编程语言前端性能优化到底在优化什么

 关于前端性能优化的知识点

“春江水暖鸭先知，产品好坏客户知”，作为前端开发，我们更注重客户体验，产品的好坏决定着客户的体验，那么一款产品的好坏有很多因素，其中性能是决定因素，那么怎么优化才能让产品的性能达到优良，让客户体验良好，今天我就带大家去了解学习前端性能优化。

优化的目的

优化的目的在于让页面加载的更快，对用户操作响应更及时，为用户带来更好的用户体验，对于开发者来说优化能够减少页面请求数，能够节省资源。

前端优化的方法有很多种，可以将其分为两大类，第一类是页面级别的优化如http请求数，内联脚本的位置优化等，第二类为代码级别的优化，例Javascript中的DOM 操作优化、CSS选择符优化、图片优化以及 HTML结构优化等等。

优化哪些?

那么我们需要优化那些点呢?

1. 加载资源优化
2. 渲染优化
3. 浏览器缓存策略
4. 图片优化
5. 节流与防抖

加载资源优化

说起加载，当我们输入URL时，我们要知道这中间发生了什么?

• 首先做 DNS 查询，如果这一步做了智能 DNS 解析的话，会提供访问速度最快的 IP 地址回来
• 接下来是 TCP 握手，应用层会下发数据给传输层，这里 TCP 协议会指明两端的端口号，然后下发给网络层。网络层中的 IP 协议会确定 IP 地址，并且指示了数据传输中如何跳转路由器。然后包会再被封装到数据链路层的数据帧结构中，最后就是物理层面的传输了
• TCP 握手结束后会进行 TLS 握手，然后就开始正式的传输数据
• 数据在进入服务端之前，可能还会先经过负责负载均衡的服务器，它的作用就是将请求合理的分发到多台服务器上，这时假设服务端会响应一个 HTML 文件
• 首先浏览器会判断状态码是什么，如果是 200 那就继续解析，如果 400 或 500 的话就会报错，如果 300 的话会进行重定向，这里会有个重定向计数器，避免过多次的重定向，超过次数也会报错
• 浏览器开始解析文件，如果是 gzip 格式的话会先解压一下，然后通过文件的编码格式知道该如何去解码文件
• 文件解码成功后会正式开始渲染流程，先会根据 HTML 构建 DOM 树，有 CSS 的话会去构建 CSSOM 树。如果遇到 script 标签的话，会判断是否存在 async 或者 defer ，前者会并行进行下载并执行 JS，后者会先下载文件，然后等待 HTML 解析完成后顺序执行，如果以上都没有，就会阻塞住渲染流程直到 JS 执行完毕。遇到文件下载的会去下载文件，这里如果使用 HTTP 2.0 协议的话会极大的提高多图的下载效率。
• 初始的 HTML 被完全加载和解析后会触发 DOMContentLoaded 事件
• CSSOM 树和 DOM 树构建完成后会开始生成 Render 树，这一步就是确定页面元素的布局、样式等等诸多方面的东西
• 在生成 Render 树的过程中，浏览器就开始调用 GPU 绘制，合成图层，将内容显示在屏幕上了

我们从输入 URL 到显示页面这个过程中，涉及到网络层面的，有三个主要过程：

• DNS 解析
• TCP 连接
• HTTP 请求/响应

这里我们就不用去管DNS解析和TCP链接了，毕竟不是我们的事，也干不来，但是HTTP请求和响应是我们优化的重点。

HTTP优化可分为两个方面：

• 尽量减少请求次数
• 尽量减少单次请求所花费的时间

减少请求数：

• 合理的设置http缓存，恰当的缓存设置可以大大减少http请求。要尽可能地让资源能够在缓存中待得更久。
• 从设计实现层面简化页面，保持页面简洁、减少资源的使用时是最直接的。
• 资源合并与压缩，尽可能的将外部的脚本、样式进行合并，多个合为一个。
• CSS Sprites，通过合并 CSS图片，这是减少请求数的一个好办法

内联脚本的位置：

浏览器是并发请求的，很多时候我们会加入很多的外链脚本，而外链脚本在加载时却常常阻塞其他资源，例如在脚本加载完成之前，它后面的图片、样式以及其他脚本都处于阻塞状态，直到脚本加载完成后才会开始加载。如果将脚本放在比较靠前的位置，则会影响整个页面的加载速度从而影响用户体验。所以说尽可能的将脚本往后挪，减少对并发下载的影响。

渲染优化

客户端的渲染

前端去取后端的数据生成DOM树，加载过来后，自己在浏览器由上而下跑执行JS，随后就会生成相应的DOM。

优点：

1. 客户端的渲染使得前后端分离，开发效率高
2. 用户体验更好，我们将网站做成SPA(单页面应用)或者部分内容做成SPA，当用户点击时，不会形成频繁的跳转

缺点：

1. 前端响应速度慢，特别是首屏，这样用户是受不了的
2. 不利于seo优化，因为爬虫不认识SPA，所以它只是记录了一个页面

服务端的渲染

DOM树在服务端生成，然后返回给前端，页面上展现的内容，我们在HTML源文件也能找到。

优点：

1. 服务端渲染尽量不占用前端的资源，前端这块耗时少，速度快
2. 利于SEO优化，因为在后端有完整的html页面，所以爬虫更容易爬取信息

缺点：

1. 不利于前后端分离，开发的效率降低了
2. 对html的解析，对前端来说加快了速度，但是加大了服务器的压力

类似企业级网站，主要功能是页面展示，它没有复杂的交互，并且需要良好的SEO，那我们应该使用服务端渲染。

现在很多网站使用服务端渲染和客户端渲染结合的方式：首屏使用服务端渲染，其他页面使用客户端渲染。这样可以保证首屏的加载速度，也完成了前后端分离。

区分：源码里如果能找到前端页面中的内容文字，那就是在服务端构建的DOM，就是服务端渲染，反之是客户端渲染。

浏览器渲染

浏览器渲染机制一般分为：

• 分析HTML并构建DOM树
• 分析CSS构建CSSOM树
• 将DOM和CSSOM合并成一个渲染树
• 根据渲染树布局，计算每个节点的位置
• 调用GPU绘制，合成图层，显示页面

在渲染DOM的时候，浏览器所做的事情：

• 获取DOM后分割为多个图层
• 对每个图层的节点计算样式结果(recalculate style -- 样式重计算)
• 为每个节点生成图形和位置(layout -- 回流和重布局)
• 将每个节点绘制填充到图层位图中(paint setup 和 paint -- 重绘)
• 图层作为纹理上传至GPU
• 复合多个图层到页面上生成最终屏幕图像(composite layers -- 图层重组)

新建独立图层会减少重回回流带来的影响，但是在图层重组的时候会消耗大量的性能，所以要权衡利弊，有所选择。

渲染流程的CSS优化

CSS的渲染是从右到左进行匹配的，我们应该注意：

• 避免大量使用通配符，可选择需要用到的元素
• 关注可以通过继承实现的属性，避免重复匹配，重复定义
• 少用标签选择器，例如.header ul li a
• id和class选择器不应该被多余的选择器拖后腿，例如.header#title
• 减少嵌套，后代选择器的开销最高，不要一大串，要将选择器的深度降到最低，尽可能使用类来关联每一个标签元素。

CSS阻塞

我们将css放在head标签里和尽快启用CDN实现静态资源加载速度的优化，因为只要CSSOM不OK，那么渲染就不会完成。

JS阻塞

JS引擎是独立于渲染引擎存在的，就是说插在页面那，就在那执行，浏览器遇到script标签时，它就会停止交于JS引擎渲染，等它渲染完，浏览器又交于渲染引擎继续CSSOM和DOM的构建。

DOM渲染优化

也就是说重绘回流问题

• 回流：前面我们通过构造渲染树，我们将可见DOM节点以及它对应的样式结合起来，可是我们还需要计算它们在设备视口(viewport)内的确切位置和大小，这个计算的阶段就是回流。
• 重绘：最终，我们通过构造渲染树和回流阶段，我们知道了哪些节点是可见的，以及可见节点的样式和具体的几何信息(位置、大小)，那么我们就可以将渲染树的每个节点都转换为屏幕上的实际像素，这个阶段就叫做重绘节点。

当页面布局和几何信息发生变化的时候，就需要回流。比如以下情况：

• 添加或删除可见的DOM元素
• 元素的位置发生变化
• 元素的尺寸发生变化(包括外边距、内边框、边框大小、高度和宽度等)
• 内容发生变化，比如文本变化或图片被另一个不同尺寸的图片所替代。
• 页面一开始渲染的时候(这肯定避免不了)
• 浏览器的窗口尺寸变化(因为回流是根据视口的大小来计算元素的位置和大小的)

注意：回流一定会触发重绘，而重绘不一定会回流，回流比重绘做的事情要多，带来的开销也大，在开发中，要从代码层面出发，尽可能把回流和重绘的次数最小化。

如何最小化重绘和重排

• 用 translate 替代 top
• 用 opacity 替代 visibility
• 不要一条一条的修改 DOM 的样式，预先定义好 class，然后修改 DOM 的 className
• 把 DOM 离线后修改，比如：先把 DOM 给 display: none(有一次 reflow)，然后修改100次，然后再显示出来
• 不要把 DOM 节点的属性值放在一个循环里当成循环里的变量
• 不要使用 table 布局，可能很小的一个改动就会造成整个 table 的重新布局
• 动画实现的速度的选择
• 对于动画新建图层
• 启用 GPU 硬件加速

浏览器缓存

强缓存

发现有缓存直接用。

Expires: 绝对时间，判断客户端日期是否超过这个时间

Cache-Control：相对时间，判断访问间隔是否大于3600秒

//在设定时间之前不会和服务端进行通信了

//如果两个都下发以后者为准

协商缓存

询问服务器缓存是否可以用，在进行判断是否用。

Last-Modified/If-Modified-Since

第一次请求，respone的header加上Last-Modified(最后修改时间)

再次请求，在request的header上加上If-Modified-Since

和服务端的最后修改时间对比，如果没有变化则返回304 Not Modified，但是不会返回资源内容;如果有变化，就正常返回资源内容。浏览器收到304的响应后，就会从缓存中加载资源

如果协商缓存没有命中，浏览器直接从服务器加载资源时，Last-Modified的Header在重新加载的时候会被更新

Etag/If-None-Match

这两个值是由服务器生成的每个资源的唯一标识字符串，只要资源有变化就这个值就会改变;其判断过程与Last-Modified/If-Modified-Since类似，他可以精确到秒的更高级别。

DNS预解析

1. "x-dns-prefetch-control" content="on"> 
2. "dns-prefetch" href="//www.web.net"> 

在一些浏览器的a标签是默认打开dns预解析的，在https协议下dns预解析是关闭的，加入mate后会打开。

图片优化

减小图片大小

我看到有的文章通过计算图片大小来优化图片，就是说：

比如一张100*100的图片，图片上有10000个像素点，如果每个像素的值是RGBA存储的话，那么也就是说每个像素有4个通道，每个通道1个字节(8位 = 1个字节)，所以该图片的大小大概为39KB。所以说通过：

• 减少像素点
• 减少每个像素点能够显示的颜色

上面的两种方式减小图片的大小，不过在我们开发中直接压缩来减小图片的大小。

改变图片的格式

这个图片的类型也决定着图片的属性，详细的我再微头条说过，附上链接：

各种图片格式的特点

节流和防抖

日常开发过程中，滚动事件做复杂计算频繁调用回调函数很可能会造成页面的卡顿，这时候我们更希望把多次计算合并成一次，只操作一个精确点，JS把这种方式称为debounce(防抖)和throttle(节流)

函数节流

当持续触发事件时，保证在一定时间内只调用一次事件处理函数，意思就是说，假设一个用户一直触发这个函数，且每次触发小于既定值，函数节流会每隔这个时间调用一次

用一句话总结防抖和节流的区别：防抖是将多次执行变为最后一次执行，节流是将多次执行变为每隔一段时间执行

实现函数节流我们主要有两种方法：时间戳和定时器

1. var throttle = function(func, delay) { 
2.     var prev = Date.now(); 
3.     return function() { 
4.         var context = this;   //this指向window 
5.         var args = arguments; 
6.         var now = Date.now(); 
7.         if (now - prev >= delay) { 
8.             func.apply(context, args); 
9.             prev = Date.now(); 
10.         } 
11.     } 
12. } 
13. function handle() { 
14.     console.log(Math.random()); 
15. } 
16. window.addEventListener('scroll', throttle(handle, 1000)); 

这个节流函数利用时间戳让第一次滚动事件执行一次回调函数，此后每隔1000ms执行一次，在小于1000ms这段时间内的滚动是不执行的

函数防抖

当持续触发事件时，一定时间段内没有再触发事件，事件处理函数才会执行一次，如果设定时间到来之前，又触发了事件，就重新开始延时。也就是说当一个用户一直触发这个函数，且每次触发函数的间隔小于既定时间，那么防抖的情况下只会执行一次。

1. function debounce(fn, wait) { 
2.     var timeout = null;      //定义一个定时器 
3.     return function() { 
4.         if(timeout !== null)  
5.                 clearTimeout(timeout);  //清除这个定时器 
6.         timeout = setTimeout(fn, wait);   
7.     } 
8. } 
9. // 处理函数 
10. function handle() { 
11.     console.log(Math.random());  
12. } 
13. // 滚动事件 
14. window.addEventListener('scroll', debounce(handle, 1000)); 

如上所见，当持续触发scroll函数，handle函数只会在1秒时间内执行一次，在滚动过程中并没有持续执行，有效减少了性能的损耗。

防抖和节流能有效减少浏览器引擎的损耗，防止出现页面堵塞卡顿现象。

总结

上面我们主要从加载资源优化、渲染优化、浏览器缓存策略、图片优化、节流与防抖这几个方面，讲述了我们平常不易掌握和了解的性能优化知识点，希望大家可以了解学习掌握并加以应用，让我们的产品体验更佳，精益求精，做最好的产品和自己。

编程语言原本是被设计成专门使用在计算机上的，但它们也可以用来定义算法或者数据结构。正是因为如此，程序员才会试图使程序代码更容易阅读。