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[译] 深入理解图片和框架的原生懒加载功能

当今的网站上充斥着大量媒体资源,例如图片和视频。图片约占网站平均通信量的 50%。然而这些图片中的大部分都没机会进入用户的视野,因为它们位于网站页面的头版之外。

看到本文标题你会问「懒加载是什么东西?」CSS-Tricks 网站中有非常多的探讨懒加载文章,其中有一篇非常详尽的《用 JavaScript 花式实现懒加载的指南文档》。简言之,我们要讨论的是一种延迟网络资源加载的机制,在该机制下,网页内容按需加载,或者说得更直白些,当网页内容进入用户视野时再触发加载。

这样做有什么好处?压缩初始页面的体积以提升加载速度;免于为用户根本不会看到的内容浪费网络请求。

如果你之前读过关于懒加载的其他文章,你就会明白,我们必须借助各种不同的方式才能实现懒加载功能。而当原生 HTML 用 loading 特性支持懒加载功能后,那可就柳暗花明又一村了。目前仅有 Chrome 支持 loading 特性,但有望全面开花。Chrome 近期正在开发和测试对原生懒加载特性的支持功能,预计在 2019 年 9 月初发布的 Chrome 77 版本中面世。

懒加载的饿豹图(但图片还是立即加载了,因为它位于头版中)

非原生的方法

截至目前,我们这群开发者仍需要用 JavaScript(不论是借助第三方库还是自己从零手写)实现懒加载功能。大多数懒加载库的原理都是:

  • 服务端返回的 HTML 响应中包含一个初始的、不带 src 特性的 img 元素,这样浏览器就不会加载任何数据。而图片的链接地址放在 img 元素的其他特性上,例如 data-src
<img data-src="https://tiny.pictures/example1.jpg" alt="...">
复制代码
  • 然后,载入一个懒加载库,运行它。
<script src="LazyLoadingLibrary.js"></script>
<script>LazyLoadingLibrary.run()</script>
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  • 该懒加载库时刻记录用户滚动页面的行为,告诉浏览器加载即将滚入用户视野的图片。加载方式是把 data-src 特性的值赋给原本为空的 src 特性。
<img src="https://tiny.pictures/example1.jpg" data-src="https://tiny.pictures/example1.jpg" alt="...">
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长期以来,我们都在用这种方式实现懒加载。但这并不是理想的实现方式。

该方式的显著问题就是,要展示网站页面,得经过好几个关键步骤。总共要三个步骤,还必须得按顺序执行:

  1. 加载初始的 HTML 响应内容
  2. 加载懒加载库
  3. 加载图片

如果把这样的懒加载技术应用到头版中的图片上,页面在加载期间会发生闪烁,因为一开始绘制的时候,页面中没有图片(闪烁发生于第 1 步还是第 2 步之后,取决于载入库的脚本用的是 defer 还是 async),懒加载库生效后,图片才姗姗来迟。这还会给用户造成网页加载速度缓慢的错觉。

另外,懒加载库本身也是对带宽和 CPU 算力的占用。而且别忘了,如果用户禁用了 JavaScript(都已经2019年了,这种情况我们不予考虑,你说对吧?),那么懒加载库是行不通的。

哦对了,那些依赖 RSS 来发布内容的网站(如 CSS-Tricks)又该怎么办呢?如果初始的页面中不载入图片,那么 RSS 版本的页面就始终不会显示图片。

凡此种种,不一而足。

原生懒加载前来救驾!

懒加载的懒猫图

如前文所说,Chromium 开发团队和 Google Chrome 开发团队从 Chrome 75 开始,装载 loading 特性支持的原生懒加载功能。关于该特性及其值,我们稍后再讨论,还是先在浏览器里启用这个功能来一探究竟吧。

启用原生懒加载功能

从 Chrome 75 开始,我们可以切换两个开关来手动启用懒加载功能。预计从 Chrome 77(计划于 2019 年 9 月发布)开始,该功能就会是默认开启的了。

  1. 在 Chromium 或 Chrome Canary 打开 chrome://flags
  2. 搜索关键词 lazy
  3. 把「Enable lazy image loading」和「Enable lazy frame loading」两项都激活。
  4. 点击屏幕右下角的按钮重启浏览器。

↑↑↑ 示意图:Google Chrome 中的原生懒加载功能开关 ↑↑↑

打开 JavaScript 控制台(按 F12 键),看看懒加载功能是否已经成功激活。如果成功激活,你会看到如下警告信息:

[Intervention] Images loaded lazily and replaced with placeholders. Load events are deferred.(图片以懒惰方式加载并替换为占位符。加载事件被延迟。)

都搞定了吗?那就一起深入了解 loading 吧。

loading 特性

imgiframe 元素都支持 loading 特性。切记,loading 特性的值不是让浏览器严格执行的命令,而是帮助浏览器自己决定是否要懒加载图片或者框架。

下面会介绍 loading 特性可取的三个值。在下文中的每张图片下面,你都可以看到一张表格,其中列着每个图片资源的加载时序。范围请求(译者注:原文用词为 Range response,疑似笔误)指的是一种预检图片局部的请求,用来确定图片文件的大小(参见详细原理)。如果该列有内容,证明浏览器成功发出了范围请求。

请注意 startTime 列,该列表明了在 DOM 解析后,图片的加载被推迟了多长时间。你可以使用强制刷新(CTRL + Shift + R)重新触发范围请求。

默认值:auto

<img src="auto-cat.jpg" loading="auto" alt="...">
<img src="auto-cat.jpg" alt="...">
<iframe src="https://css-tricks.com/" loading="auto"></iframe>
<iframe src="https://css-tricks.com/"></iframe>
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自动加载的车模照

↑↑↑ 示意图:自动加载的车模照 ↑↑↑

度量 / 请求 #1
encodedBodySize 20718 bytes
decodedBodySize 20718 bytes
transferSize 0 bytes
startTime 54 ms
requestStart 592 ms
responseStart 596 ms
responseEnd 601 ms
timeToFirstByte 4 ms
downloadDuration 5 ms

loading 设为 auto(或者将其置空:loading=""),可以让浏览器自己决定是否懒加载图片。决定是否懒加载要考虑很多因素,例如平台、是否处于 Data Saver 模式(译者注:Chrome 已于 2019 年 5 月 6 日废弃了该功能)、网络状况、图片大小、是图片还是 iframe 以及 CSS 的 display 属性等等。(关于考虑这些因素的原因,参见此处。)

急脾气的值:eager

<img src="auto-cat.jpg" loading="eager" alt="...">
<iframe src="https://css-tricks.com/" loading="eager"></iframe>
复制代码

急切加载的疾豹图

↑↑↑ 示意图:急切加载的急豹图 ↑↑↑

度量 / 请求 #1
encodedBodySize 24019 bytes
decodedBodySize 24019 bytes
transferSize 0 bytes
startTime 54 ms
requestStart 592 ms
responseStart 600 ms
responseEnd 605 ms
timeToFirstByte 7 ms
downloadDuration 5 ms

eager 告诉浏览器这张图片需要立即加载。如果加载已经被延迟了(比如初始值为 lazy,后来用 JavaScript 改成了eager),那么浏览器也应该立即加载图片。

懒洋洋的值:lazy

<img src="auto-cat.jpg" loading="lazy" alt="...">
<iframe src="https://css-tricks.com/" loading="lazy"></iframe>
复制代码

懒加载的懒猫图

↑↑↑ 示意图:懒加载的懒猫图 ↑↑↑

度量 / 请求 #1
encodedBodySize 12112 bytes
decodedBodySize 12112 bytes
transferSize 0 bytes
startTime 54 ms
requestStart 593 ms
responseStart 599 ms
responseEnd 604 ms
timeToFirstByte 6 ms
downloadDuration 5 ms

lazy 告诉浏览器此图片应该懒加载。懒加载到底有多「懒」,这应该由浏览器来解释,而说明文档表明,懒加载始于用户将页面滚动到图片附近之时,意即当图片即将进入视野时加载。

loading 特性的原理

与基于 JavaScript 的懒加载库不同,原生懒加载功能使用了一种预检请求来获取图片文件的前 2048 字节数据。根据预先取得的数据,浏览器会试着确定该图片的大小,便于在完整图片的位置插入一个隐形的占位符,防止加载过程中页面发生闪烁现象。

在第一个(如果图片大小小于 2 KB,一个预检请求就够了)或第二个请求完成后,完整图片一加载完毕,其 load 事件就会解除监听。请注意,如果没有完成第二个请求,那么load 事件可能会一直绑定着。

从今以后,浏览器因获取图片而发出的请求的数量可能会翻倍。每张图片对应两个请求:先是范围请求,再是完整请求。要确保你的服务器支持 HTTP Range: 0-2047 请求头,而响应状态码要用 206(部分内容),防止整个图片被传送两次。

每个用户都会发送大量的后续请求,因此 Web 服务器对 HTTP/2 协议的支持变得越来越重要。

现在我们来聊聊延迟的内容。Chrome 浏览器的渲染引擎 Blink 采用启发式技术来确定哪些内容应该延迟加载、延迟多久。Scott Little 在他的设计文档中全面地列出了确定延迟策略的条件。下面是确定延迟对象的简短策略:

  • 所有平台中设置了 loading="lazy" 的图片和框架

  • 浏览器为 Android 系统中的 Chrome,启用了 Data Saver 模式;并且满足下列条件的图片:

    • 设置了 loading="auto"loading=""
    • widthheight 特性的值都不小于 10 px
    • 非 JavaScript 插入的图片
  • 满足下列条件的框架:

    • 设置了 loading="auto"loading=""
    • 来自第三方(与被插入页面的域名或协议不同)
    • 宽、高都大于 4 像素(防止将微型跟踪框架一并延迟加载)
    • 未设置 display: nonevisibility: hidden(防止将跟踪框架一并延迟加载)
    • 未用负坐标值定位于屏幕区域以外

带有 srcset 特性的响应式图片

对于带有 srcset 特性的响应式图片,原生懒加载同样有效。srcset 特性提供了一系列图片文件供浏览器选用。根据用户的屏幕尺寸、设备像素比、网络状况等因素,浏览器会选取最适合情境的图片。像 tiny.pictures 这样的图片优化 CDN 可以实时提供备选图片,无需后端开发

<img src="https://demo.tiny.pictures/native-lazy-loading/lazy-cat.jpg" srcset="https://demo.tiny.pictures/native-lazy-loading/lazy-cat.jpg?width=400 400w, https://demo.tiny.pictures/native-lazy-loading/lazy-cat.jpg?width=800 800w" loading="lazy" alt="...">
复制代码

浏览器支持

在撰写本文时,还没有浏览器默认支持原生懒加载功能。但就像之前说的,Chrome 从 77 版本开始会默认开启懒加载。除此之外,目前还没有浏览器厂商宣称支持该功能。(Edge 将是个例外,因为它即将转为 Chromium 内核。)

你可以用几行 JavaScript 代码检查支持情况:

if ("loading" in HTMLImageElement.prototype) {
  // 支持。
} else {
  // 不支持。你可能需要引入懒加载库(下文已列出)。
}
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参见 CodePen 中 Erk Struwe(@erkstruwe)的代码示例:浏览器原生懒加载支持探测器

以模糊图片自动回退到 JavaScript 方案

多数基于 JavaScript 的懒加载库都有一个炫酷的功能:模糊占位图片(LQIP)。该功能基本上利用了这个原理:即使后来 src 特性的值会被另外的 URL 替换掉,浏览器还是会在一开始就立刻加载 img 元素。这样,我们可以在页面载入时先加载一个不清晰的小图片,之后再用完整图片代替它。

现在我们可以利用这个功能,在不支持懒加载的浏览器中模拟原生懒加载的 2 KB 范围请求,以期实现模糊占位图片相同的效果。

参见 CodePen 中 Erk Struwe(@erkstruwe)的代码示例:针对原生懒加载的 JavaScript 回退方案,以及模糊占位图片功能

总结

这个新功能着实让我激动。原生懒加载功能的发布近在眼前,会对全球互联网通信产生非凡影响。就算它只能改变启发式技术的一小部分,老实说我仍不明白为何人们不给予足够的关注。

想想吧,随着在不同的 Chrome 平台中逐渐推广、auto 值成为默认选项,世界上最流行的浏览器即将对视口外的图片和框架应用懒加载技术。决堤般的通信量会大面积击溃那些健壮性不足的网站,而且,蜂拥而至的图片探测请求也会伤及网络服务器。

接下来遭殃的就是追踪技术: 假设那些深受信赖的追踪像素和追踪框架都无法加载,那么数据分析领域及其周边产业将面临被动局面。我们只能希望他们千万别惊慌失措,千万别给每个图片都加上 loading="eager" 这项伟大功能,这样添加 loading 特性根本不是为了服务网站用户,实在暴殄天物。他们更应该改写代码,以便于被启发式技术识别为追踪像素。

Web 开发者、数据分析经理和运营经理应该立即检查自己的网站,确保前端支持原生懒加载、后端支持范围请求和 HTTP/2 协议。

万一原生懒加载功能出现问题,或者你想把图片加载优化到极致(包括自动支持 WebP、模糊占位图片等等),图片优化 CDN 能助你一臂之力。更多内容参见 tiny.pictures

参考文献

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