网站性能优化实践

发布于 2021-12-12 22:15:32 字数 8143 浏览 1099 评论 0

加载过慢导致的白屏、计算耗时太久导致响应不及时或卡顿，都会降低用户对网站的评价。为了提高网站的性能，我们需要分析网站从加载到最终呈现、以及用户操作的响应的过程中，究竟发生了什么。

1. 使用工具衡量性能

在开始进行优化之前，需要强调一点是：必须以真实统计的数据为依据，优化过程中必须看妨碍性能的关键指标是否发生了变化。

PageSpeed Insights 是由 Google 提供的一个检测网站性能的工具，输入网站地址后它会返回网站性能的得分，以及具体改善性能的建议，可以看到它提供了在移动设备和桌面设备的不同评分，可以针对不同设备来做具体的优化。

上图可以看到性能的评分为40分，然后有首次内容渲染、首次输入延迟以及实验室数据等多项统计数据，其中绿/橙/红分别代表了优/一般/差的表现。同时它还提供了优化建议和诊断结果，有助于用户改善网站性能。在随后的部分，我们会逐步解释各个指标、优化建议分别代表什么含义。

Chrome DevTools 作为最重要的网页开发调试工具，几乎能查看到网页加载使用过程的一切信息，作为开发者有必要熟练运用开发者工具。

上图可以看到很多信息，包含了FPS/CPU/Networks/Frames/Interactions/Timing，我们先选中Main这一项，可以看到统计了5.67s内的监测数据，底部面板呈现了在Loading、Script、Renddering等阶段的耗时。将底部的Tab切换到Event Log，并且将Scripting和Rendering取消勾选，可以看到各个时间点发生的事件，下图截取了一部分：

最头部的 Send Request 和 Receive Response 成功请求获取到了HTML的内容，然后在parseHTML中，解析出了对更多资源的加载，于是又触发了更多新的请求，Finish Loading 事件则标志着某个资源的加载的结束。

这里只是一个开头，后续就要开始介绍影响性能的两个途径，即：优化关键渲染路径、优化代码书写方式。借助于上述的工具，我们能够很好的衡量网站在具体指标上的表现。

2. 优化关键渲染路径

2.1 关键渲染路径

关键渲染路径简单来说就是浏览器将HTML、CSS和JavaScript转化为可见的像素的过程。这个过程包含如下几个步骤：

关键渲染路径

网页的第一请求个是 HTML 请求，请求到达服务器后，服务器处理并且返回响应，客户端收到响应后开始进行处理，最后进行展示和布局，对应的过程为：

request
loading
response
scripting：parse，DOM Tree，CSSOM Tree，Render Tree
rendering：layout
painting: paint

在 scripting 阶段，HTML parsing 过程创建了 DOM（document object model）Tree，遇到任意链接的外部资源（比如样式文件、js文件、图片文件），浏览器都会发起一个新的请求。

浏览器会持续不断进行 parsing 的过程构建 DOM，发送获取资源的请求，直到最终结束以后，它开始构建 CSSOM（CSS object model）。在 DOM 和 CSSOM 都完成了，浏览器会构建好 Render Tree，计算所有可见内容的样式。

在 rendering 阶段，Render Tree 构建好以后，开始进行 Layout 操作，它决定元素放置的位置和大小。

等这一切结束以后，在 painting 阶段，网页通过称为被 paint 的步骤被绘制出来。

2.2 资源的阻塞问题

关于关键渲染路径过程，非常重要的一点是，一些资源的请求是阻塞性的。这里先列举一般性的结论：

HTML资源最先加载，其他资源依次并行加载，完成时间和加载顺序无关，和网络、文件大小有关。
JS的加载，会阻塞HTML parse 和 CSS render；JS的执行按照标签出现的顺序执行。
CSS的加载，会阻塞HTML parse 和 JS 执行；CSS render需要整个文件加载解析完成，CSS render的顺序和标签的出现顺序相同。

资源并行加载

文件加载通常先出现的标签先加载，但并不串行，即它们的过程可同时进行。结果就是一些比较大的文件虽然先加载，但可能后加载完成。

// html-CRP-block.html
<head>
  <script src="https://code.jquery.com/jquery-3.4.1.js"></script>
  <script src="link-jquery.js"></script>
  <link rel="stylesheet" href="bg-color.css"></link>
</head>
<body>
  <p>Hello, CRP!!!</p>
</body>

//link-jquery.js
console.log('jquery download and executed ? ' + (!!$ ? 'yes' : 'not ye'));

//bg-color.css
p {
    background: red;
}

我们用 Chrome Devtools 的 Performance 记录下来网络情况（如下图），首当其冲的是 HTML 内容，然后是本地的 link-jquery.js 和 bg-color.css 文件，虽然 jquery-3.4.1.js 先出现但是却后开始加载，也是后开始完成。

resource load

JS 的按照加载顺序执行

如下为 console 中的输出结果，可见虽然js后面的先加载完，但是执行顺序还是严格依赖出现顺序的。

jquery download and executed ? yes

JS 的加载解析阻塞 HTML/CSS 的解析

// html-CRP-block.html
<head>
  <link rel="stylesheet" href="bg-color.css"></link>
</head>
<body>
  <script src="https://code.jquery.com/jquery-3.4.1.js"></script>
  <script src="link-jquery.js"></script>
  <p id="hello">Hello, CRP!!!</p>
</body>

//link-jquery.js
console.log(document.getElementById('hello'));

如上代码中，我们可以在 console 中看到的输出结果为 null，说明 JS的加载执行过程，block 了 HTML 的解析，因为直接查询 DOM Tree 是没有该结构的。

//bg-color-red.css
p {
    background: red;
}

//bg-color-green.css
p {
    background: green;
}

// html-CRP-block.html
<body>
  <p id="hello">Hello, CRP!!!</p>
  <link rel="stylesheet" href="bg-color-red.css"></link>
  <script src="https://code.jquery.com/jquery-3.4.1.js"></script>
  <link rel="stylesheet" href="bg-color-green.css"></link>
</body>

稍微修改代码，将 Devtools 的网络调整到 Slow 3G，刷新界面可以看到背景色首先是红色，然后过了数秒后变成绿色。

同理，我们可以通过 Devtools 的 Performance 看到，最先加载的蓝色区域是HTML内容，两个紫色的CSS文件都早于jquery加载完成，但是一直等到jquery加载和执行完成以后，才会继续parseHTML、Parse StyleSheet，并且最终触发DOMContentReady事件，因此 JS的加载同样也阻塞 CSS 的解析和渲染。

CSS 的加载

CSS文件的加载是加载和解析同步进行的，但只有等到整个CSS文件都被解析好，才会绘制CSSOM并且完成绘制，这是因为CSS文件中属性是可以相互覆盖的，加载部分就进行渲染无疑会降低性能。

同样如下例子可以看到，界面长时间处于白色背景，然后才出现红色背景，和无padding的body，可见 CSS 的绘制，同样按照标签的出现顺序进行绘制。

// html-CRP-block.html
<body>
  <p id="hello">Hello, CRP!!!</p>
  <link href="https://stackpath.bootstrapcdn.com/bootstrap/4.4.1/css/bootstrap.min.css" rel="stylesheet">
  <link rel="stylesheet" href="bg-color-red.css"></link>
</body>

上述例子在网页中的效果是，先看到文字

CSS 的加载对 HTML/JS 的影响

//bg-color-red.css
p {
    background: red;
}

// html-CRP-block.html
<body>
  <link href="https://stackpath.bootstrapcdn.com/bootstrap/4.4.1/css/bootstrap.min.css" rel="stylesheet">
  <p id="hello">Hello, CRP!!!</p>
  <script src="link-jquery.js"></script>
  <link rel="stylesheet" href="bg-color-red.css"></link>
</body>

网页中打开上述HTML可以看到，首先是页面空白，并且console中没有输出，然后过了数秒，才会出现红色背景的文字区域。

打开分析工具录制，可以看到蓝色的HTML先加载、然后是link-jquery.js、background-red.css先完成（虽然bootstrap.css先加载），在bootstrap.css加载完后，先Parse Stylesheet，然后继续 Parse HTML、Evaluate Script、Recalculate Style，可见 CSS的加载和解析也会阻塞HTML的解析和 JS的解析执行。

css-block-parse

2.3 如何优化关键渲染路径

在关键渲染路径的什么阶段做优化，并没有绝对的规则，一切都要以工具衡量的结果为出发点。

我可以把阻塞的类型简单分为：阻塞加载、阻塞执行、阻碍渲染。

浏览器的parsing过程的，

2.4 项目中进行的实践

// package.json

"scripts": {
    "generate": "webpack --config webpack.generate.js --profile --json > stats.json",
    "analyze": "webpack-bundle-analyzer --port 8888 stats.json"
}

"devDependencies": {
    "webpack-bundle-analyzer": "^3.6.0",
}

devSever 环境下，请求的资源大小 Top 5

总计 16.16M