高性能加载 pdf 全栈方案

lph65822024-06-16 15:07

前言

本文主要从全栈角度详解加载pdf优化方案，服务端通过node，nestjs 服务端上传 pdf 文件同时切片 pdf 为图片，再到移动端 h5 优先加载切片图直至原 pdf 文件资源加载完成后显示 pdf 源文件并且支持用户手势缩放，复制。

背景

前端页面常有加载 pdf 的需求，尤其政府事业单位，金融行业等，而 PDF 文件是一个包含多个对象（如文本、图像、字体等）的容器，这些对象在文件中可能以任意顺序存储，需要网络下载整个 pdf 文件后解析和渲染才能正确显示到页面，当一个 pdf 有几十 MB 甚至几百 MB，用户需要等待很长一段时间才能看到 PDF 文件内容，在移动端打开 pdf 文件的等待时间会更漫长

方案对比

  1. HTTP Range Requests headers

  2. pdf 分片切图

    方案一：为前端对 pdf 文件进行网络分页请求，network 并行请求达到pdf page资源加速下载过程，需要修改服务端 支持Content-Range，但这种方式有个问题：可视范围内的pdf page优先加载不可控。

    方案二：为本章节主要介绍的内容，优点是能优先加载出可视范围内的 pdf 内容，能大大提高首屏渲染pdf内容时间，但缺点是分片显示的 pdf 图片不支持缩放复制，直至原 pdf 文件加载完成后才支持手势缩放，复制。

pdf分片切图方案效果对比

运行环境：在Chrome浏览器，模拟移动端加载pdf，network设置为4G

加载的pdf文件：NVIDIA2024第一季度财报pdf文件，页数在183，文件大小：34.8MB

左图为原pdf加载效果，右图为分片方案加载效果

环境与使用到的技术点

  1. 服务端： node，nestjs，MulterModule，ServeStaticModule，FileInterceptor,postman工具
  2. 前端：http-server（全局安装），pdfjs，pdfh5

node服务端

服务端主要负责将上传pdf资源按照页码将pdf切成多个图片，和请求加载pdf api，接口返回pdf资源地址和切片生成的图片资源地址，使用nestjs框架

1. nestjs 创建项目和安装依赖

首先快速创建nestjs项目和upload资源模块，如需要了解细节请务必看完：nestjs入门实战（二）：上传图片, 修改upload.module允许pdf格式上传

diff 复制代码 
  // src/upload/upload.module.ts
  
  fileFilter: (req, file, cb) => { 
     if ( 
       file.mimetype === 'image/jpeg' || 
       file.mimetype === 'image/png' || 
+       file.mimetype === 'application/pdf' ) { 
         cb(null, true); 
       } else { 
         cb(new Error('Only images (JPEG, PNG) and PDF files are allowed...'), false);
         } 
       }

安装pdf切图需要的工具包：

  1. pdfjs-dist 操作pdf文件工具包（文档地址），避免新版本的用法不同，本文安装固定包为@2.7.570
  2. canvas 通过画布读取pdf流生成图片
  3. @types/pdfjs-dist为pdfjs-dist声明文件包
shell 复制代码 
npm install [email protected] canvas @types/pdfjs-dist --save

2. pdf文件每个page切成图片

按照pdf文件页码切为图片，每个page对应一张图片，切出来的图片存储在根目录下uploads/images/,我们需要再启动文件main.ts中检查uploads/images/是否存在，不存在则需要创建

diff 复制代码 
// src/main.ts

async function bootstrap() {
...
+ const imagesDir = join(process.cwd(), 'uploads/images');
+  if (!existsSync(imagesDir)) {
+    mkdirSync(imagesDir);
+  }
...
}

创建把pdf流转换为图片的Canvas类

ts 复制代码 
// src/upload/node-canvas-factory.ts

import { Canvas, createCanvas, CanvasRenderingContext2D } from 'canvas';

export class NodeCanvasFactory {
    create(width: number, height: number) {
        const canvas = createCanvas(width, height);
        const context = canvas.getContext('2d');
        return {
            canvas,
            context,
        };
    }

    reset(canvasAndContext: { canvas: Canvas; context: CanvasRenderingContext2D }, width: number, height: number) {
        canvasAndContext.canvas.width = width;
        canvasAndContext.canvas.height = height;
    }

    destroy(canvasAndContext: { canvas: Canvas; context: CanvasRenderingContext2D }) {
        canvasAndContext.canvas.width = 0;
        canvasAndContext.canvas.height = 0;
        canvasAndContext.canvas = null;
        canvasAndContext.context = null;
    }
}

创建pdf读取并生成图片的基础类upload.service

ts 复制代码 
// src/upload/upload.service.ts

import { Injectable } from '@nestjs/common';
import { promises as fs } from 'fs';
import * as path from 'path';
import { NodeCanvasFactory } from './node-canvas-factory';

// 使用 require 语句导入 pdfjs-dist
const pdfjsLib = require("pdfjs-dist/es5/build/pdf.js");

@Injectable()
export class UploadService {
    async convertPdfToImages(pdfPath: string, outputDir: string): Promise<string[]> {
        const pdfBuffer = await fs.readFile(pdfPath);
        const pdfDocument = await pdfjsLib.getDocument({ data: pdfBuffer }).promise;
        const numPages = pdfDocument.numPages;
        const imageUrls = [];
        for (let pageNum = 1; pageNum <= numPages; pageNum++) {
            const imageUrl = await this.processPage(pdfDocument, pageNum, outputDir);
            imageUrls.push(imageUrl);
        }
        return imageUrls;
    }

    private async processPage(pdfDocument, pageNumber: number, outputDir: string): Promise<string> {
        const page = await pdfDocument.getPage(pageNumber);
        const viewport = page.getViewport({ scale: 1.8 });
        const canvasFactory = new NodeCanvasFactory();
        const canvasAndContext = canvasFactory.create(viewport.width, viewport.height);

        const renderContext = {
            canvasContext: canvasAndContext.context,
            viewport: viewport,
            canvasFactory: canvasFactory,
        };

        const renderTask = page.render(renderContext);
        await renderTask.promise;

        const imageBuffer = canvasAndContext.canvas.toBuffer();
        const outputFileName = path.join(outputDir, `output_page_${pageNumber}.png`);
        await fs.writeFile(outputFileName, imageBuffer);

        return `http://localhost:3000/uploads/images/output_page_${pageNumber}.png`;
    }
}

其中convertPdfToImages为读取pdf文件，并返回切片生成的图片地址，processPage函数则是将pdf 每页转换为图片。

现在需要在upload.controller.ts中添加对应上传pdf资源接口：uploadPdf

diff 复制代码 
// src/upload/upload.controller.ts

...
export class UploadController {
    ...
    
+    @Post('/uploadPdf')
+    @UseInterceptors(FileInterceptor('file'))
+    async uploadPdf(@UploadedFile() file) {
+       const outputDir = join(process.cwd(), 'uploads/images');
+        const filePath = join(process.cwd(), 'uploads', file.filename);
+        const imageUrls = await this.uploadService.convertPdfToImages(filePath, outputDir);
+        return { urls: imageUrls };
+    }

}

现在通过postman提交pdf文件到接口：localhost:3000/upload/uploadPdf,使用NVIDIA2024第一季度财报为上传的pdf文件，页数在183，文件大小：34.8MB，上传过程中pdf切片的过程：

3.创建获取pdf和对应切片图地址的 api接口

在upload.controller.ts中创建 Get方法获取 pdf和对应切片图地址，为了简单这里指定步骤2生成的静态资源地址即可

diff 复制代码 
// src/upload/upload.controller.ts

import {
    Controller,
    Post,
    UploadedFile,
    UseInterceptors,
+    Get
} from '@nestjs/common';
...
export class UploadController {
    ...
    
+ @Get()
+ async getPdf() {
+        const baseUrl = 'http://localhost:3000/uploads/'
+        const pdf = `${baseUrl}1718437748872.pdf`;
+        const images = [] // 存储切片图
+       // 有187张图片
+        for (let i = 0; i < 187; i++) {
+            images.push(`${baseUrl}images/output_page_${i}.png`)
+       }
+        return { pdf, images };
+  }
+}

Postman Get请求: localhost:3000/upload 返回格式：

json 复制代码 
{
   "pdf": "http://localhost:3000/uploads/1718437748872.pdf",
   "images": [ 
        "http://localhost:3000/uploads/images/output_page_0.png",
        "http://localhost:3000/uploads/images/output_page_1.png",
        "http://localhost:3000/uploads/images/output_page_2.png",
        .....
   ] 
}

4.服务端启动 CORS 允许跨域访问接口

主要为后文介绍前端项目服务为8080端口，与服务3000端口存在跨域问题，这里需要设置下 main.ts主入口文件，允许跨域访问 upload接口：

diff 复制代码 
// src/main.ts

+  app.use('/uploads', (req, res, next) => {
+   res.header("Access-Control-Allow-Origin", "*");
+   res.header("Access-Control-Allow-Headers", "Origin, X-Requested-With, Content-Type, Accept");
+    next();
+  });

  app.use('/uploads', express.static(join(process.cwd(), 'uploads')));

  // 启用 CORS
+  app.enableCors({
+    origin: '*', // 允许的前端地址
+    methods: 'GET,HEAD,PUT,PATCH,POST,DELETE',
+    credentials: true,
+ });

最终服务端成功切图存储到静态资源目录下，接下来介绍前端分片渲染pdf切片图

前端

本文主要介绍pdf在H5移动端加载速度优化方案，所以H5端显示pdf文件使用到开源框架pdfh5，本文使用html运行pdfh5，如果需要运行在React,Vue可点击参考作者对应框架Example

1. 创建前端项目web&&开启本地服务

创建前端项目web和创建index.html

html 复制代码 
// index.html

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
  <head>
    <meta charset="UTF-8" />
    <meta
      name="viewport"
      content="width=device-width, initial-scale=1.0"
    />
    <title>H5 performance loading PDF Viewer</title>
  </head>
  <body>
    <h2>H5 performance loading PDF Viewer</h2>
  </body>
</html>

由于前端是纯Html页面，需要本地开启服务，这里使用http-server,首先先全局安装

shell 复制代码 
 npm i http-server -g

切换到 web目录，启动服务

shell 复制代码 
 cd web
 http-server ./

浏览器访问localhost:8080显示：

2.pdfh5整合到web项目中

下载pdfh5项目

shell 复制代码 
git clone https://github.com/gjTool/pdfh5.git

拷贝css，js文件到前端web项目中和修改index.html代码，请求之前写好的服务端接口localhost:3000/upload

这里直接上index.html代码吧

xml 复制代码 
<!DOCTYPE html>
<html>
  <head>
    <meta charset="UTF-8" />
    <meta name="apple-mobile-web-app-capable" content="yes" />
    <meta name="apple-mobile-web-app-status-bar-style" content="black" />
    <meta name="format-detection" content="telephone=no" />
    <meta name="viewport" content="width=device-width,initial-scale=1,user-scalable=no" />
    <meta http-equiv="pragma" content="no-cache" />
    <meta http-equiv="cache-control" content="no-cache" />
    <meta http-equiv="expires" content="0" />
    <title>PDFH5</title>
    <link rel="stylesheet" href="css/pdfh5.css" />
    <style>
      html, body {
        width: 100%;
        height: 100%;
        padding: 0;
        margin: 0;
      }
    </style>
  </head>
  <body>
    <div id="demo"></div>
    <script src="js/pdf.js"></script>
    <script src="js/pdf.worker.js"></script>
    <script src="js/jquery-3.6.0.min.js" type="text/javascript" charset="utf-8"></script>
    <script src="js/pdfh5.js" type="text/javascript" charset="utf-8"></script>
    <script type="text/javascript">
      var pdfh5;
      $(function () {
        // Perform AJAX GET request to retrieve PDF URL
        $.get('http://localhost:3000/upload', function(response) {
          if (response && response.pdf) {
            var pdfUrl = response.pdf;
            pdfh5 = new Pdfh5("#demo", {
              pdfurl: pdfUrl,
              pageNum: false,
              URIenable: false, //关闭浏览器地址栏file参数获取
              lazy: false,
            });
 
            //监听pdf渲染成功
            pdfh5.on("success", function (time) {
              time = time / 1000;
              console.log("pdf渲染完成，总耗时" + time + "秒");
    
            });

     
          } else {
            console.error('Failed to retrieve PDF URL.');
          }
        }).fail(function() {
          console.error('Failed to perform GET request.');
        });
      });
    </script>
  </body>
</html>

浏览器调成h5模式访问http://127.0.0.1:8080/，成功加载接口返回的pdf地址：

3.优先渲染pdf切片图

由于pdf显示需要network层下载完成后才能渲染，当pdf文件较大时用户需要等待很长一段时间，这样对用户不友好，可以在这等待时间时候先渲染切片图，当network层下载完成了pdf文件再remove切片图，显示pdf原文件，支持复制，放大等交互

添加切片图容器 .image-list并创建Image节点 src为服务接口返回的images数组中获取，优先加载第一张图，加载成功后顺序加载切片图

diff 复制代码 
// index.html

...
<style>
+ .image-list {
+       padding: 12px 8px;
+       z-index: 999;
+     }
+     .image-list img {
+       box-sizing: border-box;
+       border: none;
+       padding: 0;
+       margin: 0;
+       width: 100%;
+       margin-bottom: 8px;
+       box-shadow: darkgrey 0px 1px 3px 0px;
+      }
</style>
...
+  <div class="image-list" ></div>
   <div id="demo"></div>

...
 <script type="text/javascript">
+ const imageList = $(".image-list");

    $.get("http://localhost:3000/upload", function (response) {
          if (response && response.pdf) {
            var pdfUrl = response.pdf;
+            var images = response.images;
+            loadImageSequentially(images);
...


+function loadImageSequentially(images) {
+        let index = 1;
+        function loadNextImage() {
+          if (index < images.length + 1) {
+            const img = new Image();
+           img.src = images[index];
+           img.onload = function () {
+              index++;
+             loadNextImage(); // Load next image
+            };
+            img.onerror = function (error) {
+             console.error("Failed to load image:", img.src, error);
+             index++;
+              loadNextImage(); // Skip to next image
+            };
+           imageList.append(img);
+         }
+        }
+        loadNextImage();
+      }

注意：.image-list节点一定要在 #demo节点前面，这样才能首屏优先看到的为pdf切片的图片资源 loadImageSequentially 函数为递归加载切片图片资源

当图片加载完毕后需要 remove掉.image-list节点

diff 复制代码 
// index.html

  pdfh5.on("success", function (time) {
+	      imageList.remove();
              time = time / 1000;
              console.log("pdf渲染完成，总耗时" + time + "秒");
  });

效果：

由效果我们可以看出，当pdf加载成功后去除切片图会回调顶部，这样的交互非常不友好，这个切换的过程还需要保存滚动条位置不变：

diff 复制代码 
// index.html

  pdfh5.on("success", function (time) {
+             const scrollTop = $(window).scrollTop();
	           imageList.remove();
+             document.querySelector(".viewerContainer")
                .scrollTo(0, scrollTop);
              time = time / 1000;
              console.log("pdf渲染完成，总耗时" + time + "秒");
  });

最终效果：

最终看到效果，当pdf源文件替换pdf切片图过程很丝滑，用户几乎感受不到其中的切换。至此高性能加载pdf全栈方案初步介绍告一段落。

总结

pdf切片图方案的文章有很多，但很少有从全栈角度详细解读，故写此文。需要读者对node，nestjs有简单的了解（我有开个专栏介绍nestjs可以点击了解），本文主要解说大致的前后端方案与联调步骤，当前方案许多细节可以进一步优化比如：切片图的压缩，获取pdf总宽高预置页面高度，图片虚拟列表，app native端本地load，pdfh5依赖包...,后期会出一篇优化方案文章，敬请期待！

源码地址

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