Progressive Web Apps – Wer braucht noch eine native App?

Beispiele zum Einstieg

Progressive Web Apps sind schon weiter verbreitet wie man denkt. Auch große, innovative Unternehmen Twitter, Airbnb, Spotify oder Tinder setzen auf Progressive Web Apps.

Abb. 1: Eine Auswahl von Progressive Web Apps [1]

Wer sich ein tolles Beispiel anschauen möchte, dem empfehle ich https://riorun.theguardian.com/ (auf mobile) zu testen. Nach einiger Zeit erscheint ein Popup, das fragt, ob man die App zum Startbildschirm hinzufügen möchte. Bestätigt man diese Abfrage, wird die PWA im Hintergrund auf dem Gerät installiert und ist ab sofort wie jede andere App auf dem Gerät verfügbar.

Abb. 2: Rio Run App von the Guardian [2]

Weitere tolle PWAs finden sich auf den Übersichtsseiten von:
https://pwa.rocks/
https://progressivewebapproom.com/

Historische Entwicklung

Kurz nach der Einführung des ersten iPhones hatte Steve Jobs schon die nächste Vision für sein Schmuckstück. Für ihn war nicht das Gerät an sich, viel mehr der Browser, der Hafen zum Tor der neuen Welt. Seiner Vision nach, sollte ein Smartphone bestenfalls nur noch einen Browser beinhalten. Entwickler können Apps über das Web bereitstellen, die sich vollständig in Safari integrieren lassen und sich selbstständig im Hintergrund updaten. [3]. Die Idee ist gut, allerdings, typisch Jobs, ihrer Zeit voraus. Die Erfolgsgeschichte des iPhones zwang Apple an den Rand der Kapazitäten, so dass vermutet werden kann, dass Apple schlichtweg keine Zeit und Ressourcen hatte das Thema PWA weiter zu verfolgen. Mit der Masse an Apps, die in den Store drang, hatte man mehr als genug zu tun. Die ersten, die nach Steve Jobs das Thema wieder aufgegriffen haben, waren Mozilla, mit der Veröffentlichung des FirefoxOS im Jahr 2013. Ein Betriebssystem, das es ermöglicht Web Apps als native Apps auf dem Endgerät laufen zu lassen. [3] In den Jahren 2006-2013 hat sich auch sonst viel getan: Endgeräte haben unfassbar an Performance gewonnen, die Webentwicklung hat JQuery und PHP hinter sich gelassen. Neue Möglichkeiten, neue Frameworks und ausgefuchste CSS-Kniffe ermöglichen seitdem eine völlig neue Form der User Experience im Web. Und Web? An wen denken wir da im Web? Genau, Google! Und Google hat ein Problem: Auch wenn sie selbst einen App Store betreiben und sich Kniffe haben einfallen lassen, wie sich Apps indexieren lassen, ist eine native App nicht in der Form auswertbar für ihre Suchmaschine, wie der Content einer Website. So fordert Alex Russells, Chrome Engineer bei Google, im Jahr 2015, die Einführung von Progressive Web Apps (PWA), eine Kombination aus aktueller Web Technologie mit den modernsten Möglichkeiten des Browsers [3]. Mit geschicktem Marketing und einer großen User-base überzeugte Google nun auch Apple wieder an dem Thema zu arbeiten, die 2017 mit der Unterstützung vom PWAs in Safari gleichzogen, komplettiert von Microsoft, dem schlafenden Giganten, der 2018 vollen Support für PWAs im Edge Browser verkündete [4]. Somit ist das große Trio vollends am Start und einer Erfolgsgeschichte von PWAs steht nichts mehr im Wege!

Was bedeutet Progressive Web App?

Vom Naming her leitet sich Progressive Web App von Web Apps mit Progressive Enhancement ab. Aber wo liegt da die Innovation? Bei der Entwicklung einer Web App denkt man heute an große Frameworks wie Angular, React, Vue und neueste Browser APIs wie die Geolocation API und viele mehr. Das ist auch bei einer PWA alles einsetzbar, denn Achtung: Eine PWA unterliegt keinem Framework und schließt auch kein Framework aus. Die Limitierung besteht lediglich durch die Gegebenheiten des Browsers.

Progressive Enhancement, zu deutsch progressive Verbesserung, beschreibt den Content-First Ansatz. Ziel dieser Optimierung ist es, dass der First-Meaningful-Paint beim Aufbau einer Seite möglichst früh geschieht. Sprich Content zuerst und weitere Layer wie Skripte, Style und Multimedia Files, werden nach und nach, je nach Netzwerkverbindung geladen und aufgebaut. Das ist aber keine Neuheit, die im Zuge von PWAs entstanden ist, sondern ein Ergebnis der letzten Jahre der Webentwicklung, Suchmaschinen- und User Experience-Optimierung.

Zusammengefasst lässt sich sagen, der Begriff Progressive Web App weist nicht auf die wahre Innovation hin. Web Apps, moderne Browser APIs und progressiver Aufbau wurden nicht mit PWAs erfunden. Frances Berriman, einer der Mitbegründer bei Google geht sogar so weit zu sagen: “The name isn’t for you… The name is for your boss, for your investor, for your marketeer.” [5] 

Worin liegt die Innovation?

Um auf die wahre Innovation hinter PWAs zu kommen, müssen wir zunächst die aktuellen Probleme in der Bereitstellung von Web Apps und nativen Apps betrachten. Web Apps sind eine tolle Sache, aber auf der geschäftlichen Seite fragt man sich, wie man den Benutzer an den Service binden kann. Soll man den Benutzer dazu auffordern, Lesezeichen im Browser zu machen, Social Media Aktivitäten zu verfolgen oder soll man eine weitere App entwickeln, die im Store ausgeliefert wird? Das alles erfordert zusätzliche Motivation beim Benutzer, den Content oder Service zu konsumieren und, auch wenn kein Medienbruch erfolgt, liegt an jeder Stelle der Customer Journey eine kleine Abbruchrate (Bounce Rate) vor. Es gibt auch Hinweise die bestätigen, dass die Downloadzahlen aus den App Stores immer kleiner werden, wobei der Traffic im Internet weiter zunimmt [6]. Dort ist der User und dort will er auch abgeholt werden. Was ist also naheliegender, als den Content, den man sowieso schon über das Web bereitstellt, für den Kunden dauerhaft zur Verfügung zu stellen? Ohne überflüssige Zwischenschritte in der Customer Journey? Das lässt sich zwar mit Web Apps realisieren, aber wenn der Benutzer keine Internetverbindung hat, klingelt auch bei den Entwicklern nichts in der Kasse.
Auch native Apps bringen ihre Probleme auf der geschäftlichen Seite mit. Hohe Entwicklungskosten und straffe Anforderungen der Store Betreiber, sorgen regelmäßig für Frust und lange Nächte beim Release des nächsten Updates. Payment-Optionen werden vordiktiert, undurchsichtige Indexierungen der Store Einträge erlauben keine freien Produktplatzierungen und Marketing. Wie soll man da aus der Masse an Apps herausstechen und sein eigenes Produkt sinnvoll bewerben? Von den Gebühren die Apple und Google beim App-Kauf abkassieren, mal ganz abgesehen. Neben der undurchsichtigen Indexierung ist auch die Auffindbarkeit außerhalb der App Stores problematisch. Zwar lassen sich Apps inzwischen in Suchmaschinen auffinden, werden aber vom Content her nicht so von Web Crawler erfasst, wie herkömmliche Websites. Keine direkte Indexierung bedeutet eine lange Customer Journey bis ein Kunde das Produkt entdeckt und das bedeutet hohe Kosten. 

Diesen Punkten versucht eine PWA entgegenzuwirken. Eine PWA kann online und offline, barrierefreie konsumiert werden. Der Zwang einer App-Installation ist nicht erforderlich, der Kunde kann den Content zunächst über das Web auffinden und konsumieren und sich jederzeit impulsiv für eine App-Installation entscheiden. 

Technik & Funktionsweise

Eine PWA funktioniert grundsätzlich wie eine gewöhnliche Web App. Man kann jede Web App als Basis nehmen, erweitert um Manifest, Service Worker und App Icon. Wichtig zu wissen ist, dass eine PWA nur mit https funktioniert und sie sich auch nur installieren lässt, wenn die Verbindung über https gesichert wurde. Dieser Zwang ist ein willkommener Vorteil, der ein bisschen Sicherheit ins World Wide Web bringt. 

Die nachfolgende Übersicht zeigt einen schematischen Aufbau und Zusammenhänge. In den nachfolgenden Abschnitten schauen wir uns die einzelnen Elemente im Detail an.

Abb. 3: Funktionsweise und Aufbau von PWAs [9]

Manifest

Das Manifest liefert die, für die Installation der App, notwendigen Metadaten. Es muss per Link-Element in den Head des HTML-Dokuments eingebunden werden. In Json formatiert liefert es u.a.:

• App Name
• App Beschreibung
• App Icon in versch. Auflösungen für versch. Endgeräte und Browser
• Informationen bzgl. des Urhebers
• App-Scope
• Start Modus

Eine vollständige Liste aller mögliche Attribute findet sich hier:
https://developer.mozilla.org/de/docs/Web/Manifest

App Scope

Die Property “start_url” beschreibt den Scope der App innerhalb der Domain. Über diesen Parameter wird auch definiert welche Seite beim Start der App angezeigt werden soll.

Start Modus

Die Property “display” beschreibt den Start-Modus der App. Die nachfolgende Bilderreihe zeigt die Auswirkungen der einzelnen Optionen. Mit der Standalone-Option kann man den Look einer nativen App perfekt imitieren. Über den Parameter Theme Color lässt sich zusätzlich die Gestaltung der Statusleiste beeinflussen.

Abb. 4: Browser Modes [7]

Service Worker

Der Service Worker ist der Hintergrunddienst einer PWA. Er ist verwandt mit dem Web Worker, läuft in einem eigenen Thread und erlaubt keine direkte DOM-Manipulation, sondern nur die Kommunikation über eine definierte Schnittstellen. 

Er ist auch bei geschlossener Anwendung lauffähig, legt sich schlafen und erwacht bei eintreffenden Informationen! Mit seiner Hilfe wird eine PWA offlinefähig. Seine Aufgabe ist es, alle Requests die aus dem eigenen Scope ins Netzwerk geschickt werden, abzufangen und zu beurteilen, ob er mögliche Anfragen aus dem eigenen Cache beantworten kann oder nicht. Technisch betrachtet fungiert er quasi als Pseudo-Proxy. In welchem Umfang Requests ins Netzwerk geschickt werden oder aus dem eigenen Cache beantwortet werden, liegt im ermessen des Entwicklers. So ist über das Install-Event des Service Workers, dass bei App-Installation getriggert wird, ein vollständiger Download des App-Contents möglich, was die App damit gänzlich offlinefähig machen würde. Über die Wake-Up Funktion werden Push Notifications auf dem Endgerät ermöglicht, womit man der User Experience einer nativen App wieder einen großen Schritt näher kommen kann. 

Weitere Informationen und eine Übersicht von möglichen Events auf die gelauscht werden kann, findet man unter:
https://developer.mozilla.org/de/docs/Web/API/Service_Worker_API/
Using_Service_Workers

Skandal – Sind Service Worker die neuen Cookies?

Das eine App einen Hintergrunddienst benötigt, ist aus der nativen App- Entwicklung betrachtet, nichts ungewöhnliches. Async-Tasks, Services, Background Tasks, etc. sind jedem Android- oder iOS-Developer ein Begriff. In der Entwicklung von gewöhnlichen Websites (keine Web Apps), sind Hintergrunddienste allerdings eher selten von Bedarf. Der Benutzer weiß inzwischen durch Aufklärungsmaßnahmen, dass der Besuch einer Website in seinem Browser Spuren hinterlässt, sei es Cache, Cookies usw. ABER und jetzt kommt der Skandal: Viele Benutzer wissen nicht (!), dass ihr Browser ebenso durch Service Worker belastet wird, die sich wie eine Zecke in den Browser schleichen, jederzeit aus dem Schlaf erwecken lassen und die die Performance des ganzen Gerätes durch Hintergrunddienste beeinträchtigen können! Wenn man den Artikel bis hierher verfolgt hat, könnte man nun meinen, das Service Worker nur für PWAs eingesetzt werden, aber das Web war schon immer dafür bekannt, dass man sämtliche Tricks ausnutzt, die irgendwie möglich sind. Ich kann an dieser Stelle nur jedem Chrome-Benutzer, egal ob auf Mobile oder Desktop empfehlen, mit dem nachfolgenden Link zu überprüfen, wieviele Service Worker sich unwissend in den eigenen Browser geschlichen haben. Eine vergleichbare Schnittstelle zum überprüfen der registrierten Service Worker bieten andere Browser derzeit nicht an, obwohl sie sie unterstützen! Über Service Worker lässt sich beispielsweise das heimliche Crypto Mining auf Kosten von unwissenden Benutzern realisieren.

Check:  chrome://serviceworker-internals

Push Notifications

Eine Push Notification, die über eine installierte PWA gesendet wurde, lässt sich nicht von einer nativen Notification unterscheiden. Auch jede Referenz auf den zugrundeliegenden Browser wird verborgen. Notifications lassen sich über den Service Worker triggern, der wiederum von App oder Server dazu angestoßen wird.

Abb. 5: PWA Push Notifications vs. native Notifications [9]

Splash Screen

Um dem Start einer App eine bessere User Experience zu verpassen, hat man sich entschlossen, dass eine PWA mit einem Splash Screen startet, während im Hintergrund der Content aufgebaut wird. So wird auf geschickte Art und Weise performance suggeriert und langweilt den Benutzer nicht mit einem Whitescreen. Splash Screens lassen sich nicht an- oder ausschalten, aber customizen. Per Default sind App Icon und App Name (Android) gesetzt.

Abb. 6: Splash Screen auf Android (links) und iOS (rechts) [8]

Optimize & Debug

Wer eine PWA programmieren und das beste an Performance herauskitzeln will, der findet in den Developer Tools des Chrome Browsers das beste Hilfsmittel. Über die Audit-Tests startet der Browser auf Knopfdruck eine Reihe an Tests, die eine PWA in Bezug auf Vollständigkeit (PWA-Anforderungen), Performance, Best Practises, Accessibility und Semantik (SEO) hin bewertet. Auf einer Skala von 1-10 wird ein Scoring ermittelt und aufgelistet wo Verbesserungspotential besteht.

Abb. 7: Audits in der Chrome Developer Console [9]

Exkurs – Browser APIs

Um sich bei Funktionalität und User Experience einer nativen App anzunähern, liefern moderne Browser heute schon jede Menge APIs, die man vielleicht gar nicht kennt. Darunter auch einige hardwarenahe Schnittstellen, die häufig noch gar keinen Gebrauch finden, aber die Zukunft mitprägen können. Um sicherzustellen, dass entsprechende APIs auch schon in weit verbreiteten Browsern implementiert sind, bietet sich an, diese vor Implementierung, mit Hilfe des Can I Use – Services zu prüfen.

Eine Auswahl eher unbekannter APIs:

• Sensors API
  • Ambient Light, Proximity, Accelerometer, Magnetometer, Gyroskop
• Battery Manager API
• Web Payments API
• Gamepad API
• Geolocation (GPS) API
• Vibration API
• Web Speech API (Text-To-Speech, Speech-To-Text, Grammar)
• Bluetooth API
• Push Notification API
• USB Device API
• WebVR API
• Indexed Database API
• File System API

PWA vs. Native

Wir wir bisher erfahren haben, ermöglichen moderne Browser schon mehr Features, wie man vielleicht vermuten mag. Wenn man betrachtet, dass PWAs erst seit 2018 von allen großen Browsern unterstützt werden, kann man schlussfolgern, dass das ganze Thema noch in den Kinderschuhen steckt. Aber bereits jetzt, durch die herausragende Performance-Steigerung mobiler Endgeräte in den letzten Jahren, sind tolle Anwendungen im mobile Web möglich, so dass native Apps aus Kostengründen wohl immer unattraktiver werden, sofern keine native Performance für das Produkt erforderlich ist. Auch der PWA-Standard wird sich in den nächsten Jahren weiterentwickeln und immer mehr Möglichkeiten bieten. Es bahnt sich vielleicht eine spannende Welle der Veränderungen an, die den Mobile-App-Markt durcheinander bringen könnte!

Zum Abschluss eine Übersichtsmatrix die zur Entscheidungsfindung hilfreich sein kann. Die meisten Punkte erhält die Umsetzungsart, die am besten abschneidet.

In 10 Schritten zur ersten PWA

Hier noch einen Quickguide zur ersten Progressive Web App:

1. Web App programmieren
2. Sicher stellen, dass die Kommunikation zum Server ausschließlich über https läuft
3. Web Manifest anlegen mit mindestens:
• Scope
• Start URL
• App Icon und App Name
4. Web Manifest im Head des HTML-Dokuments einbinden
5. ServiceWorker.js (o.ä.) in root Folder der PWA anlegen
6. Service Worker im JS der Web App registrieren
7. ServiceWorker.js je nach Bedarf implementieren
8. Mit Audits testen ob alle empfohlenen Qualitätskriterien einer PWA erreicht sind
9. Deployen 🙂

Quellenverzeichnis

[1] Great examples of progressive web apps in one room
https://progressivewebapproom.com/
Zugegriffen am 05.08.2019, 22:08 Uhr

[2] Rio Run App von the Guardian,
https://riorun.theguardian.com/
Zugegriffen am 05.08.2019, 22:08 Uhr

[3] Wikipedia
https://en.wikipedia.org/wiki/Progressive_web_applications
Zugegriffen am 05.08.2019, 22:08 Uhr

[4] Welcoming Progressive Web Apps to Microsoft Edge and Windows 10
https://blogs.windows.com/msedgedev/2018/02/06/welcoming-progressive-web-apps-edge-windows-10/
Zugegriffen am 05.08.2019, 22:08 Uhr

[5] Naming Progressive Web Apps
https://fberriman.com/2017/06/26/naming-progressive-web-apps/
Zugegriffen am 05.08.2019, 22:08 Uhr

[6] Why Build Progressive Web Apps
https://developers.google.com/web/ilt/pwa/why-build-pwa
Zugegriffen am 05.08.2019, 22:08 Uhr

[7]  Progressive Web App Challenges
https://www.slideshare.net/grigs/progressive-web-app-challenges
Zugegriffen am 05.08.2019, 22:08 Uhr

[8] Progressive Web App Splash Screens
https://medium.com/@applification/progressive-web-app-splash-screens-80340b45d210
Zugegriffen am 05.08.2019, 22:08 Uhr

[9] Eigene Leistung