前端DevOps之PageSpeed Insights

使用 Google Cloud Scheduler， Pub/Sub， Functions ， Storage 等云服务，搭建 PageSpeed Insights 前端网站网页的质量和性能 benchmark CI Job 工作流。

1. PageSpeed Insights

1.1 简介

PageSpeed Insights 是 Google 提供的一款网页性能检测优化工具，能够针对移动设备和桌面设备生成网页的实际性能报告，并提供关于如何改进相应网页的建议。它采用 Google Lighthouse 提供的各种最佳实践作为测试基准，使用 Blink 渲染工具（即 Google Chrome 的渲染引擎），模拟移动设备和桌面设备，抓取目标网站网页，进行优化分析。
以下简称PSI。

1.2 版本历史

版本	发布时间	功能更新
V5	2018年Q4	当前最新版本。2019.05.08更新使用 Lighthouse 5.0 作为其分析引擎。
V4	2018年1月	2019年Q3之前停用
V2	2015年1月	已停用
V1	更早期	已停用

1.3 分析报告组成

1.3.1 综合速度得分

评分和等级：

快 90分以上
中等 50-90分
慢 50分以下

V5版本使用 Lighthouse 计算多项性能指标的综合加权得分。
V4及之前版本结合 Chrome 用户体验报告数据库中的真实用户测速数据，计算评分和等级。主要参考以下两项指标。

FCP （First Contentful Paint）首次内容绘制，用于衡量用户何时看到来自相应网页的可见响应。所用时间越短，留住用户的可能性就越大。
DCL 文档内容加载，用于衡量何时完成 HTML 文档的加载和解析。所用时间越短，跳出率越低。

1.3.2 实测数据

结合 Chrome 用户体验报告中的其他网页过去30天内的实测数据相比的得分。

1.3.3 实验室数据

给出以下几项指标的耗时绝对值数据：

First Contentful Paint 首次内容绘制时间
First Meaningful Paint 首次有效绘制时间
Speed Index 速度指数
First CPU Idle 首次 CPU 闲置时间
Time to Interactive 可交互前的耗时
Estimated Input Latency 最长的潜在FID

1.3.4 关于如何加快网页加载速度的优化建议

1.3.5 关于Web开发最佳实践的详细诊断建议。

1.3.6 已通过的符合最佳实践的审查项

1.4 实际案例

以携程机票H5航班动态首页的某线上版本为例，直观的查看分析报告：
m.ctrip.com/webapp/flig…

1.5 使用方法

PSI API是Google RESTful APIs之一，仅需一次 HTTP 请求，应答返回一个 JSON Ojbect。使用极其简便。

HTTP Request

GET www.googleapis.com/pagespeedon…

必选参数1个：

url: 目标分析网页的链接

可选参数6个：

category：accessibility，best-practices，performance，pwa，seo。默认是performance。
locale：返回结果文本的本地化语言版本。目前支持40种。默认英语en。
strategy：desktop 针对桌面浏览器进行优化分析，mobile 针对移动设备浏览器进行优化分析。
utm_campaign：广告系列名称
utm_source：广告系列来源
fields：定制 Response 内容字段。

HTTP Response

返回一个 JSON Object ，字段内容较多，此处省略，详见官网文档。

最简单命令行调用

curl www.googleapis.com/pagespeedon…

2. Google Cloude Platform (GCP)

2.1 系统流程图

2.2 Cloud Scheduler

Cloud Scheduler 是 GCP 的一项全托管式企业级 cron 作业调度服务。支持 App Engine、Cloud Pub/Sub 和任意 HTTP 端点，允许作业触发 Compute Engine、Google Kubernetes Engine 和本地资源。
使用 Google Cloud Console 创建Job。目标有3种：HTTP，Pub/Sub，App Engine HTTP。这里选择 Pub/Sub 。设置每天22:00自动触发。

创建成功后查看部署状态，部署成功后可以直接“立即运行”，查看日志，确认运行正常。

2.3 Cloud Pub/Sub

Cloud Pub/Sub 是 GCP 的一项简单、可靠、可伸缩，可以用作数据流分析和事件驱动型计算系统的基础。
这里创建两个主题，psi-job 用于 Cloude Scheduler Job 的事件数据中转，psi-single 用于 Cloud Functions 的并发 HTTP 请求的事件数据中转。

2.4 Cloud Functions

实现并发大量网页的 PageSpeed Insights 检查，有多种方式。可以使用 Google App engine， Google Compute Engine。鉴于 PSI API 是上下文无关的简单 HTTP RESTful API，Cloud Functions Serverless 是最佳最简实现。
Cloud Functions 是 GCP 的一项事件驱动型无服务器计算平台。通过构建多个分别专注于做好一件事的小型独立功能单元，再将这些功能单元组合成一个系统，实现快速开发和部署。支持在单个函数（而不是整个应用、容器或虚拟机）级构建和部署服务。

2.4.1 编写 Function

目前支持以下几种方案：

语言	JavaScript
运行时	Node.js 6(已弃用)、8、10（测试版）
HTTP 框架	Express
HTTP 函数	Express Request & Response Context
后台函数	(data, context, callback)
依赖项管理	npm/yarn + package.json

语言	Python
运行时	3.7.1
HTTP 框架	Flask
HTTP 函数	入参：Flask Request Object。返回值：符合 Flask.make_response() 的任意对象。
后台函数	(data, context)
依赖项管理	pip + requirements.txt

语言	Go
运行时	Go 1.11
HTTP 框架	http.HandlerFunc 标准接口
HTTP 函数	request: *http.Request. response: http.ResponseWriter.
后台函数	(ctx, Event)
依赖项管理	go.mod/vendor

2.4.2 部署 Function

目前支持以下几种方式：

从本地机器部署。使用 gcloud 命令行工具。
通过源代码控制系统部署。使用 Google Cloud Source Repositories ，通过 OAuth 关联源代码仓库（如 GitHub 或 Bitbucket）。
通过 GCP Console 部署。
- 网页内嵌编辑器.直接在线编写函数代码。
- 上传本地ZIP文件。文件夹目录结构与上述依赖性管理的源码工程结构一致。
- 导入 Cloud Storage 中的 ZIP 文件。同上。
- 引用 Google Cloud Source Repositories的源代码工程。
通过CI/CD部署。使用 Cloud Build 搭建持续集成和部署系统。

2.4.3 监控 Function

Google Stackdriver 提供了服务监控工具，包括 Debugger，Monitoring，Trace，Logging, Error Reporting，Profiler。

3. PSI Functions 实现

创建好一个 Scheduler Job 和两个 Pub/Sub 主题后，接下来实现两个对应的 Functions 。

3.1 psi-single function

psi-single() 负责针对具体单一 URL ，调用 PSI API 获取 JSON 结果的功能。
Google APIs 支持多种调用方式。

3.1.1 使用 google api client 。
通过 Discovery API ，获得已经封装好的 Service ，再调用具体接口。

from googleapiclient.discovery import build

def run(url):
    pagespeedonline = build(
        serviceName = 'pagespeedonline',
        version = 'v5',
        developerKey = API_KEY
    )
    response = pagespeedonline.pagespeedapi().runpagespeed(url = url).execute()
    print(response)
    return 'OK'

3.1.2 针对简单接口，直接调用 HTTP RESTful API 。

import requests
GAPI_PSI = "https://www.googleapis.com/pagespeedonline/v5/runPagespeed"

def run(url):
    try:
        payload = {"url": url,
                   "key": API_KEY
                   }
        with requests.Session() as session:
            response = session.get(url=GAPI_PSI, params=payload)
            print(response.status_code)
            print(response.json())
    except requests.RequestException as _e:
        print(_e)
    return 'OK'

3.1.3 实现 Pub/Sub 主题的订阅
订阅消息 event 的格式详见官网文档，其中 data 属性是一段 base64 编码的 ByteArray ，承载了实际的数据内容。

import base64

def run_pubsub(event, context):
    pubsub_message = base64.urlsafe_b64decode(event['data']).decode('utf-8')
    return run(pubsub_message)

3.2 psi-job function

psi-job() 由 Scheduler Job 触发，将所有需审查的 URL 以 Pub/Sub 事件形式，并行分发给 psi-single() 。

from google.cloud import pubsub_v1

def run(event, context):
    publisher = pubsub_v1.PublisherClient()
    topic = publisher.topic_path(PROJECT_ID, TOPIC_NAME)
    for url in URL_DICT:
        data = url.encode('utf-8')
        publisher.publish(topic, data)
    return 'OK'

3.3 环境变量和依赖项

为了避免安全敏感信息泄漏，可以将关键信息写入 Functions 环境变量和本地环境变量（本地开发调试使用）。
上述代码中 API_KEY, PROJECT_ID 等数据通过 os.getenv() 获取。
Cloude Functions 已内置常用依赖库，详见官网文档。如需增加依赖项，配置各语言对应的工程文件。上述代码引用了两个依赖库。

# requirements.txt
# Function dependencies
requests==2.21.0
google-cloud-pubsub==0.40.0

4. Storage

上述代码中的 print() 会写入 StackDriver 日志库，供后续过滤分析。鉴于每一个 URL 的审查结果是一个 JSON Object 字符串，可以进一步写入 BigTable ，使用 BigQuery 进行查询分析，再进一步导入 Google Data Studio ，进行可视化报表展示。
这里使用 Cloud Storage 存储 JSON 字符串为单一文件。

from urllib import parse
from google.cloud import storage
from google.cloud.storage import Blob

def save(url, report):
    '''Save to https://console.cloud.google.com/storage/browser/[bucket-id]/'''
    client = storage.Client()
    bucket = client.get_bucket("psi-report")
    blob = Blob(f"${parse.quote_plus(url)}.json", bucket)
    blob.upload_from_string(report, "application/json")

添加依赖项。

# requirements.txt
# Function dependencies
google-cloud-storage==1.15.0

5. 源代码

github.com/9468305/pyt…

6. 文档链接

PageSpeed Insights
developers.google.com/speed/pages…
Google Lighthouse
developers.google.com/web/tools/l…
Google Cloud Scheduler
cloud.google.com/scheduler/
Google Cloud Pub/Sub
cloud.google.com/pubsub/
Google Cloud Functions
cloud.google.com/functions/
Google Cloud Storage
cloud.google.com/storage/
Google Cloud Build
cloud.google.com/cloud-build…
Google Stackdriver
cloud.google.com/stackdriver…