Web前端性能优化思路
2024/09/27 12:37:00
本文旨在整理常见Web前端性能优化的思路，可供前端开发参考。因为力求精简，限于篇幅，所以并未详述具体实施方案。
基于现代Web前端框架的应用，其原理是通过浏览器向服务器发送网络请求，获取必要的index.html和打包好的JS、CSS等资源，在浏览器内执行JS，动态获取数据并渲染页面，从而将结果呈现给用户。
在这个过程中，有两个步骤可能较为耗时，一个是网络资源的加载，另一个是浏览器内代码执行和DOM渲染。
而耗时的增加会导致页面响应慢，卡顿，影响用户体验。
针对上述两种耗时的情况，常见的优化方向有：
网络资源是Web应用运行的基础，改善网络资源加载速度会显著改善前端性能。
1.1 优化打包资源
总体原则： 减少或延迟模块引用，以减少网络负荷。
常用工具：
常用方法：
其他方法：
总体原则： 通过分布式的边缘网络节点，缩短资源到终端用户的访问延迟。常用工具：
常用方法：
总体原则：避免重复传输相同的数据，节省网络带宽，加速资源获取。
常用方法：可以通过设置HTTP Header来控制缓存策略，一般有如下几种。
拿ETag举例，如果浏览器给的
ETag示例：
如果几个配置同时存在，则优先级为：
1.4 更高版本的HTTP
总体原则：使用高版本HTTP提升性能。
常用工具：
HTTP/2较HTTP/1.1最大的改进在于：
其他方法：
HTTP/3基于UDP，有很多方面的性能改进，如多路复用无队头阻塞，响应更快。感兴趣的同学可参考Wiki。
1.5 Web Socket
总体原则：解决HTTP协议无法实时通信的问题。
Web Socket是一条有状态的TCP长连接，用于实现实时通信、实时响应。
1.6 服务器端渲染（SSR）
总体原则：第一次访问时，服务器端直接返回渲染好的页面。
一般流程：
SSR流程：
常用工具：
除了可以提升页面用户体验，还能应用于SEO。
2 减少重排重绘
除了网络资源以外，另一个影响前端性能的因素就是前端页面的渲染绘制效率。
虽然不同的前端框架有一些差异，但整体的优化思路是一致的，这里将以React举例。
2.1 减少渲染量
总体原则：不渲染未展示的部分。
常用工具：
常用方法：
以虚拟列表举例，以下是使用
2.2 减少渲染次数
总体思路：避免重复的渲染。
常用工具：
常用方法：
因为浏览器是单线程异步模型，长时间的运算会阻塞渲染过程，所以改善复杂运算有助于改善前端的整体性能。
3.1 缓存复杂计算
总体思路：避免重复计算。
常用方法：
举例如下，
但
3.2 Web Worker
总体原则：多线程思想。
常用方法：
JS语言在设计之初就是单线程异步模型，好处是可以高效处理I/O操作，但坏处是无法利用多核CPU。
Web Worker会启动系统级别的线程，可进行多线程编程，发挥多核的性能。
3.3 Web Assembly
总体原则：将复杂的计算逻辑编译为Web Assembly，避免JS类型推断过程中的性能开销，可用于性能的极限优化。
适用范围有限：
曾在网上看到，有人使用自顶向下非优化的斐波那契数列算法来举例，说Web Assembly比原生JS快一倍，实测之后似乎也没有。
在同一台机器测试，其中求第48个值的耗时如下：
一种可能的猜想是，斐波那契计算中没有大量的类型推断，而且V8内部有一些优化机制，使得此处JS执行速度快于Web Assembly。
简而言之，并非所有场景都适用于Web Assembly。
另一种运用场景是，把不同语言编写的代码（C/C++/Java等）编译为Web Assembly，能以接近原生的速度在Web中运行，并且与JS共存。
总结
导致前端性能问题的因素是多方面的。
如果是前端资源加载慢，导致页面慢，则应该考虑如何缩短请求耗时。而如果是前端页面逻辑笨重，UI数据量太大，则可以试着从减少重排重绘的角度去优化。对于耗时长的复杂计算，缓存计算结果往往是见效较快的优化方式。
最后需要注意的是，在实际应用开发过程中，因为受限于开发成本，所以需要平衡优化所花的代价与其对应产生的成效。可以有针对性地对性能瓶颈进行分析和处理，同时也需要避免引入不必要的优化措施，以确保最终优化效果。
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基于现代Web前端框架的应用，其原理是通过浏览器向服务器发送网络请求，获取必要的index.html和打包好的JS、CSS等资源，在浏览器内执行JS，动态获取数据并渲染页面，从而将结果呈现给用户。
在这个过程中，有两个步骤可能较为耗时，一个是网络资源的加载，另一个是浏览器内代码执行和DOM渲染。
而耗时的增加会导致页面响应慢，卡顿，影响用户体验。
针对上述两种耗时的情况，常见的优化方向有：
缩短请求耗时；
减少重排重绘；
改善JS性能。
网络资源是Web应用运行的基础，改善网络资源加载速度会显著改善前端性能。
1.1 优化打包资源
总体原则： 减少或延迟模块引用，以减少网络负荷。
常用工具：
webpack
webpack-bundle-analyzer可视化分析工具
常用方法：
减小体积：减少非必要的import；压缩JS代码；配置服务器gzip等；使用WebP图片；
按需加载：可根据“路由”、“是否可见”按需加载JS代码，减少初次加载JS体积。比如可以使用import()进行代码分割，按需加载；
分开打包：利用浏览器缓存机制，依据模块更新频率分层打包。
其他方法：
雪碧图：每个HTTP/1.1请求都是独立的TCP连接，最大6个并发，所以合并图片资源可以优化加载速度。HTTP/2已经不需要这么做了。
总体原则： 通过分布式的边缘网络节点，缩短资源到终端用户的访问延迟。常用工具：
Cloudflare
AWS CloudFront
Aliyun CDN
常用方法：
加速图片、视频等大体积文件
总体原则：避免重复传输相同的数据，节省网络带宽，加速资源获取。
常用方法：可以通过设置HTTP Header来控制缓存策略，一般有如下几种。
强缓存Expires：HTTP/1.0Cache-Control：HTTP/1.1
协商缓存ETag+If-None-MatchLast-Modified+If-Modified-Since
拿ETag举例，如果浏览器给的
If-None-Match值与服务端给的ETag值相等，服务器就直接返回304，从而避免重复传输数据。ETag示例：
如果几个配置同时存在，则优先级为：
Cache-Control > Expires > ETag > Last-Modified。1.4 更高版本的HTTP
总体原则：使用高版本HTTP提升性能。
常用工具：
HTTP/2
HTTP/2较HTTP/1.1最大的改进在于：
多路复用：单一TCP连接，多HTTP请求；
头部压缩：减少HTTP头体积；
请求优先级：优先获取重要的数据；
服务端推送：主动推送CSS等静态资源。
其他方法：
HTTP/3
HTTP/3基于UDP，有很多方面的性能改进，如多路复用无队头阻塞，响应更快。感兴趣的同学可参考Wiki。
1.5 Web Socket
总体原则：解决HTTP协议无法实时通信的问题。
Web Socket是一条有状态的TCP长连接，用于实现实时通信、实时响应。
1.6 服务器端渲染（SSR）
总体原则：第一次访问时，服务器端直接返回渲染好的页面。
一般流程：
浏览器向 URL 发送请求；
服务器端返回“空白”index.html；
浏览器不能呈现页面，需要继续下载依赖；
加载所有脚本后，组件才能被渲染。
SSR流程：
浏览器向 URL 发送请求；
服务器端执行JS完成首屏渲染并返回；
浏览器直接呈现页面，然后继续下载其他依赖；
加载所有脚本后，组件将再次在客户端呈现。它将对现有View进行合并。
常用工具：
Node.js，用于服务器端执行代码，输出HTML给浏览器，支持所有主流前端框架
Next.js，用于服务器端渲染React的框架
gatsby，用React生成静态网站的工具
除了可以提升页面用户体验，还能应用于SEO。
2 减少重排重绘
除了网络资源以外，另一个影响前端性能的因素就是前端页面的渲染绘制效率。
虽然不同的前端框架有一些差异，但整体的优化思路是一致的，这里将以React举例。
2.1 减少渲染量
总体原则：不渲染未展示的部分。
常用工具：
react-window
react-loadable
JS原生，如IntersectionObserver
框架提供，如React.lazy、react-intersection-observer
常用方法：
虚拟列表：只渲染可见区；
惰性加载：无限滚动；
按需加载：页面只在切换过去时才加载。
以虚拟列表举例，以下是使用
react-window库，仅仅渲染了可见区的数据：2.2 减少渲染次数
总体思路：避免重复的渲染。
常用工具：
lodash
JS或框架自带
常用方法：
防抖与节流；
对于React函数组件来说，合理使用副作用，拆分无关联的副作用；
对于React类组件来说，可以使用shouldComponentUpdate或使用PureComponent来优化渲染；
利用缓存，如React.memo；
使用requestAnimationFrame替代setInterval执行动画。
因为浏览器是单线程异步模型，长时间的运算会阻塞渲染过程，所以改善复杂运算有助于改善前端的整体性能。
3.1 缓存复杂计算
总体思路：避免重复计算。
常用方法：
对于React函数组件来说，可以使用useMemo缓存复杂计算值。
举例如下，
memoizedValue需要经过复杂计算才能得到，此时就可以使用useMemo缓存，仅仅在输入参数发生变化时才重新计算，避免计算阻塞页面渲染，从而避免页面卡顿。const MyFunctionalComponent = () => {
const memoizedValue = useMemo(() => {
computeExpensiveValue(a, b);
}, [a, b]);
return <AComponent value={memoizedValue}/>;
}但
useMemo自身也有性能消耗，需要视情况使用，某些场景可以利用React的渲染机制避免性能问题。3.2 Web Worker
总体原则：多线程思想。
常用方法：
Dedicated Workers，处理与UI无关的密集型数学计算：大数据集合排序、数据压缩、音视频处理；
Service Worker，服务端推送，或者PWA中配合CacheStorage在前端控制缓存资源；
Shared Worker，Tab间通信。
JS语言在设计之初就是单线程异步模型，好处是可以高效处理I/O操作，但坏处是无法利用多核CPU。
Web Worker会启动系统级别的线程，可进行多线程编程，发挥多核的性能。
3.3 Web Assembly
总体原则：将复杂的计算逻辑编译为Web Assembly，避免JS类型推断过程中的性能开销，可用于性能的极限优化。
适用范围有限：
曾在网上看到，有人使用自顶向下非优化的斐波那契数列算法来举例，说Web Assembly比原生JS快一倍，实测之后似乎也没有。
在同一台机器测试，其中求第48个值的耗时如下：
C（Ubuntu+GCC）：18s
JS（V8）：32s
Web Assembly（V8+EMCC）：39s
一种可能的猜想是，斐波那契计算中没有大量的类型推断，而且V8内部有一些优化机制，使得此处JS执行速度快于Web Assembly。
简而言之，并非所有场景都适用于Web Assembly。
另一种运用场景是，把不同语言编写的代码（C/C++/Java等）编译为Web Assembly，能以接近原生的速度在Web中运行，并且与JS共存。
总结
导致前端性能问题的因素是多方面的。
如果是前端资源加载慢，导致页面慢，则应该考虑如何缩短请求耗时。而如果是前端页面逻辑笨重，UI数据量太大，则可以试着从减少重排重绘的角度去优化。对于耗时长的复杂计算，缓存计算结果往往是见效较快的优化方式。
最后需要注意的是，在实际应用开发过程中，因为受限于开发成本，所以需要平衡优化所花的代价与其对应产生的成效。可以有针对性地对性能瓶颈进行分析和处理，同时也需要避免引入不必要的优化措施，以确保最终优化效果。
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