不简单的前端性能优化

本文主要介绍“关键渲染路径”与“网络”两个方面的性能优化并提供demo,篇幅较长建议电脑观看。

前端优化的方面太多,本文介绍的仅仅是其中的一部分,力求涵盖“关键渲染路径”的方方面面,及一些不常被提到的“网络优化”部分。

测试环境如无特殊说明均为Chrome 57


渲染页面过程

浏览器从打开一个URL到渲染完页面共有:

  • 下载HTML文档
  • 下载HTML文档中的css
  • 下载Js文件
  • 执行js脚本
  • 下载其他资源
  • 通过HTML文档构建DOM(Parse HTML)
  • 通过CSS文件构建CSSOM(Parse CSS)
  • 通过DOM与CSSOM计算render tree
  • 根据render tree进行绘制,计算各个元素位置与大小(Layout)
  • 对页面进行上色,渲染为最终显示的像素(Paint)

第一次完成Paint称为“初次渲染”,这时候用户就能看到render tree里面的东西了。而完成初次渲染的过程称为“关键渲染路径”,关键渲染路径上需要加载的资源叫做“关键资源”

这个过程很多很复杂,其中的依赖关系也很复杂,笔者尝试画图来表示,但是实在是没画出来,所以还是用文字来表述吧:

  • 引入的资源,哪怕被阻塞(比如被js脚本阻塞后续link标签),浏览器依旧会智能的预先加载它们(但是不执行)
  • “CSS文件的加载”会阻塞“Js文件执行”。若CSS引用在Js文件之前,“加载CSS文件”会阻塞“Js文件执行”。即CSS文件未加载解析完成前,js文件不会得到执行。因为js有可能会修改CSSOM。带有async和defer属性的script不受限制。
  • Parse HTML的解析是增量的,因此浏览器可以边下载HTML边构建DOM树
  • “CSS文件的加载”会阻塞“Layout”。若页面有正在加载的CSS文件,在CSS文件加载完之前,浏览器不会对页面进行Layout,这是为了防止样式突变带来的抖动
  • “加载Js文件”会阻塞“Parse HTML”,这个估计大家都知道了,因为js可以通过document.write修改HTML文档流
  • “Js文件执行”会几乎会阻塞所有东西,包括Layout

比较有意思的是,字体的加载会阻塞局部的渲染。若某一段文本的字体使用了一个尚未加载完的字体,这段文本则先不会被Paint,直到字体加载完或者超过某个时间(通常是3秒)文本才会突然显示。

浏览器为了避免FOUT(Flash Of Unstyled Text),会尽量等待字体加载完成后,再显示应用了该字体的内容。只有当字体超过一段时间仍未加载成功时,浏览器才会降级使用系统字体。每个浏览器都规定了自己的超时时间(Chrome是3秒)。但这也带来了FOIT(Flash Of Invisible Text)问题。内容无法尽快地被展示,导致空白

一些Demo来解释浏览器渲染流程

CSS会阻塞Layout:Demo

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <link rel="stylesheet" href="style.css" />
    <!-- 这个css文件会加载3秒钟,在这个css加载完成前浏览器不会layout -->
    <link rel="stylesheet" href="../conn/sleep.php?sleep=3&content=h2{color:red;}" />
    <title>Title</title>
</head>
<body>
    <h1>Hello</h1>
    <h2>World</h2>
</body>
</html>

CSS会阻塞Js执行:Demo

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <link rel="stylesheet" href="style.css" />
    <!-- 这个css文件会加载3秒钟 -->
    <link rel="stylesheet" href="../conn/sleep.php?sleep=3&content=h2{color:red;}" />
    <script>
        // 这段js会等待css加载完才会运行
        alert('js is run!');
    </script>
    <title>Title</title>
</head>
<body>
    <h1>Hello</h1>
    <h2>World</h2>
</body>
</html>

Js执行会阻塞关键渲染路径,哪怕是defer还是async:Demo

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <script>
        function sleep(ms){
            var ts =+new Date;
            while(true){
                if(+new Date -ts >=ms) break;
            }
            return +new Date -ts;
        }
    </script>
    <!-- 这个css文件会加载2秒钟,所以会在js文件之后加载完 -->
    <link rel="stylesheet" href="../conn/sleep.php?sleep=2&content=h2{color:red;}" />
    <!-- 这个js文件会瞬间加载完,但是会运行3秒钟 -->
    <script defer src="run3s.js"></script>
    <!-- 这个js文件会瞬间加载完,但是会运行2秒钟 -->
    <script async src="run2s.js"></script>
    <title>Title</title>
</head>
<body>
    <!-- 打开页面后5秒钟才会显示,因为js执行会阻塞关键渲染路径 -->
    <h1>Hello</h1>
    <h2>World</h2>
</body>
</html>

Foot会阻塞局部渲染,但是智能的浏览器会给他设定一个上限,一般是3秒钟:Demo

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <style>
        @font-face {
            font-family: "test-font";
            src: url("../conn/sleep.php?sleep=5&file=scripts_.ttf");
        }
        h1{
            font-family: "test-font";
        }
    </style>
    <title>Title</title>
</head>
<body>
    <h1>Hello</h1>
    <h2>World</h2>
</body>
</html>

CSS篇优化策略

优化核心概念是:将初次渲染不需要的CSS想办法剥离出关键渲染路径

如果仅仅是为了提前初次渲染时间而进行优化,将页面必备的CSS剥离关键渲染路径而造成样式突变导致页面抖动,则得不偿失了

使用link/style的media属性

对某些媒体查询条件触发后才使用的css,可以在link标签中加入media属性,如下:

<link rel="stylesheet" href="index_print.css" media="print">

此样式表仍会加载。当浏览器环境不匹配媒体查询条件时,该样式表不会阻塞渲染。我们可针对不同媒体环境拆分CSS文件,并为link标签添加媒体查询,避免为了加载非关键CSS资源,而阻塞初次渲染

使用DOM API添加CSS

可以使用js代码来添加css

var style = document.createElement('link');
style.rel = 'stylesheet';
style.href = 'index.css';
document.head.appendChild(style);

使用resoure hint规范的preload

将link标签的rel属性设置为preload,浏览器遇到遇到标记为preload的link时,会开始加载它,但是由于rel不是stylesheet,因此不会阻塞渲染。

<link rel="preload" href="index_print.css" as="style" onload="this.rel='stylesheet'">

然后在适当的时候,在rel改为stylesheet,即可应用此样式。

但是这个属性兼容性比较差,详细可以参考这里。不过有一个polyfill可以用loadCSS,原理是通过DOM API插入样式资源。

这个属性的使用情景有些偏,也可能是我理解问题:

当使用preload引入css文件时,实际上证明这个页面根本不需要这个css,它有可能是打印样式,或者是响应式网站的另一套css代码。但是,使用preload属性,浏览器反而会预先加载它,也就是说,在window.onload之前,用户将耗费了网络资源在加载一个暂时不需要的样式。网络资源不可能是无限的,也就是说这个css会占用页面其他资源比如图片的网络资源。

询问瓜瓜老师本人后,瓜瓜老师说:

举个例子。第三屏有个广告版,它的样式

这样确实这个css的紧急程度就介于关键渲染路径的css与页面图片之间了,不过貌似这个情景很受限。

JS篇优化策略

使用defer延迟脚本执行

当script标签拥有defer属性时,该脚本会被推迟到整个HTML文档解析完后,再开始执行。因此将脚本放在head中,可以提早浏览器对脚本文件的加载,但是却不会阻塞parse HTML。

<script src="index.js" defer></script>
<!-- 百度统计代码 -->
<script src="tongji.js" defer></script>

注意,defer的脚本不会被css阻塞,parse HTML完成后立即执行,但是有可能会阻塞关键渲染路径。为什么说有可能呢,假如脚本文件在render tree生成前加载完毕,则会开始执行,执行过程中会阻塞关键渲染路径。请参考这个Demo

被defer的脚本,在执行时会严格按照在HTML文档中出现的顺序执行,但是实际上貌似不是这样,js文件前后文件若有依赖需慎重使用。

使用async延迟脚本执行

和defer类似,只是当js加载完后马上执行,而不在乎parse HTML是否完成,因此假如脚本比css先加载完,也会阻塞关键渲染路径。

<script src="index.js" defer></script>
<!-- 百度统计代码 -->
<script src="tongji.js" defer></script>

使用DOM API

据笔者所知,这是唯一一种100%不会阻塞关键渲染路径的js脚本加载方式。通过DOM API引入的js脚本会等到页面Layout和Paint后再开始执行,不论你将载入js文件的代码放在head中还是body后面亦是如此。

其他的优化

使用Web Font Loader加载字体

若不想让字体阻塞局部渲染,可使用Web Font Loader

网络优化篇

网络优化和CSS优化策略相同,尽可能让关键资源提前加载完,所以优化时尽量将以下指标压缩到最低:

  • 关键资源数
  • 关键资源体积
  • 关键资源网络来回数

当然,如果你的项目使用了先进的SPDY或HTTP/2,下面的方法可能并不适用。

优化关键资源数

RFC2616规定同域名同时只能有 2 个连接(RFC7230 中无限制),而​​​​​​​现代浏览器一般允许同域6个并发连接。因此,当页面中有许多需要外链的资源(script、link等),浏览器最多在每个域同时并发下载6个。

每一个请求,若使用域名,则需要额外增加一次DNS查询时间(若缓存未过期会命中缓存),因此一个网站过多的使用不同域名的资源会额外增加DNS查询开销,这点在移动端非常明显。

当然,每个请求建立根据TCP协议规定,还需要先进行3次捂手才可以建立链接。

合并请求

尽可能的合并请求,减少网络请求数。这一点可能在其他性能优化文章都说烂了:

  • 小图片转base64
  • 合并打包CSS、JS文件

现在的比较流行的webpack就非常擅长做这种事情

适度使用内联CSS和Js

使用内联的CSS和JS固然可以减少请求,但是使用内联也意味着你的CSS和JS将不会再被浏览器缓存,因此要适度的使用内联,内联不是万能的。

从HTTP协议下手

最佳方案肯定是过渡到HTTP/2无疑,但是现在HTTP/2的支持并不算太好,而且各大浏览器仅支持TLS下实现的HTTP/2(说白了就是HTTPS),使得HTTP/2的使用存在许些限制。

如果没有HTTP/2,或许可以:
– 使用Keep-Alive可以规避TCP三次握手的时间
– 使用Transfer-Encoding:chunked分块输出文件,还记得parse HTML的过程是增量的吗?若浏览器可以边下载HTML文件边解析,岂不美哉?
– 减少重定向,这个看上去理所当然但是实际上却很容易被忽略

适度使用域名散列

浏览器同域并行下载数量有限,所以只要多建立几个二级域名就好了,然后合理的分配各个资源就好了。

假如由于某些不可抗拒原因,关键资源数是12个,那么只要建立2个二级域名分别分配给其中的12个资源,浏览器会同时并行下载它们了。

不过,使用域名散列要适度,每一个域名都需要额外的增加一次DNS查询时间。当然,DNS本身也有缓存,或许适当的增加DNS TTL时间也是个不错的主意。

压缩关键资源体积

对于js、css文件,现在网上现成的压缩工具一堆,而且应用十分广泛,相信大家都知道了,这里就不多说了。

说到压缩,服务器开启一定的压缩策略(如gzip)是个不错的主意,效果拔群,资源大概会压缩到原有的1/3左右。

图片压缩,这个需要知道什么情境下适合什么类型的图片,GIF、JPG、PNG使用情景各不相同,具体可以参考这篇文章:图片格式那么多,哪种更适合你?

关键资源网络来回数

假如一个页面需要引入2个CSS才能工作,下面有2种方式

  • 2个均用link引入
  • 1个用link引入,在css中import另一个css

毫无疑问肯定是前者快,因为前者的网络来回数是1,而后者是2。

因此,尽可能将资源加载扁平化,减少关键资源网络来回数是个不错的主意。

当然,优化时要注意的点也有不少,比如前面提到的浏览器同域并发限制等,需要权衡使其不要影响到其他的导致初次渲染时间延后。

一些无效的优化策略

使用document.write打印link标签引入css仍会阻塞初次渲染。

引用

奇舞团@瓜瓜老师:

奇舞团@屈屈老师:

W3C规范:

  • https://www.w3.org/TR/2016/REC-html51-20161101/semantics-scripting.html
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