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21前端性能优化与解决方案 ​

为什么要进行性能优化呢？因为对于一个产品来说，用户的体验是最重要的。当页面加载时间过长、交互操作不流畅时，会给用户带来很糟糕的体验，最坏的情况下会导致用户的流失，到最后还会出现"代码写得好看又怎样，产品还不是一样难用"的情况。

正因为如此，在各种技术优化的解决方案中，性能优化出现的频率最高、优先级也常常是更高的。

所以，今天我会带大家了解前端常见的性能优化手段。首先我们来看看常见的性能优化方案。

常见的性能优化方案 ​

对于前端应用来说，页面加载耗时、渲染耗时、网络耗时、脚本执行耗时等指标会影响用户的等待时长，而 CPU 占用、内存占用、本地缓存占用等可能会导致页面卡顿甚至卡死。因此，性能优化可以分别从常见耗时和资源占用两方面来解决。

时间角度优化：减少耗时 ​

在课程的第一部分，我介绍了在浏览器页面加载过程中，可以分为以下阶段：

  1. 网络请求，服务端返回 HTML 内容；

  2. 浏览器一边解析 HTML，一边进行页面渲染；

  3. 解析到外部资源，会发起 HTTP 请求获取，加载 Javascript 代码时会暂停页面渲染；

  4. 根据业务代码加载过程，会分别进入页面开始渲染、渲染完成、用户可交互等阶段；

  5. 页面交互过程中，会根据业务逻辑进行逻辑运算、页面更新。

根据这个过程，我们可以从 4 个方面进行耗时优化：网络请求优化、首屏加载优化、渲染过程优化、计算/逻辑运行提速。

我们分别来看看。

1. 网络请求优化。

网络请求优化的目标在于减少网络资源的请求和加载耗时，可以参考以下优化方案：

  • 减少 DNS 查询时间，比如使用浏览器 DNS 缓存、计算机 DNS 缓存、服务器 DNS 缓存

  • 合理地使用 CDN，有效地减少网络请求耗时；

  • 对请求资源进行缓存，包括但不限于使用浏览器缓存、HTTP 缓存、后台缓存，比如使用 Service Worker、PWA 等技术；

  • 移除代码中无用的部分，比如使用 Tree-shaking、代码分割、移除用不上的依赖项等；

  • 对请求资源进行合理的拆分（CSS、Javascript 脚本、图片/音频/视频等），减少请求资源的体积；

  • 对资源进行压缩，减少传输数据大小；

  • 使用 HTTP/2、HTTP/3，提升资源请求速度；

  • 对请求进行优化，比如对多个请求进行合并，减少通信次数；对请求进行域名拆分，提升并发请求数量。

在请求资源返回后，浏览器会进行解析和加载，这个过程会影响页面的可见时间，通过对首屏加载的优化，可有效地提升用户体验。

2. 首屏加载优化。

顾名思义，首屏加载优化核心点在于：**将页面内容尽快展示给用户，减少页面白屏时间。**因此，首屏加载优化的方案主要包括两方面：首屏加载耗时优化以及使用页面过渡效果。

其中，性能和渲染耗时优化属于技术优化手段，可以通过以下方式进行：

  • 对页面进行分片/分屏加载，将页面可见/可交互时间提前；

  • 优化资源加载的顺序和粒度，仅加载需要的资源，通过异步加载方式加载剩余资源；

  • 使用差异化服务，比如读写分离，对于不同场景按需加载所需要的模块；

  • 使用服务端直出渲染，减少页面二次请求和渲染的耗时；

  • 使用秒看技术，通过预览的方式（比如图片）提前将页面内容提供给用户；

  • 配合客户端进行资源预请求和预加载，比如使用预热 Web 容器；

  • 配合客户端将资源和数据进行离线，可用于下一次页面的快速渲染。

相比性能和渲染耗时优化，使用页面过渡效果可能更倾向于产品策略。很多时候产品策略的调整，给用户带来的体验优化效果不低于技术手段优化，因此我们也需要重视。常见的方案包括使用骨架屏进行预渲染，以及使用过渡动画让用户感知到页面正在顺利加载，从而避免用户对于白屏页面或是静止页面产生烦躁和困惑。

除了首屏渲染以外，用户在浏览器页面过程中，也会触发页面的二次运算和渲染，此时需要进行渲染过程的优化。

3. 渲染过程优化。

渲染过程的优化，主要在于减少用户的操作等待时间，避免出现卡顿的情况，比如：

  • 使用资源预加载，在空闲时间，提前将用户可能需要用到的资源进行获取并加载；

  • 减少 DOM 数量、减少/合并 DOM 操作，减少浏览器渲染过程中的计算耗时；

  • 通过合理使用浏览器 GPU 合成，提升浏览器渲染效率；

  • 使用离屏渲染，在页面不可见的地方提前进行渲染（比如 Canvas 渲染）；

  • 通过将页面渲染帧率保持在 60FPS 左右，提升页面交互和渲染的流畅度。

除此之外，渲染过程同样可以使用页面过渡动画的方式（比如加载中），给予用户及时的反馈，来提升用户的体验。

对于运算逻辑复杂、计算量较大的业务逻辑，我们还需要进行计算/逻辑运行的提速。

4. 计算/逻辑运行提速。

计算/逻辑运行速度优化的方式主要包括：

  • 通过将 Javscript 大任务进行拆解 + 并行计算的方式，有效地降低整体计算耗时，比如使用 Web Worker；

  • 通过使用运行效率更高的方式，减少计算耗时，比如使用 Webassembly；

  • 通过将计算过程提前，减少计算等待时长，比如使用 AOT 技术；

  • 通过使用更优的算法或是存储结构，提升计算效率，比如 VSCode 使用红黑树优化文本缓冲区的计算；

  • 通过将计算结果缓存的方式，减少运算次数。

在前端性能优化实践中，网络请求优化和首屏加载优化方案使用频率最高，因为不管项目规模如何、各个模块和逻辑是否复杂，这两个方向的耗时优化方案都是比较通用的。

相比之下，对于页面内容较多、交互逻辑/运算逻辑复杂的项目，才需要针对性地进行渲染过程优化和计算/逻辑运行提速。

我们继续看看资源占用和卡顿的问题。

空间角度优化：降低资源占用 ​

提到性能优化，大多数我们都在针对页面加载耗时进行优化，对资源占用的优化会更少，因为资源占用常常会直接受到用户设备性能和适应场景的影响，大多数情况下优化效果会比耗时优化局限。

资源占用常见的优化方式包括：

  1. 合理使用缓存，不滥用用户的缓存资源（比如浏览器缓存、IndexDB），及时进行缓存清理；

  2. 通过使用数据结构享元的方式，减少对象的创建，从而减少内存占用；

  3. 避免存在内存泄漏，比如尽量避免全局变量的使用、及时解除引用等；

  4. 避免复杂/异常的递归调用，导致调用栈的溢出。

对于页面耗时和资源占用的性能优化分析，可以使用 Chrome 开发者工具进行针对性的分析和优化，这些内容在上一讲已经介绍过了，这里就不再详细讲解。

那么，是不是知道了常见的性能优化方案，就可以直接在项目中使用呢？

如何在项目中进行性能优化 ​

性能优化通常需要投入不少的人力和成本来完成，因此更多时候我们可以将其当作是一个项目的方式来进行管理。从项目管理的角度来讲，我们的性能优化工作会拆解为以下部分内容：

  1. 确定优化的目标和预期；

  2. 确定技术方案；

  3. 对工作内容进行排期，并按计划执行；

  4. 优化完成后，结合目标和预期，对优化效果进行复盘。

对于步骤 3、步骤 4，在最后的 27 讲中有详细介绍具体需要怎么做，所以这里我主要围绕优化目标和预期的确定，以及技术方案和工作内容的确认来进行介绍。

确定优化的目标和预期 ​

性能优化的第一步，就是要确定优化的目标和预期。在给出具体的数据之前，我们首先需要对一些性能数据进行定义。比如：

  • 网络资源请求时间。

  • Time To Start Render(TTSR)：浏览器开始渲染的时间。

  • Dom Ready：页面解析完成的时间。

  • Time To Interact(TTI))：页面可交互时间。

  • Total Blocking Time (TBT)：总阻塞时间，代表页面处于不可交互状态的耗时。

  • First Input Delay(FID)：从用户首次交互，到浏览器响应的时间。

要选择合适有效的指标进行定义，比如由于前端框架的出现，Page Load 耗时（window.onload事件触发的时间）已经难以作为页面可见时间的关键点，因此可以使用框架提供的生命周期，或者是使用 Largest Contentful Paint (LCP，关键内容加载的时间点)更为合适。

对需要关注的性能数据进行定义完成后，可以对它们进行目标和预期的确定，一般来说有两种方式：

  1. 对比原先数据优化一定比例，比如 TTI 耗时减少 30%；

  2. 通过对竞品进行分析确定目标，比如比竞品耗时减少 20%。

在确定了目标和预期之后，我们便可以根据预期来确定优化的方向、技术方案。

确定技术方案 ​

根据确定的目标和预期，我们就可以选择合适的优化方案。为什么不能将上面全部的技术方案都做一遍呢？主要原因有两个：

  • 一是性价比，可能部分技术优化需要投入大量的人力，但是优化效果可能不明显，比如切换到 HTTP/2 和 HTTP/3；

  • 二是不适用，比如有些业务并不具备差异化服务。

举个例子，小明的预期目标是客户端内打开应用 TTI 耗时减少 30%，因此他可以选择的优化方案包括：

  1. 对首页数据进行分片/分屏加载；

  2. 首屏仅加载需要的资源，通过异步加载方式加载剩余资源；

  3. 使用服务端直出渲染（SSR）；

  4. 使用 Tree-shaking 移除代码中无用的部分；

  5. 配合客户端进行资源预请求和预加载，比如使用预热 Web 容器；

  6. 配合客户端将资源和数据进行离线，可用于下一次页面的快速渲染。

其中，5、6 需要客户端小伙伴进行支持，那么小明则可以根据对方可以投入人力进行配合，来确定这两个优化点是否在本次方案中。

为了达成目标，对合适的技术优化点进行罗列之后，需要对每个优化点进行简单的调研，确定它们的优化效果。比如针对首页数据进行分屏加载，可以通过简单的模拟测试，对比完整数据的 TTI 耗时，与首屏数据的 TTI 耗时，预估该技术点的优化效果如何。

最后，根据每个优化点的优化效果以及相应的工作量评估，以预期为目标，选择性价比最优的技术方案。

在技术方案确定后，则需要对工作内容进行排期，并按计划执行。优化完成后，还需要结合目标和预期，对优化效果进行复盘，同时还可以提出未来优化的规划（这部分的内容可以参考 27 讲）。

小结 ​

今天我介绍了前端开发中常见的性能优化方案，核心优化思想为时间上减少耗时、空间上降低资源占用。其中耗时优化在前端性能优化中更常见，优化方案包括网络请求优化、首屏加载优化、渲染过程优化、计算/逻辑运行提速四个方面。

了解了常见的性能优化方案，我们还需要根据项目自身的情况进行优化实践。在实践过程中，分别需要确定优化的目标和预期、确定技术方案、对工作内容进行排期和执行、优化结束后进行复盘。

最后给你留个作业：对一次性的春节红包活动页面，可以做哪些技术优化来提升用户体验呢？

Tip：需要考虑到高并发情况下的柔性降级哦。

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