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前端性能优化(21种优化+7种定位方式)

由 拜拜、爱过 提交于 2020-10-23 06:45:33
 

1.重要性：

关注前端可以很好地提高性能。如果我们可以将后端响应时间缩短一半，整体响应时间只能减少5%~10%。而如果关注前端性能，同样是将其响应时间减少一半，则整体响应时间可以减少40%~45%。

改进前端通常只需要较少的时间和资源，减少后端延迟会带来很大的改动。

只有10%~20%的最终用户响应时间花在了下载HTML文档上，其余的80%~90%时间花在了下载页面中的所有组件上。

2.定位：

2.1 技术上的选择

在前端日常开发中，技术上的选择是非常重要的。为什么要讲这个呢？因为现象频发。

前端工程化严重的当下，轻量化的框架慢慢被遗忘掉了。并不是所有的业务场景都适合使用工程化框架，react/vue 并不轻量。

复杂的框架是为了解决复杂的业务

如果研发h5、PC展示等场景简单的业务时候，javascript原生 配合一些轻量化插件更适合。

多页面应用也并不都是缺点。根据业务不同而选择不一样的技术是非常重要的，是每个前端都应该反思的事情。

这方面是导致卡顿的关键问题。

2.2 NetWork

我们的老朋友NetWork想必前端同学都很熟悉。我们先来看一下network面板

从面板上我们可以看出一些信息：

  • 请求资源size
  • 请求资源时长
  • 请求资源数量
  • 接口响应时长
  • 接口发起数量
  • 接口报文size
  • 接口响应状态
  • 瀑布图

瀑布图是什么呢？

瀑布图就是上方图片后面的waterfall纵列

瀑布图是一个级联图, 展示了浏览器如何加载资源并渲染成网页. 图中的每一行都是一次单独的浏览器请求. 这个图越长, 说明加载网页过程中所发的请求越多. 每一行的宽度, 代表浏览器发出请求并下载该资源的过程中所耗费的时间。它的侧重点在于分析网路链路

瀑布图颜色说明：

  • DNS Lookup [深绿色] - 在浏览器和服务器进行通信之前, 必须经过DNS查询, 将域名转换成IP地址. 在这个阶段, 你可以处理的东西很少. 但幸运的是, 并非所有的请求都需要经过这一阶段.

  • Initial Connection [橙色] - 在浏览器发送请求之前, 必须建立TCP连接. 这个过程仅仅发生在瀑布图中的开头几行, 否则这就是个性能问题(后边细说).

  • SSL/TLS Negotiation [紫色] - 如果你的页面是通过SSL/TLS这类安全协议加载资源, 这段时间就是浏览器建立安全连接的过程. 目前Google将HTTPS作为其 搜索排名因素 之一, SSL/TLS 协商的使用变得越来越普遍了.

  • Time To First Byte (TTFB) [绿色] - TTFB 是浏览器请求发送到服务器的时间+服务器处理请求时间+响应报文的第一字节到达浏览器的时间. 我们用这个指标来判断你的web服务器是否性能不够, 或者说你是否需要使用CDN.

  • Downloading (蓝色) - 这是浏览器用来下载资源所用的时间. 这段时间越长, 说明资源越大. 理想情况下, 你可以通过控制资源的大小来控制这段时间的长度.

那么除了瀑布图的长度外，我们如何才能判断一个瀑布图的状态是健康的呢？

  • 首先, 减少所有资源的加载时间. 亦即减小瀑布图的宽度. 瀑布图越窄, 网站的访问速度越快.

  • 其次, 减少请求数量 也就是降低瀑布图的高度. 瀑布图越矮越好.

  • 最后, 通过优化资源请求顺序来加快渲染时间. 从图上看, 就是将绿色的"开始渲染"线向左移. 这条线向左移动的越远越好.

这样，我们就可以从network的角度去排查“慢”的问题。

2.3 webpack-bundle-analyzer

项目构建后生成的bundle包是压缩后的。webpack-bundle-analyzer是一款包分析工具。

我们先来看一下它能带来的效果。如下图：

从上图来看，我们的bundle包被解析的一览无余。其中模块面积占的越大说明在bundle包中size越大。就值得注意了，重点优化一下。

它能够排查出来的信息有

  • 显示包中所有打入的模块
  • 显示模块size 及 gzip后的size

排查包中的模块情形是非常有必要的，通过webpack-bundle-analyzer来排查出一些无用的模块，过大的模块。然后进行优化。以减少我们的bundle包size，减少加载时长。

 

安装

 

# NPM 
npm install --save-dev webpack-bundle-analyzer
# Yarn 
yarn add -D webpack-bundle-analyzer
复制代码

 

使用(as a Webpack-Plugin)

 

const BundleAnalyzerPlugin = require('webpack-bundle-analyzer').BundleAnalyzerPlugin;
 
module.exports = {
  plugins: [
    new BundleAnalyzerPlugin()
  ]
}
复制代码

然后构建包完毕后会自动弹出一个窗口展示上图信息。

2.4 Performance

chrome自带的performance模块。先附上一个官网文档传送门：Performance

可以检测很多方面的数据，多数情况的性能排查上用的比较多。如果想要深入了解的同学建议去看一下官方文档。

接下来我们来说一下在performance面板中如何排差“慢”的问题，它给我们提供了哪些信息呢。先附上一张performance的面板图片。

从上图中可以分析出一些指标

  • FCP/LCP 时间是否过长？
  • 请求并发情况 是否并发频繁？
  • 请求发起顺序 请求发起顺序是否不对？
  • javascript执行情况 javascript执行是否过慢？

这些指标就是我们需要重点关注的，当然performance的功能并不止于此。

先记住如何获取到这些指标，后面来一一进行解析优化。

2.5 PerformanceNavigationTiming

获取各个阶段的响应时间，我们所要用到的接口是PerformanceNavigationTiming接口。

 

PerformanceNavigationTiming 提供了用于存储和检索有关浏览器文档事件的指标的方法和属性。 例如，此接口可用于确定加载或卸载文档需要多少时间。

 

 

 

function showNavigationDetails() {
  const [entry] = performance.getEntriesByType("navigation");
  console.table(entry.toJSON());
}

 

使用这个函数，我们就可以获取各个阶段的响应时间，如图：

在这里插入图片描述

参数说明

navigationStart 加载起始时间
redirectStart 重定向开始时间（如果发生了HTTP重定向，每次重定向都和当前文档同域的话，就返回开始重定向的fetchStart的值。其他情况，则返回0）
redirectEnd 重定向结束时间（如果发生了HTTP重定向，每次重定向都和当前文档同域的话，就返回最后一次重定向接受完数据的时间。其他情况则返回0）
fetchStart 浏览器发起资源请求时，如果有缓存，则返回读取缓存的开始时间
domainLookupStart 查询DNS的开始时间。如果请求没有发起DNS请求，如keep-alive，缓存等，则返回fetchStart
domainLookupEnd 查询DNS的结束时间。如果没有发起DNS请求，同上
connectStart 开始建立TCP请求的时间。如果请求是keep-alive，缓存等，则返回domainLookupEnd
(secureConnectionStart) 如果在进行TLS或SSL，则返回握手时间
connectEnd 完成TCP链接的时间。如果是keep-alive，缓存等，同connectStart
requestStart 发起请求的时间
responseStart 服务器开始响应的时间
domLoading 从图中看是开始渲染dom的时间，具体未知
domInteractive 未知
domContentLoadedEventStart 开始触发DomContentLoadedEvent事件的时间
domContentLoadedEventEnd DomContentLoadedEvent事件结束的时间
domComplete 从图中看是dom渲染完成时间，具体未知
loadEventStart 触发load的时间，如没有则返回0
loadEventEnd load事件执行完的时间，如没有则返回0
unloadEventStart unload事件触发的时间
unloadEventEnd unload事件执行完的时间


















关于我们的Web性能，我们会用到的时间参数：

DNS解析时间： domainLookupEnd - domainLookupStart
TCP建立连接时间： connectEnd - connectStart
白屏时间： responseStart - navigationStart
dom渲染完成时间： domContentLoadedEventEnd - navigationStart
页面onload时间： loadEventEnd - navigationStart



根据这些时间参数，我们就可以判断哪一阶段对性能有影响。

2.6 抓包

有一些业务状况是没有上述的一些调试工具该怎么办呢？我们可以利用抓包工具进行对页面信息对抓取，上述我们通过chrome工具排查出来的指标，也可以通过抓包工具进行抓取。

这里我推荐一款抓包工具charles。

2.7 性能测试工具

2.7.1 Pingdom

2.7.2 Load Impact

2.7.3 WebPage Test

2.7.4 Octa Gate Site Timer

2.7.5 Free Speed Test

3.优化：

前端的优化种类繁多，主要包含三个方面的优化：网络优化（对加载时所消耗的网络资源优化），代码优化（资源加载完后，脚本解释执行的速度），框架优化（选择性能较好的框架，比如benchmark）。

3.1 tree shaking

中文（摇树），webpack构建优化中重要一环。摇树用于清除我们项目中的一些无用代码，它依赖于ES中的模块语法。

比如日常使用lodash的时候

import _ from 'lodash'
复制代码

如果如上引用lodash库，在构建包的时候是会把整个lodash包打入到我们的bundle包中的。

import _isEmpty from 'lodash/isEmpty';
复制代码

如果如上引用lodash库，在构建包的时候只会把isEmpty这个方法抽离出来再打入到我们的bundle包中。

这样的化就会大大减少我们包的size。所以在日常引用第三方库的时候，需要注意导入的方式。

 

如何开启摇树

 

在webpack4.x 中默认对tree-shaking进行了支持。 在webpack2.x 中使用tree-shaking：传送门

3.2 split chunks

中文（分包）

在没配置任何东西的情况下，webpack 4 就智能的帮你做了代码分包。入口文件依赖的文件都被打包进了main.js，那些大于 30kb 的第三方包，如：echarts、xlsx、dropzone等都被单独打包成了一个个独立 bundle。

其它被我们设置了异步加载的页面或者组件变成了一个个chunk，也就是被打包成独立的bundle。

它内置的代码分割策略是这样的：

  • 新的 chunk 是否被共享或者是来自 node_modules 的模块
  • 新的 chunk 体积在压缩之前是否大于 30kb
  • 按需加载 chunk 的并发请求数量小于等于 5 个
  • 页面初始加载时的并发请求数量小于等于 3 个

大家可以根据自己的项目环境来更改配置。配置代码如下：

splitChunks({
  cacheGroups: {
    vendors: {
      name: `chunk-vendors`,
      test: /[\\/]node_modules[\\/]/,
      priority: -10,
      chunks: 'initial',
    },
    dll: {
      name: `chunk-dll`,
      test: /[\\/]bizcharts|[\\/]\@antv[\\/]data-set/,
      priority: 15,
      chunks: 'all',
      reuseExistingChunk: true
    },
    common: {
      name: `chunk-common`,
      minChunks: 2,
      priority: -20,
      chunks: 'all',
      reuseExistingChunk: true
    },
  }
})
复制代码

没有使用webpack4.x版本的项目，依然可以通过按需加载的形式进行分包，使得我们的包分散开，提升加载性能。

 

按需加载也是以前分包的重要手段之一

 

这里推荐一篇非常好的文章：webpack如何使用按需加载

3.3 拆包

与3.2的分包不同。大家可能没发现，上面2.3的bundle包解析中有个有趣的现象，上面项目的技术栈是react，但是bundle包中并没有react、react-dom、react-router等。

因为把这些插件“拆”开了。并没有一起打在bundle中。而是放在了CDN上。下面我举一个例子来解释一下。

假设：原本bundle包为2M，一次请求拉取。拆分为 bundle（1M） + react桶（CDN）（1M） 两次请求并发拉取。

从这个角度来看，1+1的模式拉取资源更快。

换一个角度来说，全量部署项目的情况，每次部署bundle包都将重新拉取。比较浪费资源。react桶的方式可以命中强缓存，这样的化，就算全量部署也只需要重新拉取左侧1M的bundle包即可，节省了服务器资源。优化了加载速度。

注意：在本地开发过程中，react等资源建议不要引入CDN，开发过程中刷新频繁，会增加CDN服务其压力，走本地就好。

3.4 gzip

服务端配置gzip压缩后可大大缩减资源大小。

Nginx配置方式

http {
  gzip on;
  gzip_buffers 32 4K;
  gzip_comp_level 6;
  gzip_min_length 100;
  gzip_types application/javascript text/css text/xml;
  gzip_disable "MSIE [1-6]\.";
  gzip_vary on;
}
复制代码

配置完成后在response header中可以查看。 

3.5 图片压缩

开发中比较重要的一个环节，我司自己的图床工具是自带压缩功能的，压缩后直接上传到CDN上。

如果公司没有图床工具，我们该如何压缩图片呢？我推荐几种我常用的方式

  • 智图压缩 (百度很难搜到官网了，免费、批量、好用)
  • tinypng(免费、批量、速度块)
  • fireworks工具压缩像素点和尺寸 (自己动手，掌握尺度)
  • 找UI压缩后发给你

图片压缩是常用的手法，因为设备像素点的关系，UI给予的图片一般都是 x2，x4的，所以压缩就非常有必要。

3.6 图片分割

如果页面中有一张效果图，比如真机渲染图，UI手拿着刀不让你压缩。这时候不妨考虑一下分割图片。

建议单张土图片的大小不要超过100k，我们在分割完图片后，通过布局再拼接在一起。可以图片加载效率。

这里注意一点，分割后的每张图片一定要给height，否则网速慢的情况下样式会塌陷。

3.7 sprite

南方叫精灵图，北方叫雪碧图。这个现象就很有趣。

在网站中有很多小图片的时候，一定要把这些小图片合并为一张大的图片，然后通过background分割到需要展示的图片。

这样的好处是什么呢？先来普及一个规则

浏览器请求资源的时候，同源域名请求资源的时候有最大并发限制，chrome为6个，就比如你的页面上有10个相同CDN域名小图片，那么需要发起10次请求去拉取，分两次并发。第一次并发请求回来后，发起第二次并发。

如果你把10个小图片合并为一张大图片的画，那么只用一次请求即可拉取下来10个小图片的资源。减少服务器压力，减少并发，减少请求次数。

附上一个sprite的例子。

3.8 CDN

中文（内容分发网络），服务器是中心化的，CDN是“去中心化的”。

在项目中有很多东西都是放在CDN上的，比如：静态文件，音频，视频，js资源，图片。那么为什么用CDN会让资源加载变快呢？

举个简单的例子：

以前买火车票大家都只能去火车站买，后来我们买火车票就可以在楼下的火车票代售点买了。

你细品。

所以静态资源度建议放在CDN上，可以加快资源加载的速度。

3.9 懒加载

懒加载也叫延迟加载，指的是在长网页中延迟加载图像，是一种非常好的优化网页性能的方式。

当可视区域没有滚到资源需要加载的地方时候，可视区域外的资源就不会加载。

可以减少服务器负载，常适用于图片很多，页面较长的业务场景中。

如何使用懒加载呢？

3.10 iconfont

中文（字体图表），现在比较流行的一种用法。使用字体图表有几种好处

  • 矢量
  • 轻量
  • 易修改
  • 不占用图片资源请求。

就像上面说的雪碧图，如果都用字体图标来替换的画，一次请求都免了，可以直接打到bundle包中。

使用前提是UI给点力，设计趋向于字体图标，提前给好资源，建立好字体图标库。

3.11 逻辑后移

逻辑后移是一种比较常见的优化手段。用一个打开文章网站的操作来举个例子。

没有逻辑后移处理的请求顺序是这个样子的

页面的展示主体是文章展示，如果文章展示的请求靠后了，那么渲染文章出来的时间必然靠后，因为有可能因为请求阻塞等情况，影响请求响应情况，如果超过一次并发的情况的话，会更加的慢。如图的这种情况也是在我们项目中发生过的。

很明显我们应该把主体“请求文章”接口前移，把一些非主体的请求逻辑后移。这样的话可以尽快的把主体渲染出来，就会快很多。

优化后的顺序是这个样子的。

在平常的开发中建议时常注意逻辑后移的情况，突出主体逻辑。可以极大的提升用户体验。

3.12 算法复杂度

在数据量大的应用场景中，需要着重注意算法复杂度问题。

在这个方面可以参考Javascript算法之复杂度分析这篇文章。

如上面Performance解析出的Javascript执行指标上，可以推测出来你的code执行效率如何，如果执行时间过长就要考虑一下是否要优化一下复杂度了。

在时间换空间，空间换时间的选择上，要根据业务场景来进行取舍。

3.13 组件渲染

拿react举例，组件分割方面不要太深。需要控制组件的渲染，尤其是深层组件的render。

老生常谈的话题，我们可以一些方式来优化组件渲染

  • 声明周期控制 - 比如react的shouldComponentUpdate来控制组件渲染。
  • 官网提供的api- PureComponent
  • 控制注入组件的参数
  • 分配组件唯一key

没有必要的渲染是对性能的极大浪费。

3.14 node middleware

中文（node 中间件）

中间件主要是指封装所有Http请求细节处理的方法。一次Http请求通常包含很多工作，如记录日志、ip过滤、查询字符串、请求体解析、Cookie处理、权限验证、参数验证、异常处理等，但对于Web应用而言，并不希望接触到这么多细节性的处理，因此引入中间件来简化和隔离这些基础设施与业务逻辑之间的细节，让我们能够关注在业务的开发上，以达到提升开发效率的目的。

使用node middleware合并请求。减少请求次数。这种方式也是非常实用的。

3.15 web worker

Web Worker 的作用，就是为 JavaScript 创造多线程环境，允许主线程创建 Worker 线程，将一些任务分配给后者运行。在主线程运行的同时，Worker 线程在后台运行，两者互不干扰。等到 Worker 线程完成计算任务，再把结果返回给主线程。这样的好处是，一些计算密集型或高延迟的任务，被 Worker 线程负担了，主线程（通常负责 UI 交互）就会很流畅，不会被阻塞或拖慢。

合理实用web worker可以优化复杂计算任务。这里直接抛阮一峰的入门文章：传送门

3.16 缓存

缓存的原理就是更快读写的存储介质+减少IO+减少CPU计算=性能优化。而性能优化的第一定律就是：优先考虑使用缓存。

缓存的主要手段有：浏览器缓存、CDN、反向代理、本地缓存、分布式缓存、数据库缓存。

3.17 GPU渲染

每个网页或多或少都涉及到一些CSS动画，通常简单的动画对于性能的影响微乎其微，然而如果涉及到稍显复杂的动画，不当的处理方式会使性能问题变得十分突出。

像Chrome, FireFox, Safari, IE9+和最新版本的Opera都支持GPU加速，当它们检测到页面中某个DOM元素应用了某些CSS规则时就会开启。

虽然我们可能不想对元素应用3D变换，可我们一样可以开启3D引擎。例如我们可以用transform: translateZ(0) 来开启GPU加速 。

只对我们需要实现动画效果的元素应用以上方法，如果仅仅为了开启硬件加速而随便乱用，那是不合理的。

3.18 Ajax可缓存

Ajax在发送的数据成功后，为了提高页面的响应速度和用户体验，会把请求的URL和返回的响应结果保存在缓存内，当下一次调用Ajax发送相同的请求（URL和参数完全相同）时，它就会直接从缓存中拿数据。

在进行Ajax请求的时候，可以选择尽量使用get方法，这样可以使用客户端的缓存，提高请求速度。

3.19 Resource Hints

Resource Hints(资源预加载)是非常好的一种性能优化方法，可以大大降低页面加载时间，给用户更加流畅的用户体验。

现代浏览器使用大量预测优化技术来预测用户行为和意图，这些技术有预连接、资源与获取、资源预渲染等。

Resource Hints 的思路有如下两个：

  • 当前将要获取资源的列表
  • 通过当前页面或应用的状态、用户历史行为或 session 预测用户行为及必需的资源

 

实现Resource Hints的方法有很多种，可分为基于 link 标签的 DNS-prefetch、subresource、preload、 prefetch、preconnect、prerender，和本地存储 localStorage。

3.20 SSR

 

渲染过程在服务器端完成，最终的渲染结果 HTML 页面通过 HTTP 协议发送给客户端，又被认为是‘同构'或‘通用'，如果你的项目有大量的detail页面，相互特别频繁，建议选择服务端渲染。

服务端渲染(SSR)除了SEO还有很多时候用作首屏优化，加快首屏速度，提高用户体验。但是对服务器有要求，网络传输数据量大，占用部分服务器运算资源。

Vue的Nuxt.js和React的next.js都是服务端渲染的方法。

3.21 UNPKG

UNPKG是一个提供npm包进行CDN加速的站点，因此，可以将一些比较固定了依赖写入html模版中，从而提高网页的性能。首先，需要将这些依赖声明为external，以便webpack打包时不从node_modules中加载这些资源，配置如下：

externals: { 'react': 'React' }

其次，你需要将所依赖的资源写在html模版中，这一步需要用到html-webpack-plugin。下面是一段示例：

<% if (htmlWebpackPlugin.options.node_env === 'development') { %>
  <script src="https://unpkg.com/react@16.7.0/umd/react.development.js"></script>
<% } else { %>
  <script src="https://unpkg.com/react@16.7.0/umd/react.production.min.js"></script>
<% } %>

这段代码需要注入node_env，以便在开发的时候能够获得更友好的错误提示。也可以选择一些比较自动的库，来帮助我们完成这个过程，比如webpack-cdn-plugin，或者dynamic-cdn-webpack-plugin。

 

4.总结：

还有一些比较常用的优化方法我没有列举出来，例如将样式表放在顶部，将脚本放在底部，减少重绘，按需加载，模块化等。方法很多，对症下药才是关键。

借鉴了很多大佬最后总结出来的文章，希望自己和同为菜鸟的小伙伴可以永远怀着一颗学徒的心。

 

 

 

 

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