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【性能优化】quicklink:实现原理与给前端的启发

近来,GoogleChromeLabs 推出了 quicklink,用以实现链接资源的预加载(prefetch)。本文在介绍其实现思路的基础上,会进一步探讨在预加载方面前端工程师还可以做什么。

1. quicklink 是什么?

quicklink 是一个通过预加载资源来提升后续速度的轻量级工具库。旨在提升浏览过程中,用户访问后续页面的加载速度。

当我们提到性能优化,往往都会着眼于当前用户访问的这个页面,通过压缩资源大小、删减不必要资源、加快页面解析渲染等方式提升用户的访问速度;而 quicklink 用了另一种思路:我预先帮你加载(获取)接下来最可能要用的资源,这样之后真正使用到该资源(链接)时就会感觉非常顺畅。

照着这个思路,我们需要解决的问题就是如何预先帮用户加载资源。这里其实涉及到两个问题:

  • 如何去预加载一个指定资源?(预加载的方式)
  • 如何确定某个资源是否要加载?(预加载的策略)

下面就结合 quicklink 源码来看看如何解决这两个问题。

注:下文提到的“预加载”/“预获取”均指 prefetch

2. quicklink 实现原理

2.1. 如何去预加载一个指定资源?

首先要解决的是,通过什么方法来实现资源的预加载。即预加载的方式。

我们这里的预加载对应的英文是 prefetch。提到 prefetch 自然会想到使用浏览器的 Resource Hints,通过提示浏览器做一些“预操作”(例如 DNS 解析、资源下载等)来加快后续的访问。

如果对 prefetch 与 Resource Hints 不熟悉,可以看看这篇《使用Resource Hint提升页面加载性能与体验》

只需下面一行代码就可以实现浏览器的资源预加载。是不是非常美妙?

<link rel="prefetch" href="/my.little.script.js" as="script">
复制代码

因此,对于一个指定的 URL,可以通过下面四行代码来预加载:

const link = document.createElement(`link`);
link.rel = `prefetch`;
link.href = url;
document.head.appendChild(link);
复制代码

然而,我们不得不面对兼容性的问题。Resource Hints 在低版本 IE 与移动端是重灾区。

美梦破灭。既然如此,我们就需要一个类似 prefetch shim 的方式:在不支持 Resource Hints 的浏览器中,使用其他方式来预加载资源。对此,我们可以利用浏览器自身的缓存策略,“实实在在”预先请求这个资源,这也形成了一种资源的“预获取”。而最方便的就是通过 XHR:

const req = new XMLHttpRequest();
req.open(`GET`, url, req.withCredentials=true);
req.send();
复制代码

这样 shim 也完成了。最后,如何检测浏览器是否支持 prefetch 呢?

我们可以通过 link 元素上 relList 属性的 support 方法来检查 prefetch 的支持情况:

const link = document.createElement('link');
link.relList || {}).supports && link.relList.supports('prefetch');
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结合这三段代码,就组成了一个简易的 prefetcher:判断是否支持 Resource Hints 中的 prefetch,支持则使用它,否则回退使用 XHR 加载

值得一提的是,使用 Resource Hints 与使用 XHR 来预加载资源还是有一些重要差异的。草案中也提到了一些(主要是性能差异以及与浏览器其他行为之间的冲突)。其中还有一点就是,Resource Hints 中的 prefetch 是否执行,完全是由浏览器决定的,草案里有句话非常明显 —— the user agent SHOULD fetch。因此,所有 prefetch 的资源并不一定会真正被 prefetch。相较之下,XHR 的方式“成功率”则更高。这点在 Netflix 实施的性能优化案例中也提到了。

题外话:quicklink 中使用 fetch API 实现高优先级资源的加载。这是因为浏览器会为所有的请求都设置一个优先级,高优请求会被优先执行;目前,fetch 在 Chrome 中属于高优先级,在 Safari 中属于中等优先级。

2.2. 如何确定某个资源是否要预加载?

有了资源预加载的方式,那么接下来就需要一个预加载的策略了。

这其实是个见仁见智的问题。例如直接给你一个链接 https://my.test.com/somelink,在没有任何背景信息的情况下,恐怕你完全不知道是否需要预加载它。那对于这个问题,quicklink 是怎么解决的呢?或者说,quicklink 是通过什么策略来进行预加载的呢?

quicklink 用了一个比较直观的策略:只对处于视口内的资源进行预加载。这一点也比较好理解,网络上大多的资源加载、页面跳转都伴随着用户点击这类行为,而它要是不在你的视野内,你也就无从点击了。这一定程度上算是个必要条件。

这么一来,我们所要解决的问题就是,如果判断一个链接是否处于可视区域内?

以前,对于这种问题,我们做的就是监听 scroll 事件,然后判断某元素的位置,从而“得知”元素是否进入了视区。传统的图片懒加载库 lazysize 等也是用这种策略。

document.addEventListener('scroll', function () {
    // ……判断元素位置
});
复制代码

注:目前 lazysize 也有了基于 IntersectionObserver 的实现

当然,需要特别注意滚动监听的性能,例如使用截流、避免强制同步布局、 passive: true 等方式缓解性能问题。

不过现在我们有了一个新的方案来实现这一功能 —— IntersectionObserver

const observer = new IntersectionObserver(entries => {
  entries.forEach(entry => {
    if (entry.isIntersecting) {
      const link = entry.target;
      // 预加载链接
    }
  });
});

// 对所有 a 标签添加观察者
Array.from(options.el.querySelectorAll('a'), link => {
    observer.observe(link);
});
复制代码

IntersectionObserver 会创建一个观察者,专门用来观察与通知元素进出视口的情况。如上述代码所示,IntersectionObserver 可以观察所有 a 元素的位置情况(主要是进入视野)。

IntersectionObserver 不了解的同学可以参考 Google 的 IntersectionObserver 介绍文章

但是如下图所示, IntersectionObserver 存在兼容性问题,因此要在不兼容的浏览器中使用 quicklink 需要一个 polyfill

目前,我们已经把 quicklink 的两大部分(预加载的方式和预加载的策略)的原理和简单实现讲完了。整个 quicklink 非常简洁,这些基本就是 quicklink 的核心。剩下的就是一些参数检查、额外的规则特性等。

题外话:为了进一步保证性能,quicklink 使用 requestIdleCallback 在空闲时间查询页面 a 标签并挂载观察者。对 requestIdleCallback 不了解的同学可以看看 Google 的这篇文章

3. 到此为止?不,我们还能做更多

到这里,quicklink 的实现就基本讲完了。仔细回想一下,quicklink 其实提供了我们一种通过“预加载”来实现性能优化的思路(粗略来说像是用流量换体验)。这种方式我在前面也提到了,其实可以分为两个部分:

  • 如何去预加载一个指定资源?(预加载的方式)
  • 如何确定某个资源是否要加载?(预加载的策略)

其实两部分似乎都有可以作为的地方。例如如何保证 prefetcher(资源预加载器)的成功率能更高,以及目前使用的回退方案 XHR 其实在预加载无法缓存的资源时所受的限制等。

此外,我们在这里还可以来聊一聊策略这块。

由于 quicklink 是一个业务无关的轻量级功能库,所以它采用了一个简单但一定程度上有效的策略:预加载视野内的链接资源。然而在实际生产中,我们面对的是更复杂的环境,更复杂的业务,反而会需要更精准的预加载判断。因此,我们完全可以从 quicklink 中剥离出 prefetcher 来作为一个预加载器;而在策略部分使用自己的实现,例如:

  • 结合访问日志、打点记录的更精准的预加载。例如,我们可以通过访问日志、打点记录,根据 refer 来判断,从 A 页面来的 B、C、D 页面的比例,从而设置一个阈值,超过该阈值则认为访问 A 页面的用户接下来更容易访问它,从而对其预加载。

  • 结合用户行为数据来进行个性化的预加载。例如我们有一个阅读类或商品展示类站点,从用户行为发现,当该链接暴露在该用户视野内 XX 秒(用户阅读内容 XX 秒)后点击率达到 XX%。而不是简单的一刀切或进入视野就预加载。

  • 后置非必要资源,精简某类落地页。落地页就是要让新用户尽快“落地”,为此我们可以像 Netflix 介绍的那样,在宣贯页/登录页精简加载内容,而预加载后续主站的主包(主资源)。例如有些站点的首页大多偏静态,可以用原生 JavaScript 加 内联关键 CSS 的方式,加快加载,用户访问后再预加载 React、Vue 等一系列主站资源。

  • 等等。

上面这些场景只是抛砖引玉,相信大家还会有更多更好的场景来助力我们的前端应用“起飞”。而我们完全可以借助一些构建工具、数据采集与分析平台来实现策略的自动提取与注入,持续优化整个预加载的流程与效果。

写在最后

预加载、Resource Hints 等由来已久。quicklink 通过提出一种可行的方案让它又重回了大家的视野,给我们展现了性能优化的另一面。希望大家通过了解 quicklink 的实现,也能有自己的想法与启发。

相信随着浏览器的不断进化,标准的不断前行,前端工程师对极致体验与性能要求的不断提高,我们的产品将会越来越美好。

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