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前端性能优化最佳实践

本文主要考量客户端性能、服务器端和网络性能,内容框架来自 Yahoo Developer Network,包含 7 个类别共 35 条前端性能优化最佳实践,在此基础上补充了一些相关或者更符合主流技术的内容。

同时,建议关注及时更新的 Google 性能优化指南

目录:

前端性能的一个重要指标是页面加载时间,不仅事关用户体验,也是搜索引擎排名考虑的一个因素。

  • 来自 Google 的数据表明,一个有 10 条数据 0.4 秒能加载完的页面,变成 30 条数据 0.9 秒加载完之后,流量和广告收入下降 90%。
  • Google Map 首页文件大小从 100KB 减小到 70-80KB 后,流量在第一周涨了 10%,接下来的三周涨了 25%。
  • 亚马逊的数据表明:加载时间增加 100 毫秒,销量就下降 1%。

以上数据更说明「加载时间就是金钱」,前端优化主要围绕提高加载速度进行。

页面内容

减少 HTTP 请求数

Web 前端 80% 的响应时间花在图片、样式、脚本等资源下载上。浏览器对每个域名的连接数是有限制的,减少请求次数是缩短响应时间的关键。

通过简洁的设计减少页面所需资源,进而减少 HTTP 请求,这是最直接的方式,前提是你的 Boss、设计师同事不打死你。所以,还是另辟蹊径吧:

  • 合并 JavaScript、CSS 等文件;

    • 服务器端(CDN)自动合并
    • 基于 Node.js 的文件合并工具一抓一大把
  • 使用CSS Sprite:将背景图片合并成一个文件,通过background-imagebackground-position 控制显示;

    逐步被 Icon Font 和 SVG Sprite 取代。

  • Image Map:合并图片,然后使用坐标映射不同的区域(演示)。

    缺点:仅适用于相连的图片;设置坐标过程乏味且易出错;可访性问题。不推荐使用这种过时的技术。

  • Inline Assets:使用 Data URI scheme 将图片嵌入 HTML 或者 CSS 中;或者将 CSS、JS、图片直接嵌入 HTML 中。

    会增加文件大小,也可能产生浏览器兼容及其他性能问题(有待整理补充)。

    未来的趋势是使用内嵌 SVG。

  • 内容分片,将请求划分到不同的域名上。

HTTP/2 通过多路复用大幅降低了多个请求的开销。通过数据分帧层,客户端和服务器之间只需要建立一个 TCP 连接,即可同时收发多个文件,而且,该连接在相当长的时间周期内保持打开(持久化),以便复用。

HTTP/2 的新特性意味着上述优化实践不再适用,但考虑到客户端对 HTTP/2 的支持覆盖程度,还需根据实际数据权衡。

减少 DNS 查询

用户输入 URL 以后,浏览器首先要查询域名(hostname)对应服务器的 IP 地址,一般需要耗费 20-120 毫秒 时间。DNS 查询完成之前,浏览器无法从服务器下载任何数据。

基于性能考虑,ISP、局域网、操作系统、浏览器都会有相应的 DNS 缓存机制。

  • IE 缓存 30 分钟,可以通过注册表中 DnsCacheTimeout 项设置;
  • Firefox 混存 1 分钟,通过 network.dnsCacheExpiration 配置;
  • (TODO:补充其他浏览器缓存信息)

首次访问、没有相应的 DNS 缓存时,域名越多,查询时间越长。所以应尽量减少域名数量。但基于并行下载考虑,把资源分布到 2 个域名上(最多不超过 4 个)。这是减少 DNS 查询同时保证并行下载的折衷方案。

避免重定向

HTTP 重定向通过 301/302 状态码实现。

HTTP/1.1 301 Moved Permanently
Location: http://example.com/newuri
Content-Type: text/html

客户端收到服务器的重定向响应后,会根据响应头中 Location 的地址再次发送请求。重定向会影响用户体验,尤其是多次重定向时,用户在一段时间内看不到任何内容,只看到浏览器进度条一直在刷新。

有时重定向无法避免,在糟糕也比抛出 404 好。虽然通过 HTML meta refresh 和 JavaScript 也能实现,但首选 HTTP 3xx 跳转,以保证浏览器「后退」功能正常工作(也利于 SEO)。

  • 最浪费的重定向经常发生、而且很容易被忽略:URL 末尾应该添加 / 但未添加。比如,访问 http://astrology.yahoo.com/astrology 将被 301 重定向到 http://astrology.yahoo.com/astrology/(注意末尾的 /)。如果使用 Apache,可以通过 Aliasmod_rewriteDirectorySlash 解决这个问题。
  • 网站域名变更:CNAME 结合 Aliasmod_rewrite 或者其他服务器类似功能实现跳转。

缓存 Ajax 请求

Ajax 可以提高用户体验。但「异步」不意味着「及时」,优化 Ajax 响应速度提高性能仍是需要关注的主题。

最重要的的优化方式是缓存响应结果,详见 添加 Expires 或 Cache-Control 响应头

以下规则也关乎 Ajax 响应速度:

延迟加载

页面初始加载时哪些内容是绝对必需的?不在答案之列的资源都可以延迟加载。比如:

  • 非首屏使用的数据、样式、脚本、图片等;
  • 用户交互时才会显示的内容。

遵循「渐进增强」理念开发的网站:JavaScript 用于增强用用户体验,但没有(不支持) JavaScript 也能正常工作,完全可以延迟加载 JavaScript。

延迟渲染

将首屏以外的 HTML 放在不渲染的元素中,如隐藏的 <textarea>,或者 type 属性为非执行脚本的 <script> 标签中,减少初始渲染的 DOM 元素数量,提高速度。等首屏加载完成或者用户操作时,再去渲染剩余的页面内容。

预先加载

预先加载利用浏览器空闲时间请求将来要使用的资源,以便用户访问下一页面时更快地响应。

  • 无条件预先加载:页面加载完成(load)后,马上获取其他资源。以 google.com 为例,首页加载完成后会立即下载一个 Sprite 图片,此图首页不需要,但是搜索结果页要用到。

  • 有条件预先加载:根据用户行为预判用户去向,预载相关资源。比如 search.yahoo.com 开始输入时会有额外的资源加载。

    Chrome 等浏览器的地址栏也有类似的机制。

  • 有「阴谋」的预先加载:页面即将上线新版前预先加载新版内容。网站改版后由于缓存、使用习惯等原因,会有旧版的网站更快更流畅的反馈。为缓解这一问题,在新版上线之前,旧版可以利用空闲提前加载一些新版的资源缓存到客户端,以便新版正式上线后更快的载入(好一个「心机猿」:scream:)。

    「双十一」、「黑五」这类促销日来临之前,也可以预先下载一些相关资源到客户端(浏览器、App 等),有效利用浏览器缓存和本地存储,降低活动当日请求压力,提高用户体验。

TODO: Prefetch 相关细节

减少 DOM 元素数量

复杂的页面不仅下载的字节更多,JavaScript DOM 操作也更慢。例如,同是添加一个事件处理器,500 个元素和 5000 个元素的页面速度上会有很大区别。

从以下几个角度考虑移除不必要的标记:

  • 是否还在使用表格布局?
  • 塞进去更多的 <div> 仅为了处理布局问题?也许有更好、更语义化的标记。
  • 能通过伪元素实现的功能,就没必要添加额外元素,如清除浮动。

浏览器控制台中输入以下代码可以计算出页面中有多少 DOM 元素:

document.getElementsByTagName('*').length;

对比标记良好的的网站,看看差距是多少。

为什么不使用表格布局?

  • 更多的标签,增加文件大小;
  • 不易维护,无法适应响应式设计;
  • 性能考量,默认的表格布局算法会产生大量重绘(参见表格布局算法)。

划分内容到不同域名

浏览器一般会限制每个域的并行线程(一般为 6 个,甚至更少),使用不同的域名可以最大化下载线程,但注意保持在 2-4 个域名内,以避免 DNS 查询损耗。

例如,动态内容放在 csspod.com 上,静态资源放在 static.csspod.com 上。这样还可以禁用静态资源域下的 Cookie,减少数据传输,详见 Cookie 优化

更多信息参考 Maximizing Parallel Downloads in the Carpool Lane

尽量减少 iframe 使用

使用 iframe 可以在页面中嵌入 HTML 文档,但有利有弊。

<iframe> 优点

  • 可以用来加载速度较慢的第三方资源,如广告、徽章;
  • 可用作安全沙箱
  • 可以并行下载脚本。

<iframe> 缺点

  • 加载代价昂贵,即使是空的页面;

  • 阻塞页面 load 事件触发;

    Iframe 完全加载以后,父页面才会触发 load 事件。 Safari、Chrome 中通过 JavaScript 动态设置 iframe src 可以避免这个问题。

  • 缺乏语义。

避免 404 错误

HTTP 请求很昂贵,返回无效的响应(如 404 未找到)完全没必要,降低用户体验而且毫无益处。

一些网站设计很酷炫、有提示信息的 404 页面,有助于提高用户体验,但还是浪费服务器资源。尤其糟糕的是外部脚本返回 404,不仅阻塞其他资源下载,浏览器还会尝试把 404 页面内容当作 JavaScript 解析,消耗更多资源。

补充规则:

  • 定义字符集,并放在 <head> 顶部。大多数浏览器会暂停页面渲染,直到找到字符集定义。

服务器

服务器相关优化设置可参考 H5BP 相关项目:

使用 CDN

网站 80-90% 响应时间消耗在资源下载上,减少资源下载时间是性能优化的黄金发则

相比分布式架构的复杂和巨大投入,静态内容分发网络(CDN)可以以较低的投入,获得加载速度有效提升。

添加 Expires 或 Cache-Control 响应头

  • 静态内容:将 Expires 响应头设置为将来很远的时间,实现「永不过期」策略;
  • 动态内容:设置合适的 Cache-Control 响应头,让浏览器有条件地发起请求。

Cache-Control 头在 HTTP/1.1 规范中定义,取代了之前用来定义响应缓存策略的头(例如 Expires、Pragma)。当前的所有浏览器都支持 Cache-Control,因此,使用它就够了。

鉴于静态内容和动态内容不同的缓存策略,实践中一般会把二者部署在不同的服务器(域名)以方便管理。

参考链接:

启用 Gzip

Gzip 压缩通常可以减少 70% 的响应大小,对某些文件更可能高达 90%,比 Deflate 更高效。主流 Web 服务器都有相应模块,而且绝大多数浏览器支持 gzip 解码。所以,应该对 HTML、CSS、JS、XML、JSON 等文本类型的内容启用压缩。

注意,图片和 PDF 文件不要使用 gzip。它们本身已经压缩过,再使用 gzip 压缩不仅浪费 CPU 资源,而且还可能增加文件体积。

对于不支持的 Gzip 的用户代理,通过设置 Vary 响应头,返回未压缩的数据:

Vary: *

配置 Etag

Etag 通过文件版本标识,方便服务器判断请求的内容是否有更新,如果没有就响应 304,避免重新下载。

当然,启用 Etag 可能会导致其他问题,还需要根据具体情况做判断。(TODO:补充相关内容)

尽早输出(flush)缓冲

用户请求页面时,服务器通常需要花费 200 ~ 500 毫秒来组合 HTML 页面。在此期间,浏览器处于空闲、等待数据状态。使用PHP 中的 flush() 函数,可以发送部分已经准备好的 HTML 到浏览器,以便服务器还在忙于处理剩余页面时,浏览器可以提前开始获取资源。

可以考虑在 </head> 之后输出一次缓冲,HTML head 一般比较容易生成,先发送以便浏览器开始获取 <head> 里引用的 CSS 等资源。

Example:

<!-- css, js -->
</head>
<?php flush(); ?>
<body>
<!-- content -->

Ajax 请求使用 GET 方法

浏览器执行 XMLHttpRequest POST 请求时分成两步,先发送 Header,再发送数据。而 GET 只使用一个 TCP 数据包发送数据,所以首选 GET 方法。

根据 HTTP 规范,GET 用于获取数据,POST 则用于向服务器发送数据,所以 Ajax 请求数据时使用 GET 更符合规范(GET 和 POST 对比)。

IE 中最大 URL 长度为 2K,如果超出 2K,则需要考虑使用 POST 方法。

避免图片 src 为空

图片 src 属性值为空字符串可能以下面两种形式出现:

HTML:

<img src="" />

JavaScript:

var img = new Image(); 
img.src = "";

虽然 src 属性为空字符串,但浏览器仍然会向服务器发起一个 HTTP 请求:

  • IE 向页面所在的目录发送请求;
  • Safari、Chrome、Firefox 向页面本身发送请求;
  • Opera 不执行任何操作。

以上数据较老,当下主流版本可能会有改变。

src 产生请求的后果不容小觑:

  • 给服务器造成意外的流量负担,尤其时日 PV 较大时;
  • 浪费服务器计算资源;
  • 可能产生报错。

当然,浏览器如此实现也是根据 RFC 3986 - Uniform Resource Identifiers,当空字符串作为 URI 出现时,被当成相对 URI,具体算法参见规范 5.2 节。

参考链接

空的 href 属性也存在类似问题。用户点击空链接时,浏览器也会向服务器发送 HTTP 请求,可以通过 JavaScript 阻止空链接的默认的行为。

Cookie 被用于身份认证、个性化设置等诸多用途。Cookie 通过 HTTP 头在服务器和浏览器间来回传送,减少 Cookie 大小可以降低其对响应速度的影响。

  • 去除不必要的 Cookie;
  • 尽量压缩 Cookie 大小;
  • 注意设置 Cookie 的 domain 级别,如无必要,不要影响到 sub-domain;
  • 设置合适的过期时间。

更多细节参考 When the Cookie Crumbles

HTTP/2 首部压缩在客户端和服务器端使用「首部表」来跟踪和存储之前发送的键值对,对于相同的数据,不再随每次请求和响应发送。

静态资源一般无需使用 Cookie,可以把它们放在使用二级域名或者专门域名的无 Cookie 服务器上,降低 Cookie 传送的造成的流量浪费,提高响应速度。

CSS

把样式表放在 <head> 中可以让页面渐进渲染,尽早呈现视觉反馈,给用户加载速度很快的感觉。

这对内容比较多的页面尤为重要,用户可以先查看已经下载渲染的内容,而不是盯着白屏等待。

如果把样式表放在页面底部,一些浏览器为减少重绘,会在 CSS 加载完成以后才渲染页面,用户只能对着白屏干瞪眼,用户体验极差。

不要使用 CSS 表达式

CSS 表达式可以在 CSS 里执行 JavaScript,仅 IE5-IE7 支持,IE8 标准模式已经废弃。

CSS 表达式超出预期的频繁执行,页面滚动、鼠标移动时都会不断执行,带来很大的性能损耗。

IE7 及更低版本的浏览器已经逐渐成为历史,忘记它吧。

使用 <link> 替代 @import

对于 IE 某些版本,@import 的行为和 <link> 放在页面底部一样。所以,不要用它。

不要使用 filter

AlphaImageLoader 为 IE5.5-IE8 专有的技术,和 CSS 表达式一样,放进博物馆吧。

注意:

这里所说的不是 CSS3 Filter,参考文章 Understanding CSS Filter Effects

JavaScript

把脚本放在页面底部

浏览器下载脚本时,会阻塞其他资源并行下载,即使是来自不同域名的资源。因此,最好将脚本放在底部,以提高页面加载速度。

一些特殊场景无法将脚本放到页面底部的,可以考虑 <script> 的以下属性:

使用外部 JavaScript 和 CSS

外部 JavaScript 和 CSS 文件可以被浏览器缓存,在不同页面间重用,也能降低页面大小。

当然,实际中也需要考虑代码的重用程度。如果仅仅是某个页面使用到的代码,可以考虑内嵌在页面中,减少 HTTP 请求数。另外,可以在首页加载完成以后,预先加载子页面的资源。

压缩 JavaScript 和 CSS

压缩代码可以移除非功能性的字符(注释、空格、空行等),减少文件大小,提高载入速度。

得益于 Node.js 的流行,开源社区涌现出许多高效、易用的前端优化工具,JavaScript 和 CSS 压缩类的,不敢说多如牛毛,多入鸡毛倒是一点不夸张,如 [UglifyJS 2] (https://github.com/mishoo/UglifyJS2)、cssocssnano 等。

对于内嵌的 CSS 和 JavaScript,也可以通过 htmlmin 等工具压缩。

这些项目都有 Gulp、Webpack 等流行构建工具的配套版本。

移除重复脚本

重复的脚本不仅产生不必要的 HTTP 请求,而且重复解析执行浪费时间和计算资源。

减少 DOM 操作

JavaScript 操作 DOM 很慢,尤其是 DOM 节点很多时。

使用时应该注意:

  • 缓存已经访问过的元素;
  • 使用 DocumentFragment 暂存 DOM,整理好以后再插入 DOM 树;
  • 操作 className,而不是多次读写 style
  • 避免使用 JavaScript 修复布局。

使用高效的事件处理

  • 减少绑定事件监听的节点,如通过事件委托;
  • 尽早处理事件,在 DOMContentLoaded 即可进行,不用等到 load 以后。

对于 resizescroll 等触发频率极高的事件,应该通过 debounce 等机制降低处理程序执行频率。

TODO: 补充相关内容 http://demo.nimius.net/debounce_throttle/

图片

优化图片

YDN 列出的相关工具 缺乏易用性,建议参考以下工具。

TODO:

  • PNG 终极优化;
  • Webp 相关内容;
  • SVG 相关内容。

PNG 终极优化:

优化 CSS Sprite

  • 水平排列 Sprite 中的图片,垂直排列会增加图片大小;
  • Spirite 中把颜色较近的组合在一起可以降低颜色数,理想状况是低于 256 色以适用 PNG8 格式;
  • 不要在 Spirite 的图像中间留有较大空隙。减少空隙虽然不太影响文件大小,但可以降低用户代理把图片解压为像素图的内存消耗,对移动设备更友好。

不要在 HTML 中缩放图片

不要使用 <img>widthheight 缩放图片,如果用到小图片,就使用相应大小的图片。

很多 CMS 和 CDN 都提供图片裁切功能。

使用体积小、可缓存的 favicon.ico

Favicon.ico 一般存放在网站根目录下,无论是否在页面中设置,浏览器都会尝试请求这个文件。

所以确保这个图标:

  • 存在(避免 404);
  • 尽量小,最好小于 1K;
  • 设置较长的过期时间。

对于较新的浏览器,可以使用 PNG 格式的 favicon。

参考链接:

图片相关补充

设置图片的宽和高,以免浏览器按照「猜」的宽高给图片保留的区域和实际宽高差异,产生重绘。

移动端

移动端优化相关内容有待进一步整理补充。

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参考链接