在这个前端用户体验越来越重要的时代,你的页面稍微有点卡顿,都难以挽留用户。而作为一名有追求的前端,势必要力所能及地优化我们前端页面的性能。今天,就来谈一谈那些前端性能优化的加载技术,利用这些技术可以很好地提高网站的响应速度和用户体验。

页面渲染

在理解真正的优化技术之前,我们需要先了解为什么需要优化?这得从浏览器的渲染引擎谈起。浏览器从获取HTML文档开始,就进入了渲染引擎的工作阶段,其目的是将网页的内容显示在浏览器屏幕上。大体可以描述为从解析HTML内容,构造DOM节点再到DOM元素布局定位最后再绘制DOM元素的这样一个过程。更加详细的内容可以参考How browser works, 要看中文的童鞋可以看这篇译文

在页面渲染的这样一个过程中,有一个关键点是如果在解析内容的过程中遇到了脚本标签,如:<script src="example.js"></script>,浏览器就会暂停内容的解析,转而开始下载脚本。并且只有等脚本下载完并执行结束后,渲染引擎才会继续解析。那么这样一来,页面显示的时间必然会被延长。因此我们需要优化的点就是尽可能地让页面更早地被渲染出来。

脚本加载的优化

要解决上面说到的脚本加载问题,通常有三种解决方案:将脚本放在HTML末尾、动态加载脚本以及异步加载脚本。最常用的应该就是将所有脚本放置在HTML文档的末尾了。这应该是每个前端刚入门时,被教的最多的。对于这个方法,这里就不多做介绍,直接上重头戏。

动态加载

所谓动态加载脚本就是利用javascript代码来加载脚本,通常是手工创建script元素,然后等到HTML文档解析完毕后插入到文档中去。这样就可以很好地控制脚本加载的时机,从而避免阻塞问题。

function loadJS(src) {
  const script = document.createElement('script');
  script.src = src;
  document.getElementsByTagName('head')[0].appendChild(script);
}
loadJS('http://example.com/scq000.js');

异步加载

我们都知道,在计算机程序中同步的模式会产生阻塞问题。所以为了解决同步解析脚本会阻塞浏览器渲染的问题,采用异步加载脚本就成为了一种好的选择。利用脚本的async和defer属性就可以实现这种需求:

<script type="text/javascript" src="./a.js" async></script>
<script type="text/javascript" src="./b.js" defer></script>

虽然利用了这两个属性的script标签都可以实现异步加载,同时不阻塞脚本解析。但是使用async属性的脚本执行顺序是不能得到保证的。而使用defer属性的脚本执行顺序可以得到保证。另一方面,defer属性是在html文档解析完成后,DOMContentLoaded事件之前就会执行js。async一旦加载完js后就会马上执行,最迟不超过window.onload事件。所以,如果脚本没有操作DOM等元素,或者与DOM时候加载完成无关,直接使用async脚本就好。如果需要DOM,就只能使用defer了。

这里介绍的两种方法在实际运用过程中需要权衡一下的,渲染速度变快也就意味着脚本加载时间会变长。

解决异步加载脚本的问题

上面介绍的异步加载脚本并不是十分完美的。如何处理加载过程中这些脚本的互相依赖关系,就成了实现异步加载过程中所需要考虑的问题。一方面,对于页面中那些独立的脚本,如用户统计等插件就可以放心大胆地使用异步加载。而另一方面,对于那些确实需要处理依赖关系的脚本,业界已经有很成熟的解决方案了。如采用AMD规范的RequireJS,甚至有采用了hack技术(通过欺骗浏览器下载但不执行脚本)的labjs(已过时)。如果你熟悉promise的话,就知道这是在JS中处理异步的一种强有力的工具。下面以promise技术来实现处理异步脚本加载过程中de的依赖问题:

// 执行脚本
function exec(src) {
    const script = document.createElement('script');
    script.src = src;

      // 返回一个独立的promise
    return new Promise((resolve, reject) => {
        var done = false;

        script.onload = script.onreadystatechange = () => {
            if (!done && (!script.readyState || script.readyState === "loaded" || script.readyState === "complete")) {
              done = true;

              // 避免内存泄漏
              script.onload = script.onreadystatechange = null;
              resolve(script);
            }
        }

        script.onerror = reject;
        document.getElementsByTagName('head')[0].appendChild(script);
    });
}

function asyncLoadJS(dependencies) {
    return Promise.all(dependencies.map(exec));
}

asyncLoadJS(['https://code.jquery.com/jquery-2.2.1.js', 'https://cdn.bootcss.com/bootstrap/3.3.7/js/bootstrap.min.js']).then(() => console.log('all done'));

可以看到,我们针对每个脚本依赖都会创建一个promise对象来管理其状态。采用动态插入脚本的方式来管理脚本,然后利用脚本onload和onreadystatechange(兼容性处理)事件来监听脚本是否加载完成。一旦加载完毕,就会触发promise的resovle方法。最后,针对依赖的处理,是promise的all方法,这个方法只有在所有promise对象都resolved的时候才会触发resolve方法,这样一来,我们就可以确保在执行回调之前,所有依赖的脚本都已经加载并执行完毕。

懒加载(lazyload)

懒加载是一种按需加载的方式,也通常被称为延迟加载。主要思想是通过延迟相关资源的加载,从而提高页面的加载和响应速度。在这里主要介绍两种实现懒加载的技术:虚拟代理技术以及惰性初始化技术。

虚拟代理加载

所谓虚拟代理加载,即为真正加载的对象事先提供一个代理或者说占位符。最常见的场景是在图片的懒加载中,先用一种loading的图片占位,然后再用异步的方式加载图片。等真正图片加载完成后就填充进图片节点中去。

// 页面中的图片url事先先存在其data-src属性上
const lazyLoadImg = function() {
  const images = document.getElementsByTagName('img');
  for(let i = 0; i < images.length; i++) {
      if(images[i].getAttribute('data-src')) {
          images[i].setAttribute('src', images[i].getAttribute('data-src'));
          images[i].onload = () => images[i].removeAttribute('data-src');
      }
  }
}

惰性初始化

惰性初始模式是在程序设计过程中常用的一种设计模式。顾名思义,这个模式就是一种将代码初始化的时机推迟(特别是那些初始化消耗较大的资源),从而来提升性能的技术。

jQuery中大名鼎鼎的ready方法就用到了这项技术,其目的是为了在页面DOM元素加载完成后就可以做相应的操作,而不需要等待所有资源加载完毕后。与浏览器中原生的onload事件相比,可以更加提前地介入对DOM的干涉。当页面中包含大量图片等资源时,这个方法就显出它的好处了。在jQuery内部的实现原理上,它会设置一个标志位来判断页面是否加载完毕,如果没有加载完成,会将要执行的函数缓存起来。当页面加载完毕后,再一一执行。这样一来,就将原本应该马上执行的代码,延迟到页面加载完毕后再执行。感兴趣的可以去阅读这一部分的源码,里面还包括了浏览器兼容等处理。

选择时机

选择时机:比较常见的两种

  1. 滚动条监听
  1. 事件回调(需要用户交互的地方)

当然,你也可以根据具体的业务场景选择延迟加载的时机。

滚动条监听

滚动条监听,常常用在大型图片流等场景下。通过对用户滚动结束的区域进行计算,从而只加载目标区域中的资源。这样就可以实现节流的目的。


// 简单的节流函数
function throttle(func, wait, mustRun) {
    var timeout,
        startTime = new Date();

    return function() {
        var context = this,
            args = arguments,
            curTime = new Date();

        clearTimeout(timeout);
        // 如果达到了规定的触发时间间隔,触发 handler
        if(curTime - startTime >= mustRun){
            func.apply(context,args);
            startTime = curTime;
        // 没达到触发间隔,重新设定定时器
        }else{
            timeout = setTimeout(func, wait);
        }
    };
};

// 判断元素是否在可视范围内
function elementInViewport(element) {
    const rect = element.getBoundingClientRect();
    return (rect.top >= 0 && rect.left >= 0 && rect.top <= (window.innerHeight || document.documentElement.clientHeight));
}

function lazyLoadImgs() {
    const count = 0;
      return function() {
          [].slice.call(images, count).forEach(image => {
              if(elementInViewport(elementInViewport(image))) {
                image.setAttribute('src', image.getAttribute('data-src'));
                  count++;
              }
          });
    }
}

const images = document.getElementByTagName('img');
// 采用了节流函数, 加载图片
window.addEventListener('scroll',throttle(lazyLoadImgs(images),500,1000));

事件回调

这种场景就是那些需要用户交互的地方,如点击加载更多之类的。这些资源往往通过在用户交互的瞬间(如点击一个触发按钮),发起ajax请求来获取资源。比较简单,在此不再赘述。

利用webpack实现脚本加载优化

现如今,对于大型项目大家都会用上打包工具。现代化的工具使得我们不必再写那些又长又难懂的代码。针对懒加载,webpack也提供了十分友好的支持。这里主要介绍两种方式。

import()方法

我们知道,在原生es6的语法中,提供了import和export的方式来管理模块。而其import关键字是被设置成静态的,因此不支持动态绑定。不过在es6的stage 3规范中,引入了一个新的方法import()使得动态加载模块成为可能。所以,你可以在项目中使用这样的代码:

$('#button').click(function() {
  import('./dialog.js')
    .then(dialog => {
        //do something
    })
    .catch(err => {
        console.log('模块加载错误');
    });
});

//或者更优雅的写法
$('#button').click(async function() {
    const dialog = await import('./dialog.js');
  //do something with dialog

});

由于该语法是基于promise的,所以如果需要兼容旧浏览器,请确保在项目中使用es6-promise或者promise-polyfill。同时,如果使用的是babel,需要添加syntax-dynamic-import插件。

require.ensure

require.ensure与import()类似,同样也是基于promise的异步加载模块的一种方法。这是在webpack 1.x时代官方提供的懒加载方案。现在,已经被import()语法取代了。为了文章的完整性,这里也做一些介绍。

在webpack编译过程中,会静态地解析require.ensure中的模块,并将其添加到一个单独的chunk中,从而实现代码的按需加载。

语法如下:

require.ensure(dependencies: String[], callback: function(require), errorCallback: function(error), chunkName: String)

一个十分常见的例子是在写单页面应用的时候,使用该技术实现基于不同路由的按需加载:

const routes = [
    {path: '/comment', component: r => require.ensure([], r(require('./Comment')), 'comment')}
];

预加载

首屏加载的问题解决后,用户在具体的页面使用过程中的体验也很重要。如果能够通过预判用户的行为,提前加载所需要的资源,则可以快速地响应用户的操作,从而打造更加良好的用户体验。另一方面,通过提前发起网络请求,也可以减少由于网络过慢导致的用户等待时间。因此,“预加载”的技术就闪亮登场了。

preload规范

preload 是w3c新出的一个标准。利用link的rel属性来声明相关“proload",从而实现预加载的目的。就像这样:

<link rel="preload" href="example.js" as="script">

其中rel属性是用来告知浏览器启用preload功能,而as属性是用来明确需要预加载资源的类型,这个资源类型不仅仅包括js脚本(script),还可以是图片(image),css(style),视频(media)等等。浏览器检测到这个属性后,就会预先加载资源。

这个规范目前兼容性方面还不是很好,所以可以先稍微了解一下。webpack现在也已经有相关的插件,如果感兴趣的话,请移步preload-webpack-plugin。对于更加详细的技术细节,这里推荐一篇博客www.smashingmagazine.com/2016/02/pre…

DNS Prefetch 预解析

还有一个可以优化网页速度的方式是利用dns的预解析技术。同preload类似,DNS Prefetch在网络层面上优化了资源加载的速度。我们知道,针对DNS的前端优化,主要分为减少DNS的请求次数,还有就是进行DNS预先获取。DNS prefetch就是为了实现这后者。其用法也很简单,只要在link标签上加上对应的属性就行了。

<meta http-equiv="x-dns-prefetch-control" content="on" /> /* 这是用来告知浏览器当前页面要做DNS预解析 */
<link rel="dns-prefetch" href="//example.com">

在支持该标准的浏览器上,会自动对链接中的地址域名做DNS解析缓存。不过,像Goolge、火狐这样的现代浏览器即使不设置这个属性,也能在后台做自动预解析。如果你的页面中需要大量访问不同域名的资源,可以利用这项技术加快资源的获取,从而获得更好的用户体验。需要注意的是,DNS预解析虽好,但是也不能滥用。如果对多页面重复DNS预解析,会增加DNS的查询次数。

总结

通常对于大型应用来说,完整加载所有javascript代码是十分耗时的工作。因此,通常会将JavaScript分为两个部分(一部分是渲染初始化页面所必须的,另一部分则是剩下的脚本)来进行加载。这样就可以尽可能快速地渲染出网页。通过监听onload事件,可以很好地控制回调的时机,同时采用异步加载等技术能够同时并行加载多个脚本,从而大大提高最终页面的渲染速度。最好是把在onload事件之前执行的代码拆分成一个单独的文件。当然,在处理脚本加载这一过程中还存在着几个问题:1.如何找到需要拆分的代码? 2 怎样处理竞争状态 ?3.如何延迟加载其余部分的代码?希望这篇文章能够给你启发!对于文中有错漏之处,欢迎指出。鉴于本人水平有限,也欢迎大家来多多交流。

参考资料

《Javascript性能优化》

bubkoo.com/2015/11/19/…

2ality.com/2017/01/imp…

segmentfault.com/a/119000000…

perishablepress.com/3-ways-prel…

www.youtube.com/watch?v=wKC…