium/Edge 為 5MB，Firefox 為 10MB，Safari 為 4 - 5MB。IndexedDB 和 OPFS 的最大存儲大小取決于瀏覽器實現(xiàn)，通?；谟脩粼O(shè)備的可用磁盤空間，在 Chromium 瀏覽器中可使用高達 80% 的總磁盤空間。

三、性能比較

（一）初始化時間

在存儲數(shù)據(jù)之前，許多 API 需要設(shè)置過程，如創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫、啟動 WebAssembly 進程或下載額外資源。LocalStorage 和 Cookies 無需設(shè)置即可直接使用，IndexedDB 需要打開數(shù)據(jù)庫和內(nèi)部存儲，WASM - SQLite 需要下載 WASM 文件并進行處理，OPFS 需要下載并啟動工作文件以及初始化虛擬文件系統(tǒng)目錄。測試結(jié)果顯示，打開一個新的 IndexedDB 數(shù)據(jù)庫并創(chuàng)建單個存儲的耗時較長；將數(shù)據(jù)從主線程發(fā)送到 WebWorker OPFS 的延遲約為 4 毫秒；下載和解析 WASM - SQLite 并創(chuàng)建單個表大約需要半秒，使用 IndexedDB VFS 持久化存儲數(shù)據(jù)會額外增加 31 毫秒，啟用緩存并預先準備好表后重新加載頁面速度會稍快（內(nèi)存模式下為 420 毫秒）。

（二）小數(shù)據(jù)寫入延遲

在處理許多相互獨立的小數(shù)據(jù)變化時，寫入延遲很重要，例如從 WebSocket 流式傳輸數(shù)據(jù)或持久化鼠標移動等隨機事件。測試結(jié)果表明，LocalStorage 的寫入延遲最低，每次寫入僅需 0.017 毫秒；IndexedDB 寫入速度比 LocalStorage 慢約 10 倍；將數(shù)據(jù)發(fā)送到 WASM - SQLite 進程并通過 IndexedDB 持久化寫入速度較慢，每次寫入超過 3 毫秒；OPFS 操作將 JSON 數(shù)據(jù)寫入每個文件的一個文檔大約需要 1.5 毫秒，將數(shù)據(jù)發(fā)送到 WebWorker 會因數(shù)據(jù)序列化和反序列化的開銷而稍慢，如果將所有數(shù)據(jù)追加到單個文件而不是為每個文檔創(chuàng)建一個文件，性能模式會顯著改變，使用 createSyncAccessHandle () 方法的更快文件句柄每次寫入僅需約 1 毫秒，但需要記住每個文檔的存儲位置。

（三）小數(shù)據(jù)讀取延遲

存儲一些文檔后，測量按 id 讀取單個文檔所需的時間。結(jié)果顯示，LocalStorage 讀取速度極快，每次讀取僅需 0.0052 毫秒，其他技術(shù)的讀取速度與其寫入延遲相似。

（四）大數(shù)據(jù)批量寫入

一次性執(zhí)行 200 個文檔的批量寫入操作時，將數(shù)據(jù)發(fā)送到 WebWorker 并通過更快的 OPFS API 運行速度約快兩倍；WASM - SQLite 在批量操作上的性能優(yōu)于其單個寫入延遲，因為一次性發(fā)送所有數(shù)據(jù)到 WASM 比逐個文檔發(fā)送更快。

（五）大數(shù)據(jù)批量讀取

批量讀取 100 個文檔時，在 OPFS WebWorker 中讀取速度比在主線程模式下快約兩倍；WASM - SQLite 讀取速度令人驚訝地快，進一步檢查發(fā)現(xiàn) WASM - SQLite 進程會在內(nèi)存中緩存文檔，這在寫入后立即讀取相同數(shù)據(jù)時提高了延遲，若在寫入和讀取之間重新加載瀏覽器標簽，查找 100 個文檔則需要約 35 毫秒。

（六）性能總結(jié)

LocalStorage 速度快，但存在阻塞主線程、僅支持鍵值對存儲且無法高效進行基于索引的范圍查詢等缺點，因此不應在大數(shù)據(jù)批量操作中使用。OPFS 在 WebWorker 中使用 createSyncAccessHandle () 方法比在主線程中直接使用快得多。WASM - SQLite 雖然可以很快，但初始下載和啟動二進制文件需要約半秒，對于頻繁打開和關(guān)閉的 Web 應用可能是個問題。

四、實際應用場景分析

在實際的 Web 開發(fā)中，不同的數(shù)據(jù)存儲方法適用于不同的場景，開發(fā)者需要根據(jù)具體需求做出選擇。

（一）LocalStorage 適用場景

1.簡單偏好設(shè)置
對于存儲用戶的簡單偏好，如頁面主題（亮色或暗色模式）、語言選擇等，LocalStorage 是一個理想的選擇。這些數(shù)據(jù)量小且不需要復雜的查詢操作，LocalStorage 的簡單鍵值對存儲方式能夠輕松應對。例如，一個新聞網(wǎng)站可以使用 LocalStorage 來記住用戶偏好的閱讀字體大小或顯示模式，每次用戶訪問時自動應用其偏好設(shè)置，提升用戶體驗。
2.臨時數(shù)據(jù)緩存
當需要在瀏覽器會話期間臨時緩存一些數(shù)據(jù)，如 API 請求的結(jié)果（在有效期內(nèi)），以減少重復請求，LocalStorage 可以發(fā)揮作用。比如一個天氣應用，在用戶首次查詢某個城市天氣后，將結(jié)果緩存一段時間（假設(shè) 15 分鐘），在這段時間內(nèi)如果用戶再次查看該城市天氣，直接從 LocalStorage 讀取緩存數(shù)據(jù)，而無需再次向服務器發(fā)送請求，既提高了應用響應速度，又減輕了服務器負擔。

（二）IndexedDB 適用場景

1.離線應用數(shù)據(jù)存儲
對于構(gòu)建離線應用，如離線文檔編輯器或離線音樂播放器，IndexedDB 能夠存儲大量結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，如文檔內(nèi)容、音樂播放列表等。即使在離線狀態(tài)下，用戶也可以對這些數(shù)據(jù)進行操作，并且在重新聯(lián)網(wǎng)后同步數(shù)據(jù)到服務器。例如，一個離線筆記應用，用戶可以在沒有網(wǎng)絡連接時撰寫和編輯筆記，筆記數(shù)據(jù)存儲在 IndexedDB 中，網(wǎng)絡恢復后將更新同步到云端服務器，確保數(shù)據(jù)不丟失且用戶體驗不受離線影響。
2.復雜數(shù)據(jù)管理與查詢
當應用需要處理復雜的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，并進行頻繁的查詢和更新操作時，IndexedDB 的優(yōu)勢就凸顯出來了。比如一個電商應用，需要存儲商品信息（包括名稱、價格、描述、庫存等多個字段），并根據(jù)用戶搜索、篩選條件（如價格范圍、關(guān)鍵詞等）快速查詢和展示相關(guān)商品。IndexedDB 可以創(chuàng)建索引來優(yōu)化這些查詢操作，提高數(shù)據(jù)檢索效率，確保應用的流暢運行。

（三）Cookies 適用場景

1.用戶身份驗證與會話管理
Cookies 在實現(xiàn)用戶身份驗證和會話管理方面有著廣泛應用。服務器可以在用戶登錄成功后，通過設(shè)置 Cookie 來標識用戶的登錄狀態(tài)，包含用戶 ID 等關(guān)鍵信息。在后續(xù)用戶的每個請求中，瀏覽器自動發(fā)送 Cookie，服務器據(jù)此驗證用戶身份，確定用戶是否已登錄以及其權(quán)限等。例如，一個在線銀行系統(tǒng)，用戶登錄后，服務器設(shè)置包含用戶賬號信息的 Cookie，在用戶進行轉(zhuǎn)賬、查詢余額等操作時，服務器通過驗證 Cookie 確保操作的安全性和合法性。
2.跟蹤用戶行為（需謹慎使用）
在一定程度上，Cookies 可以用于跟蹤用戶在網(wǎng)站上的行為，如記錄用戶瀏覽過的頁面、點擊過的鏈接等，以便為用戶提供個性化推薦或分析用戶行為模式。然而，這種跟蹤行為需要謹慎處理，遵循相關(guān)隱私法規(guī)，確保用戶知情權(quán)和選擇權(quán)。例如，一個電商網(wǎng)站可能會使用 Cookies 來跟蹤用戶瀏覽過的商品類別，然后在首頁或推薦頁面展示相關(guān)商品的推薦信息，但必須明確告知用戶并獲得用戶同意。

（四）OPFS 適用場景

1.大文件存儲與處理
當 Web 應用需要處理大文件，如用戶上傳的圖片、視頻或大型文檔時，OPFS 提供了合適的解決方案。它允許直接在瀏覽器中模擬文件系統(tǒng)來存儲這些二進制文件，并且在 WebWorker 中使用時能夠提供較好的性能。例如，一個在線圖片編輯應用，用戶上傳高清圖片進行編輯，圖片數(shù)據(jù)可以存儲在 OPFS 中，編輯過程中快速讀取和寫入文件，提高編輯操作的效率。
2.需要文件系統(tǒng)抽象的應用
對于一些需要類似本地文件系統(tǒng)抽象的應用，如在線代碼編輯器（需要處理文件的保存、讀取、目錄結(jié)構(gòu)等），OPFS 可以提供基礎(chǔ)的文件系統(tǒng)功能支持。開發(fā)者可以基于 OPFS 構(gòu)建更高級的文件操作邏輯，滿足應用的特定需求。

（五）WASM - SQLite 適用場景

1.對 SQL 功能有需求的應用
如果 Web 應用需要強大的 SQL 功能，如復雜的多表關(guān)聯(lián)查詢、事務處理等，WASM - SQLite 是一個不錯的選擇。例如，一個企業(yè)級的 Web 應用，需要管理員工信息、項目信息、考勤數(shù)據(jù)等多個相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)集，通過 SQL 的強大功能可以方便地進行數(shù)據(jù)的整合、分析和報表生成，WASM - SQLite 能夠在瀏覽器端提供類似傳統(tǒng) SQL 數(shù)據(jù)庫的功能支持。
2.性能要求較高的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲（在特定情況下）
盡管 WASM - SQLite 初始化有一定延遲，但在處理大量結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的存儲和查詢時，如果應用能夠接受初始的啟動開銷，并且在后續(xù)操作中能夠充分利用其性能優(yōu)勢，它可以提供高效的數(shù)據(jù)管理。比如一個數(shù)據(jù)分析 Web 應用，需要對大量歷史數(shù)據(jù)進行存儲和深度分析，WASM - SQLite 可以在內(nèi)存中緩存數(shù)據(jù)，對于頻繁的數(shù)據(jù)分析查詢操作提供較好的性能表現(xiàn)。

五、總結(jié)與建議

在選擇瀏覽器數(shù)據(jù)存儲方法時，開發(fā)者需要綜合考慮多個因素，包括數(shù)據(jù)類型、操作頻率、存儲容量需求、多標簽支持、性能要求以及應用的特定場景等。
LocalStorage 簡單易用，適用于少量簡單數(shù)據(jù)的持久化存儲，但在處理大量數(shù)據(jù)和復雜查詢時存在局限性。IndexedDB 功能強大，適合處理大量結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和復雜查詢，但 API 復雜，學習成本較高。Cookies 主要用于會話管理和與服務器的交互，但存儲容量小且安全性需謹慎處理。OPFS 專為大文件存儲和文件系統(tǒng)操作設(shè)計，在特定文件處理場景下表現(xiàn)出色，但對于普通 JSON 數(shù)據(jù)存儲和查詢不太方便。WASM - SQLite 提供了強大的 SQL 功能，但初始化延遲和對 WebAssembly 的支持要求需要開發(fā)者權(quán)衡。
在實際應用中，開發(fā)者可以根據(jù)具體需求靈活組合使用這些存儲方法，以達到最佳的性能和功能平衡。例如，在一個大型 Web 應用中，可以使用 LocalStorage 存儲用戶的基本設(shè)置和臨時狀態(tài)，IndexedDB 用于核心數(shù)據(jù)的存儲和查詢，Cookies 進行用戶身份驗證和會話管理，OPFS 處理大文件上傳和存儲，WASM - SQLite 在需要高級 SQL 功能的特定模塊中使用。同時，關(guān)注瀏覽器技術(shù)的發(fā)展動態(tài)，及時利用新的特性和改進，為用戶提供更好的體驗。