了解JS壓縮圖片，這一篇就夠了

2020 年 8 月 17 日
筆記
html5, javascript, npm, vue.js, 前端, 程式設計師之家

前言

公司的移動端業務需要在用戶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，減少用戶上傳等待時長，優化用戶體驗。

插播一下，本文案例已整理成插件，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）類型眾多，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 對象、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用戶上傳的 File 對象，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）對象，上傳到遠程圖片伺服器；不妨有時候我們也需要將一個 base64 字元串壓縮之後再變為 base64 字元串傳入到遠程資料庫或者再轉成 File（Blob）對象。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)

用戶通過頁面標籤 <input type=”file” /> 上傳的本地圖片直接轉化date URL字元串形式。可以使用FileReader 文件讀取構造函數。FileReader 對象允許 Web 應用程式非同步讀取存儲在電腦上的文件（或原始數據緩衝區）的內容，使用File或Blob 對象指定要讀取的文件或數據。該實例方法 readAsDataURL 讀取文件內容並轉化成 base64 字元串。在讀取完後，在實例屬性 result 上可獲取文件內容。

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：前綴（data:）、指示數據類型的 MIME 類型、如果非文本則為可選的 base64 標記、數據本身：

data:<mediatype>,<data>

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

file2Image(file, callback)

若想將用戶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 字元串作為圖片 src，還可以直接用 URL 對象，引用保存在 File 和 Blob 中數據的 URL。使用對象 URL 的好處是可以不必把文件內容讀取到 JavaScript 中而直接使用文件內容。為此，只要在需要文件內容的地方提供對象 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);
      URL.revokeObjectURL(url);
    };
    image.src = url;
  } else {
    inputFile2DataUrl(file, function(dataUrl) {
      image.onload = function() {
        callback(image);
      }
      image.src = dataUrl;
    });
  }
}

注意：要創建對象 URL，可以使用 window.URL.createObjectURL() 方法，並傳入 File 或 Blob 對象。如果不再需要相應數據，最好釋放它佔用的內容。但只要有程式碼在引用對象 URL，記憶體就不會釋放。要手工釋放記憶體，可以把對象 URL 傳給 URL.revokeObjectURL()。

url2Image(url, callback)

通過圖片鏈接（url）獲取圖片 Image 對象，由於圖片載入是非同步的，因此放到回調函數 callback 回傳獲取到的 Image 對象。

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

image2Canvas(image)

利用drawlmage() 方法將 Image 對象繪畫在 Canvas 對象上。

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);

參數：

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 軸坐標；
sy 繪製選擇框左上角以 Image 為基準 Y 軸坐標；
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 軸坐標；
dy Image 的左上角在目標 canvas 上 Y 軸坐標；
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 對象有 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品質。

參數分別為：

type 圖片格式，默認為 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品質。如果超出取值範圍，將會使用默認值 0.92，其他參數會被忽略。

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

dataUrl2Image(dataUrl, callback)

圖片鏈接也可以是 base64 字元串，直接賦值給 Image 對象 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 字元串轉化為 Blob 對象。主要思路是：先將 data URL 數據（data）部分提取出來，用 atob 對經過 base64 編碼的字元串進行解碼，再轉化成 Unicode 編碼，存儲在Uint8Array（8位無符號整型數組，每個元素是一個位元組）類型數組，最終轉化成 Blob 對象。

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 對象，用以展示 canvas 上的圖片；這個圖片文件可以被快取或保存到本地，由用戶代理端自行決定。第二個參數指定圖片格式，如不特別指明，圖片的類型默認為 image/png，解析度為 96dpi。第三個參數用於針對image/jpeg 格式的圖片進行輸出圖片的品質設置。

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

為兼容低版本瀏覽器，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 對象轉化成 data URL 數據，由於 FileReader 的實例 readAsDataURL 方法不僅支援讀取文件，還支援讀取 Blob 對象數據，這裡復用上面 file2DataUrl 方法即可：

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

blob2Image(blob, callback)

將 Blob 對象轉化成 Image 對象，可通過 URL 對象引用文件，也支援引用 Blob 這樣的類文件對象，同樣，這裡復用上面 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 傳入文件對象，通過 XHR 直接把文件上傳到伺服器。

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 讀取文件內容，轉化成二進位上傳

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對象 util 里，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 對象，再將寫入到 Canvas 畫布，最後由 Canvas 對象 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 相關參數
 */
(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); };

 /**
   * 簡易圖片壓縮構造函數
   * @param {Object} options 相關參數
   */
 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('請上傳圖片文件!');
 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數
   */
  _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` 公用方法添加到實例的靜態屬性上
 for (key in util) {
 if (util.hasOwnProperty(key)) {
      SimpleImageCompressor[key] = util[key];
    }
  }
})(window)

這個簡易圖片壓縮方法調用和入參：

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

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

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

 // 上傳到遠程伺服器
 // 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類型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，用戶設置的高乘以 aspectRatio，得出等比縮放後的寬，若比用戶設置寬的小，則用戶設置的高為為基準縮放，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創建一個 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品質變得更大。

因為我們在「具體實現」中兩個有關壓縮關鍵 API：

toBlob(callback, [type], [encoderOptions]) 參數 encoderOptions 用於針對image/jpeg 格式的圖片進行輸出圖片的品質設置；
toDataURL(type, encoderOptions 參數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品質。

均未對 png 格式圖片有壓縮效果。

有個折衷的方案，我們可以設置一個閾值，如果 png 圖片的品質小於這個值，就還是壓縮輸出 png 格式，這樣最差的輸出結果不至於品質太大，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用戶。當圖片品質大於某個值時，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
// ...
// 用戶期待的輸出寬高沒有大於源圖片的寬高情況下，輸出文件大小大於源文件，返回源文件
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，在創建同尺寸畫布，再畫上圖片，就會出現異常情況，即生成的畫布沒有圖片像素，而畫布本身默認給的背景色為黑色，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，並且用透明色覆蓋默認黑色背景解決解決「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));

// ...
// 覆蓋默認填充顏色 (#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插件，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～

本文作者：思否wuwhs，轉載請先聯繫授權

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