前端性能优化最佳实践

MrDream24
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原文链接： csspod.com

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：

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-image 和 background-position 控制显示；

  • 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 Image：使用 Data URI scheme 将图片嵌入 HTML 或者 CSS 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。

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 Alias 或 mod_rewrite 或 DirectorySlash 解决这个问题。
  • 网站域名变更：CNAME 结合 Alias 或 mod_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。

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:）。

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
    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。

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。

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 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。

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，返回为压缩的数据：

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 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 里引用的 CSS 等资源。

Example:

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:

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。

空 src 产生请求的后果不容小憩：

  • 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

减少 Cookie 大小

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。

静态资源使用无 Cookie 域名

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 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。

对于 IE 某些版本，@import 的行为和 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

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