瞭解JS壓縮圖片，這一篇就夠了

前言

公司的移動端業務需要在使用者上傳圖片是由前端壓縮圖片大小，再上傳到伺服器，這樣可以減少移動端上行流量，減少使用者上傳等待時長，優化使用者體驗。

插播一下，本文案例已整理成外掛，已上傳 npm ，可通過 npm install js-image-compressor -D 安裝使用，可以從 github 下載。

JavaScript 操作壓縮圖片原理不難，已有成熟 API，然而在實際輸出壓縮後結果卻總有意外，有些圖片竟會越壓縮越大，加之終端（手機）型別眾多，有些手機壓縮圖片甚至變黑。

所以本文將試圖解決如下問題：

• 弄清 Image 物件、data URL、Canvas 和 File（Blob）之間的轉化關係；
• 圖片壓縮關鍵技巧；
• 超大圖片壓縮黑屏問題。

轉化關係

在實際應用中有可能使用的情境：大多時候我們直接讀取使用者上傳的 File 物件，讀寫到畫布（canvas）上，利用 Canvas 的 API 進行壓縮，完成壓縮之後再轉成 File（Blob） 物件，上傳到遠端圖片伺服器；不妨有時候我們也需要將一個 base64 字串壓縮之後再變為 base64 字串傳入到遠端資料庫或者再轉成 File（Blob） 物件。一般的，它們有如下轉化關係：

具體實現

下面將按照轉化關係圖中的轉化方法一一實現。

file2DataUrl(file, callback)

使用者通過頁面標籤 <input type="file" /> 上傳的本地圖片直接轉化 data URL 字串形式。可以使用 FileReader 檔案讀取建構函式。FileReader 物件允許 Web 應用程式非同步讀取儲存在計算機上的檔案（或原始資料緩衝區）的內容，使用 File 或 Blob 物件指定要讀取的檔案或資料。該例項方法 readAsDataURL 讀取檔案內容並轉化成 base64 字串。在讀取完後，在例項屬性 result 上可獲取檔案內容。

function file2DataUrl(file, callback) {
  var reader = new FileReader();
  reader.onload = function () {
    callback(reader.result);
  };
  reader.readAsDataURL(file);
}

Data URL 由四個部分組成：字首（data:）、指示資料型別的 MIME 型別、如果非文字則為可選的 base64 標記、資料本身：

data:<mediatype>,<data>

比如一張 png 格式圖片，轉化為 base64 字串形式：data:image/png;base64,iVBORw0KGgoAAAANSUhEUgAAAQAAAAEACAYAAABccqhmAAAgAElEQVR4XuxdB5g。

file2Image(file, callback)

若想將使用者通過本地上傳的圖片放入快取並 img 標籤顯示出來，除了可以利用以上方法轉化成的 base64 字串作為圖片 src，還可以直接用 URL 物件，引用儲存在 File 和 Blob 中資料的 URL。使用物件 URL 的好處是可以不必把檔案內容讀取到 JavaScript 中 而直接使用檔案內容。為此，只要在需要檔案內容的地方提供物件 URL 即可。

function file2Image(file, callback) {
  var image = new Image();
  var URL = window.webkitURL || window.URL;
  if (URL) {
    var url = URL.createObjectURL(file);
    image.onload = function() {
      callback(image);
      window.revokeObjectURL(url);
    };
    image.src = url;
  } else {
    inputFile2DataUrl(file, function(dataUrl) {
      image.onload = function() {
        callback(image);
      }
      image.src = dataUrl;
    });
  }
}

注意：要建立物件 URL，可以使用 window.URL.createObjectURL() 方法，並傳入 File 或 Blob 物件。如果不再需要相應資料，最好釋放它佔用的內容。但只要有程式碼在引用物件 URL，記憶體就不會釋放。要手工釋放記憶體，可以把物件 URL 傳給 window.revokeObjectURL()。

url2Image(url, callback)

通過圖片連結（url）獲取圖片 Image 物件，由於圖片載入是非同步的，因此放到回撥函式 callback 回傳獲取到的 Image 物件。

function url2Image(url, callback) {
  var image = new Image();
  image.src = url;
  image.onload = function() {
    callback(image);
  }
}

image2Canvas(image)

利用 drawImage() 方法將 Image 物件繪畫在 Canvas 物件上。

drawImage 有三種語法形式：

void ctx.drawImage(image, dx, dy);
void ctx.drawImage(image, dx, dy, dWidth, dHeight);
void ctx.drawImage(image, sx, sy, sWidth, sHeight, dx, dy, dWidth, dHeight);

引數：

• image 繪製到上下文的元素；
• sx 繪製選擇框左上角以 Image 為基準 X 軸座標；
• sy 繪製選擇框左上角以 Image 為基準 Y 軸座標；
• sWidth 繪製選擇框寬度；
• sHeight 繪製選擇框寬度；
• dx Image 的左上角在目標 canvas 上 X 軸座標；
• dy Image 的左上角在目標 canvas 上 Y 軸座標；
• dWidth Image 在目標 canvas 上繪製的寬度；
• dHeight Image 在目標 canvas 上繪製的高度；

function image2Canvas(image) {
  var canvas = document.createElement('canvas');
  var ctx = canvas.getContext('2d');
  canvas.width = image.naturalWidth;
  canvas.height = image.naturalHeight;
  ctx.drawImage(image, 0, 0, canvas.width, canvas.height);
  return canvas;
}

canvas2DataUrl(canvas, quality, type)

HTMLCanvasElement 物件有 toDataURL(type, encoderOptions) 方法，返回一個包含圖片展示的 data URL 。同時可以指定輸出格式和質量。

引數分別為：

• type 圖片格式，預設為 image/png。
• encoderOptions 在指定圖片格式為 image/jpeg 或 image/webp 的情況下，可以從 0 到 1 的區間內選擇圖片的質量。如果超出取值範圍，將會使用預設值 0.92，其他引數會被忽略。

function canvas2DataUrl(canvas, quality, type) {
  return canvas.toDataURL(type || 'image/jpeg', quality || 0.8);
}

dataUrl2Image(dataUrl, callback)

圖片連結也可以是 base64 字串，直接賦值給 Image 物件 src 即可。

function dataUrl2Image(dataUrl, callback) {
  var image = new Image();
  image.onload = function() {
    callback(image);
  };
  image.src = dataUrl;
}

dataUrl2Blob(dataUrl, type)

將 data URL 字串轉化為 Blob 物件。主要思路是：先將 data URL 資料（data） 部分提取出來，用 atob 對經過 base64 編碼的字串進行解碼，再轉化成 Unicode 編碼，儲存在Uint8Array（8位無符號整型陣列，每個元素是一個位元組） 型別陣列，最終轉化成 Blob 物件。

function dataUrl2Blob(dataUrl, type) {
  var data = dataUrl.split(',')[1];
  var mimePattern = /^data:(.*?)(;base64)?,/;
  var mime = dataUrl.match(mimePattern)[1];
  var binStr = atob(data);
  var arr = new Uint8Array(len);

  for (var i = 0; i < len; i++) {
    arr[i] = binStr.charCodeAt(i);
  }
  return new Blob([arr], {type: type || mime});
}

canvas2Blob(canvas, callback, quality, type)

HTMLCanvasElement 有 toBlob(callback, [type], [encoderOptions]) 方法創造 Blob 物件，用以展示 canvas 上的圖片；這個圖片檔案可以被快取或儲存到本地，由使用者代理端自行決定。第二個引數指定圖片格式，如不特別指明，圖片的型別預設為 image/png，解析度為 96dpi。第三個引數用於針對image/jpeg 格式的圖片進行輸出圖片的質量設定。

function canvas2Blob(canvas, callback, quality, type){
  canvas.toBlob(function(blob) {
    callback(blob);
  }, type || 'image/jpeg', quality || 0.8);
}

為相容低版本瀏覽器，作為 toBlob 的 polyfill 方案，可以用上面 data URL 生成 Blob 方法 dataUrl2Blob 作為HTMLCanvasElement 原型方法。

if (!HTMLCanvasElement.prototype.toBlob) {
 Object.defineProperty(HTMLCanvasElement.prototype, 'toBlob', {
  value: function (callback, type, quality) {
    let dataUrl = this.toDataURL(type, quality);
    callback(dataUrl2Blob(dataUrl));
  }
 });
}

blob2DataUrl(blob, callback)

將 Blob 物件轉化成 data URL 資料，由於 FileReader 的例項 readAsDataURL 方法不僅支援讀取檔案，還支援讀取 Blob 物件資料，這裡複用上面 file2DataUrl 方法即可：

function blob2DataUrl(blob, callback) {
  file2DataUrl(blob, callback);
}

blob2Image(blob, callback)

將 Blob 物件轉化成 Image 物件，可通過 URL 物件引用檔案，也支援引用 Blob 這樣的類檔案物件，同樣，這裡複用上面 file2Image 方法即可：

function blob2Image(blob, callback) {
  file2Image(blob, callback);
}

upload(url, file, callback)

上傳圖片（已壓縮），可以使用 FormData 傳入檔案物件，通過 XHR 直接把檔案上傳到伺服器。

function upload(url, file, callback) {
  var xhr = new XMLHttpRequest();
  var fd = new FormData();
  fd.append('file', file);
  xhr.onreadystatechange = function () {
    if (xhr.readyState === 4 && xhr.status === 200) {
      // 上傳成功
      callback && callback(xhr.responseText);
    } else {
      throw new Error(xhr);
    }
  }
  xhr.open('POST', url, true);
  xhr.send(fd);
}

也可以使用 FileReader 讀取檔案內容，轉化成二進位制上傳

function upload(url, file) {
  var reader = new FileReader();
  var xhr = new XMLHttpRequest();

  xhr.open('POST', url, true);
  xhr.overrideMimeType('text/plain; charset=x-user-defined-binary');

  reader.onload = function() {
    xhr.send(reader.result);
  };
  reader.readAsBinaryString(file);
}

實現簡易圖片壓縮

在熟悉以上各種圖片轉化方法的具體實現，將它們封裝在一個公用物件 util 裡，再結合壓縮轉化流程圖，這裡我們可以簡單實現圖片壓縮了：
首先將上傳圖片轉化成 Image 物件，再將寫入到 Canvas 畫布，最後由 Canvas 物件 API 對圖片的大小和尺寸輸出調整，實現壓縮目的。

/**
 * 簡易圖片壓縮方法
 * @param {Object} options 相關引數
 */
(function (win) {
  var REGEXP_IMAGE_TYPE = /^image\//;
  var util = {};
  var defaultOptions = {
    file: null,
    quality: 0.8
  };
  var isFunc = function (fn) { return typeof fn === 'function'; };
  var isImageType = function (value) { return REGEXP_IMAGE_TYPE.test(value); };

  /**
   * 簡易圖片壓縮建構函式
   * @param {Object} options 相關引數
   */
  function SimpleImageCompressor(options) {
    options = Object.assign({}, defaultOptions, options);
    this.options = options;
    this.file = options.file;
    this.init();
  }

  var _proto = SimpleImageCompressor.prototype;
  win.SimpleImageCompressor = SimpleImageCompressor;

  /**
   * 初始化
   */
  _proto.init = function init() {
    var _this = this;
    var file = this.file;
    var options = this.options;

    if (!file || !isImageType(file.type)) {
      console.error('請上傳圖片檔案!');
      return;
    }

    if (!isImageType(options.mimeType)) {
      options.mimeType = file.type;
    }

    util.file2Image(file, function (img) {
      var canvas = util.image2Canvas(img);
      file.width = img.naturalWidth;
      file.height = img.naturalHeight;
      _this.beforeCompress(file, canvas);

      util.canvas2Blob(canvas, function (blob) {
        blob.width = canvas.width;
        blob.height = canvas.height;
        options.success && options.success(blob);
      }, options.quality, options.mimeType)
    })
  }

  /**
   * 壓縮之前，讀取圖片之後鉤子函式
   */
  _proto.beforeCompress = function beforeCompress() {
    if (isFunc(this.options.beforeCompress)) {
      this.options.beforeCompress(this.file);
    }
  }

  // 省略 `util` 公用方法定義
  // ...

  // 將 `util` 公用方法新增到例項的靜態屬性上
  for (key in util) {
    if (util.hasOwnProperty(key)) {
      SimpleImageCompressor[key] = util[key];
    }
  }
})(window)

這個簡易圖片壓縮方法呼叫和入參：

var fileEle = document.getElementById('file');

fileEle.addEventListener('change', function () {
  file = this.files[0];

  var options = {
    file: file,
    quality: 0.6,
    mimeType: 'image/jpeg',
    // 壓縮前回撥
    beforeCompress: function (result) {
      console.log('壓縮之前圖片尺寸大小: ', result.size);
      console.log('mime 型別: ', result.type);
      // 將上傳圖片在頁面預覽
      // SimpleImageCompressor.file2DataUrl(result, function (url) {
      //   document.getElementById('origin').src = url;
      // })
    },
    // 壓縮成功回撥
    success: function (result) {
      console.log('壓縮之後圖片尺寸大小: ', result.size);
      console.log('mime 型別: ', result.type);
      console.log('壓縮率： ', (result.size / file.size * 100).toFixed(2) + '%');

      // 生成壓縮後圖片在頁面展示
      // SimpleImageCompressor.file2DataUrl(result, function (url) {
      //   document.getElementById('output').src = url;
      // })

      // 上傳到遠端伺服器
      // SimpleImageCompressor.upload('/upload.png', result);
    }
  };

  new SimpleImageCompressor(options);
}, false);

如果看到這裡的客官不嫌棄這個 demo 太簡單可以戳這裡試試水。如果你有足夠的耐心多傳幾種型別圖片就會發現還存在如下問題：

• 壓縮輸出圖片寸尺固定為原始圖片尺寸大小，而實際可能需要控制輸出圖片尺寸，同時達到尺寸也被壓縮目的；
• png 格式圖片同格式壓縮，壓縮率不高，還有可能出現“不減反增”現象；
• 有些情況，其他格式轉化成 png 格式也會出現“不減反增”現象；
• 大尺寸 png 格式圖片在一些手機上，壓縮後出現“黑屏”現象；

改進版圖片壓縮

俗話說“羅馬不是一天建成的”，通過上述實驗，我們發現了很多不足，下面將逐條問題分析，尋求解決方案。

壓縮輸出圖片寸尺固定為原始圖片尺寸大小，而實際可能需要控制輸出圖片尺寸，同時達到尺寸也被壓縮目的；

為了避免壓縮圖片變形，一般採用等比縮放，首先要計算出原始圖片寬高比 aspectRatio，使用者設定的高乘以 aspectRatio，得出等比縮放後的寬，若比使用者設定寬的小，則使用者設定的高為為基準縮放，否則以寬為基準縮放。

var aspectRatio = naturalWidth / naturalHeight;
var width = Math.max(options.width, 0) || naturalWidth;
var height = Math.max(options.height, 0) || naturalHeight;
if (height * aspectRatio > width) {
  height = width / aspectRatio;
} else {
  width = height * aspectRatio;
}

輸出圖片的尺寸確定了，接下來就是按這個尺寸建立一個 Canvas 畫布，將圖片畫上去。這裡可以將上面提到的 image2Canvas 方法稍微做一下改造：

function image2Canvas(image, destWidth, destHeight) {
  var canvas = document.createElement('canvas');
  var ctx = canvas.getContext('2d');
  canvas.width = destWidth || image.naturalWidth;
  canvas.height = destHeight || image.naturalHeight;
  ctx.drawImage(image, 0, 0, canvas.width, canvas.height);
  return canvas;
}

png 格式圖片同格式壓縮，壓縮率不高，還有可能出現“不減反增”現象

一般的，不建議將 png 格式圖片壓縮成自身格式，這樣壓縮率不理想，有時反而會造成自身質量變得更大。

因為我們在“具體實現”中兩個有關壓縮關鍵 API：

• toBlob(callback, [type], [encoderOptions]) 引數 encoderOptions 用於針對image/jpeg 格式的圖片進行輸出圖片的質量設定；
• toDataURL(type, encoderOptions 引數encoderOptions 在指定圖片格式為 image/jpeg 或 image/webp 的情況下，可以從 0 到 1 的區間內選擇圖片的質量。

均未對 png 格式圖片有壓縮效果。

有個折衷的方案，我們可以設定一個閾值，如果 png 圖片的質量小於這個值，就還是壓縮輸出 png 格式，這樣最差的輸出結果不至於質量太大，在此基礎上，如果壓縮後圖片大小 “不減反增”，我們就兜底處理輸出源圖片給使用者。當圖片質量大於某個值時，我們壓縮成 jpeg 格式。

// `png` 格式圖片大小超過 `convertSize`, 轉化成 `jpeg` 格式
if (file.size > options.convertSize && options.mimeType === 'image/png') {
  options.mimeType = 'image/jpeg';
}
// 省略一些程式碼
// ...
// 使用者期待的輸出寬高沒有大於源圖片的寬高情況下，輸出檔案大小大於原始檔，返回原始檔
if (result.size > file.size && !(options.width > naturalWidth || options.height > naturalHeight)) {
  result = file;
}

大尺寸 png 格式圖片在一些手機上，壓縮後出現“黑屏”現象；

由於各大瀏覽器對 Canvas 最大尺寸支援不同

如果圖片尺寸過大，在建立同尺寸畫布，再畫上圖片，就會出現異常情況，即生成的畫布沒有圖片畫素，而畫布本身預設給的背景色為黑色，這樣就導致圖片“黑屏”情況。

這裡可以通過控制輸出圖片最大寬高防止生成畫布越界，並且用透明色覆蓋預設黑色背景解決解決“黑屏”問題：

// ...
// 限制最小和最大寬高
var maxWidth = Math.max(options.maxWidth, 0) || Infinity;
var maxHeight = Math.max(options.maxHeight, 0) || Infinity;
var minWidth = Math.max(options.minWidth, 0) || 0;
var minHeight = Math.max(options.minHeight, 0) || 0;

if (maxWidth < Infinity && maxHeight < Infinity) {
  if (maxHeight * aspectRatio > maxWidth) {
    maxHeight = maxWidth / aspectRatio;
  } else {
    maxWidth = maxHeight * aspectRatio;
  }
} else if (maxWidth < Infinity) {
  maxHeight = maxWidth / aspectRatio;
} else if (maxHeight < Infinity) {
  maxWidth = maxHeight * aspectRatio;
}

if (minWidth > 0 && minHeight > 0) {
  if (minHeight * aspectRatio > minWidth) {
    minHeight = minWidth / aspectRatio;
  } else {
    minWidth = minHeight * aspectRatio;
  }
} else if (minWidth > 0) {
  minHeight = minWidth / aspectRatio;
} else if (minHeight > 0) {
  minWidth = minHeight * aspectRatio;
}

width = Math.floor(Math.min(Math.max(width, minWidth), maxWidth));
height = Math.floor(Math.min(Math.max(height, minHeight), maxHeight));

// ...
// 覆蓋預設填充顏色 (#000)
var fillStyle = 'transparent';
context.fillStyle = fillStyle;

到這裡，上述的意外問題被我們一一解決了，如需體驗改進版的圖片壓縮 demo 的小夥伴可以戳這裡

總結

我們梳理了通過頁面標籤 <input type="file" /> 上傳本地圖片到圖片被壓縮整個過程，也覆蓋到了在實際使用中還存在的一些意外情況，提供了相應的解決方案。將改進版圖片壓縮整理成外掛，已上傳 npm ，可通過 npm install js-image-compressor -D 安裝使用，可以從 github 下載。整理匆忙，如有問題歡迎大家指正，完～