前端性能优化
下面是我认知的前端性能优化的策略,本书主要着手 JavaScript 优化展开阐述。
- JavaScript优化
- 非核心代码异步加载
- 浏览器缓存
- 使用CDN
- DNS预解析
- 优化资源
- 清理不必要的依赖
本文目录
image image高性能JavaScript
早期,IE浏览器的JS引擎基于“静态垃圾回收机制(Static Garbage Collection)”,该引擎监视内存中固定数量的对象来确定何时进行垃圾回收。随着Web应用的日益发展,JS引擎吃不消了。
虽然其他浏览器有着更加完善的GC和更好的性能,但大多数都是使用JS解释器来执行。
这也正解释了开篇刷 LeetCode 题时的困惑,解释型代码为什么没有编译型代码快?
因为,解释型代码必须经历把代码转换成计算机指令的过程。无论解释器多么智能,都会带来一些性能的消耗。
image而编译器已经有了各种各样的优化,可以基于词法分析去判断代码想实现什么,产生完成任务的运行最快的机器码。解释器很少有这样的优化,往往代码怎么写就怎么被执行。
2008年,JS引擎收获最大的一次性能升级,该引擎的研发代号为V8。V8是一款为 JavaScript 打造的实时(JIT)编译引擎,它把 JavaScript 代码转化为机器码来执行。紧接着其他浏览器也优化了JS引擎,这些只是编译器层面的优化,代码的性能依然需要开发人员关注。
image一、浏览器中的 JavaScript
浏览器中js代码的执行可能会阻塞浏览器的其他进程,下边列出了几点棘手的问题以及优化方式。
-
脚本阻塞:将<script>标签放在页面底部,</body>闭合标签之前。
-
延迟时间:
- 内嵌<script>不紧跟<link>标签
- 运用打包工具,合并js文件
-
无阻塞加载js:关键是在window对象的load事件触发后再下载脚本
-
使用<script>标签的defer属性
注意:defer属性仅当src属性声明时才生效 -
动态脚本加载:使用动态创建的<script>元素来下载并执行代码
注意:需要通过侦听事件,跟踪并确保脚本下载完成并准备就绪
优势是跨浏览器兼容性和易用,也是最通用的无阻塞加载的策略。 -
使用 XHR 对象下载 JavaScript 代码并注入页面中
局限性:JavaScript 文件必须和所请求的页面同域,不适用大型Web项目。
-
无阻碍脚本加载工具:YUI3、LazyLoad、LABjs
通过以上策略,可以极大地提高JavaScript的Web应用的性能。
此外,还有一些策略例如:减少js文件的大小、限制HTTP请求数。这两点策略,随着Web应用的日益复杂,可行性也随之降低,也不是做的越极致效果越好,需要实际情况具体分析。
二、数据存储的位置
数据存储的位置关系到数据的检索速度,直接影响代码执行的效率。JavaScript 有以下四种基本的数据存储位置:
- 字面量:值的记法,包括:字符串、数字、布尔值、对象、数组、函数、正则表达式,还有特殊的 null 和 undefined 值
- 本地变量:使用 var/let/const 关键字定义的数据存储单元
- 数组元素:以数字为索引,存储在 JavaScript 数组对象内部
- 对象成员:以字符串作为索引,存储在 JavaScript 对象内部
标识符解析的性能
在函数的执行过程中,每遇到一个变量,都会经历一次标识符解析过程以决定从哪里获取或存储数据。该过程的搜索执行环境是作用域链,这个搜索过程会影响性能。
注意:总的趋势是,标识符所在位置越深,它的读写速度越慢。若采用优化过的 JavaScript 引擎的浏览器性能损失会大大减少。
原型链和嵌套成员也遵从此关系。
注意作用域链的改变
可以在执行时改变作用域链,影响性能的语句:
-
with 语句:会导致一个新的变量对象被置于作用域链的首位,造成访问特定对象的属性非常快,而访问局部变量则变慢。
建议:弃用 -
try-catch语句中的 catch 子句:会把异常对象推入一个变量对象并置于作用域的首位。
建议:将错误委托给一个函数处理
闭包
闭包的[[scope]]
属性包含了与执行环境作用域链相同的对象的引用,同时会影响内存开销和执行速度,应小心使用闭包。
策略
可以通过把常用的数组元素、跨域变量保存在局部变量中来改善性能。
这种策略不推荐用于对象的成员方法,会改变this的值。
三、DOM 编程
浏览器中通常会把 DOM 和 JavaScript 独立实现,所以访问DOM元素消耗很大。
策略:减少访问DOM的次数,把运算留给ECMAScript一端。
innerHTML 对比 DOM 方法
旧版浏览器中,使用innerHTML会更快一些。在基于 WebKit 内核的新版浏览器中,用DOM略胜一筹。
策略:根据可读性、稳定性、团队习惯、代码风格来综合决定。
节点克隆
节点克隆element.cloneNode()
比创建新元素document.createElement
更有效率,但不明显。
HTML集合
返回值是集合的方法:
- document.getElementByName()
- document.getElementByClassName()
- Document.getElementByTagName()
返回值是集合的属性:
- document.images
- document.links
- document.forms
- document.forms[0].elements
HTML集合是包含DOM节点引用的类数组对象。和数组的区别是没有push和slice方法,有length属性和数字索引的方式访问元素。
HTML集合低效之源:假定实时态 assumed to be live
策略:
-
把集合的长度缓存到一个局部变量中,在循环条件的退出语句中使用该变量。
-
使用数组拷贝。
function toArr() { for (var i = 0, arr = [], len = coll.length; i < len; i++) { arr[i] = coll[i]; } return arr; }
遍历DOM
属性名 | 被替代的属性 |
---|---|
children | childNodes |
childElementCount | childNodes.length |
firstElementChild | firstChild |
lastElementChild | lastChild |
nextElementSibling | nextSibling |
previousElementSibling | previousSibling |
选择器API
queryAelectorAll()
和firstElementChild()
方法使用CSS选择器作为参数并返回一个NodeList,不会返回HTML集合。适合处理大量组合查询。
重排和重绘
在浏览器的渲染过程中,浏览器会在下载完页面所有组件之后,解析并生成两个数据结构:
- DOM Tree(DOM树)
- Render Tree(渲染树)
一旦上述两种结构构建完成,浏览器就开始绘制(paint)页面元素。
注:对重排和重绘的理解是非常必要的
重排 Reflow
定义:当DOM结构的变化影响了元素的几何属性,浏览器需要根据样式来重新计算元素出现的位置。浏览器会使渲染树中受到影响的部分失效,并重新构造渲染树。
触发Reflow的条件:
- 添加或删除可见的DOM元素
- 元素位置改变:如,添加动画效果
- 元素尺寸改变:如,改变边框宽高、内外边距等
- 内容改变:如,改变段落文字行数、图片替换等
- 浏览器Resize窗口(移动端不会出现)
- 修改默认字体
- 页面渲染器初始化
特别的:当滚动条出现时,会触发整个页面的重排
重绘 Repaint
定义:完成重排后,浏览器会根据渲染树重新绘制受影响的部分到屏幕中。
不是所有的DOM变化都会影响几何属性,例如改变一个元素的背景色只会发生一次重绘。
特别的,要注意分析改变所影响的阶段是重排还是重绘。
综上,重排和重绘都是昂贵的操作,会导致Web应用反应迟钝。所以,应该尽可能减少这类过程的发生。
渲染树的变化的排队和刷新
浏览器会通过队列化批量执行来优化重排过程。
以下获取布局的操作会导致队列刷新:
- offsetTop、offsetLeft、offsetWidth、offsetHeight
- scrollTop、scrollLeft、scrollWidth、scrollHeight
- clientTop、clientLeft、clientWidth、clientHeight
- getComputedStyle()
修改样式时,应避免以上属性。
策略:不要在布局信息改变时操作它。
最小化重排和重绘
策略:
-
合并多次对DOM和样式的修改,然后一次处理掉。(n -> 1)
如:cssText属性,className属性等。
-
尽量减少offsets等布局信息的获取次数,方法是获取一次起始位置的值,在动画循环中,直接使用变量。
-
让元素脱离动画流:拖放代理
- 使用绝对定位页面上的动画元素,将其脱离文档流。
- 让元素动起来,这时会临时覆盖部分页面,只会发生小规模重绘。
- 当动画结束时恢复定位,从而只会下移一次文档的其他元素。
-
在元素很多时,避免使用:hover
批量修改DOM
关键:“离线”操作DOM树,使用缓存,减少访问布局信息的次数。
策略:
- 使元素脱离文档流
- 隐藏元素(display:none),应用修改,重新显示。
- 使用文档片段在当前DOM之外构建一个子树(document.createDocumentFragment()),再把它拷贝回文档。(推荐)
- 将原始元素拷贝到一个脱离文档流的节点中,修改副本,完成后再替换原始元素。
- 对其应用多重改变
- 把元素带回文档中
事件委托
之前写过一篇<理解DOM事件处理程序和事件委托>的文章,涉及事件模式的基本概念、事件流、事件委托的实现等的阐述,如果大家对以上概念有所遗忘,欢迎点击链接查看原文。
每绑定一个事件处理器都会加重页面负担、延长执行时间、消耗更多的内存(因为浏览器会跟踪每个事件处理器)。
一个优雅的策略就是利用事件委托。
可以将冗长的浏览器兼容性代码移入可重用的类库:
- 访问事件对象,判断事件源
- 取消文档树中的冒泡
- 阻止默认动作
四、算法和流程控制
大部分性能问题的来源是低效的算法或工具编写出的糟糕代码。
循环
代码执行的大部分消耗在循环。
JS循环的类型:
-
for循环
image
注:for循环初始化中var语句会创建一个函数级的变量,应尽可能使用ES6中的let语句定义循环级变量。
- while 循环:和for类似,是最简单的前测循环
- do-while 循环:唯一的后测循环,循环体至少运行一次。
- for-in 循环:枚举任何对象的属性名key
- for-of 循环:ES6新特性,枚举任何对象的值value
拓展知识:for-in 和 for-of 区别
所返回的属性:
- 对象的实例属性
- 从原型链中继承的属性
循环性能:for-in 明显慢
由于每次操作会同时搜索实例和原型属性,查询散列键,会产生更多开销。所以,除了明确需要迭代一个属性数量未知的对象,其他情况应避免使用for-in。
若其他循环的性能都差不多,其实只有两个因素可以提升整体性能:
- 减少每次迭代的工作量:限制循环中的耗时操作总数
- 最小化属性查找
关键:减少对象成员及数组项的查找次数
策略:只查找一次属性,并把值存到一个局部变量中。例如:var len = items.length;
- 倒序循环
通常,数组项的顺序与所要执行的任务无关。倒序循环是编程语言中一种通用的性能优化方式。
- 最小化属性查找
当循环复杂度为O(n)时,减少每次迭代的工作量是最有效的。当复杂度大于O(n),建议着重减少迭代次数。
- 减少迭代的次数
达夫设备(Duff's Device):循环体展开技术,一次迭代中实际执行了多次迭代的操作。
迭代数超过1000,使用 Duff's Device 的执行效率将明显提升。
基于函数的迭代 forEach() 明显慢
原因:对每个数组项调用外部方法所带来的额外开销。
条件语句
if-else 对比 switch
基于测试条件的数量选择:条件数量越大,越倾向于使用switch,易读性强且速度快。
大多数语言对 switch 语句的实现都采用了 branch table(分支表)索引进行优化。
优化 if-else
- 最小化到达正确分支前所需条件判断的次数
策略:条件语句按照从大概率到小概率的顺序排列 - 把 if-else 组织成一系列嵌套的if-else 语句
策略:二分法把值域分成一系列区间,逐步缩小范围。
适用范围:有多个值域需要测试。
查找表
当条件语句数量很大或有大量散离值需要测试时,使用数组和普通对象构建查找表访问数据比较快。
优点:当单个键和单个值之间存在逻辑映射时,随着候选值增加,几乎不产生额外开销。
递归
传统算法的递归实现:阶层函数
潜在问题;
- 假死
策略:为了安全在浏览器工作,可以迭代和Memoization结合使用。 - 浏览器调用栈大小限制 Call stack size limites
当超过最大调用栈容量时,浏览器会报错,可以用try-catch定位。
策略:ES6中使用尾递归就不会发生栈溢出,相对节省性能。
五、字符串和正则表达式
字符串连接
方法 | 示例 |
---|---|
The + operator | str = "a" + "b" + "c"; |
The += operator | str = "a"; str += "b"; str += "c"; |
array.join() | str = ["a", "b", "c"].join(""); |
string.concat() | str = "a"; str = str.concat("b","c"); |
转义字符"" | 在每一行的最后,都加上转义斜线 \ |
使用es6模版字符串 | 使用键盘1左边的字符 ` 拼接 |
字符串连接优化
str += 'zhu' + 'yue'; //2个以上的字符串拼接,会在内存中产生临时字符串
str = str + 'zhu' + 'yue'; //推荐,直接附加内容给str,提速10%~40%
浏览器合并字符串时分配的方法:除IE外,为表达式左侧的字符串分配更多的内存,然后简单地将第二个字符串拷贝至它的末尾。
正则表达式优化
使用正则表达式和倒序循环可以简单实现trim方法,去首尾空白。
优化正则表达式的策略:
- 具体化分隔符之间的字符串匹配模式
- 使用预查和反向引用的模拟原子组
- 避免嵌套量词与回溯失控
- 关注如何让匹配更快失败
- 以简单必需的字元开始
- 使用量词模式,使它们后面的字元互斥
- 较少分支数量,缩小分支范围
- 把正则表达式赋值给变量并重用
- 化繁为简
何时不使用正则表达式
- 在特定位置上提取并检查字符串的值:slice、substr、substring
- 查找特定字符串位置,或者判断它们是否存在:indexOf、lastIndexOf
六、快速响应的用户界面
Web Workers 引入了一个接口,能使代码运行且不占用浏览器线程的时间。
Worker的运行环境:
- 一个 navigator 对象,只包括四个属性:appName、appVersion、user Agent 和 platform
- 一个 location 对象(与window.location 相同,不过所有属性都是只读的)
- 一个 importScripts() 方法,用来加载 Worker 所用到的外部 JavaScript 文件
- 所有的 ECMAScript 对象
- XMLHTTPRequest 构造器
- setTimeout() 和 setInterval() 方法
- 一个 close() 方法,可以立即停止 Worker 运行。
Web Workers 实际应用
Web Workers 适用于:
- 处理纯数据
- 与浏览器无关的长时间运行脚本
- 编码/解码大字符串
- 复杂数学运算,如:图像和视频
- 大数组排序
例子:解析一个很大的JSON字符串
var worker = new Worker("jsonParser.js");
//数据就位时,调用事件处理器
worker.onmessage = function (event) {
//JSON结构被回传回来
var jsonData = event.data;
//使用JSON结构
evaluateData(jsonData);
};
//传入要解析的大段JSON字符串
worker.postMessage(jsonText);
jsonParser.js文件中 Worker 中负责解析JSON的代码:
//当JSON数据存在时,该事件处理器会被调用
self.onmessage = function (event) {
//JSON字符串由event.data传入
var jsonText = event.data;
//解析
var jsonData = JSON.parse(jsonText);
//回传结果
self.postMessage(jsonData);
}
超过100毫秒的处理过程,应该考虑 Worker 方案。
七、AJAX
常常使用XMLHttpRequest(XHR)、Dynamic script tag insertion、multipart XHR技术向服务器请求数据。
XMLHttpRequest:可以参考之前写过的文章 用原生JS封装AJAX
Dynamic script tag insertion:可以跨域请求数据
multipart XHR:将服务端资源打包成约定好的字符串分割的长字符串,并发送到客户端。
数据格式:JSON
此章节优化主要是有效的利用浏览器缓存,还有本章没有提及的现在逐渐开始流行的 fetch API也值得讨论。
八、编程实践
- 避免双重求值,即在JavaScript代码中执行另一段JavaScript代码,是JavaScript运行期性能优化的关键。
- 使用 Object/Array 直接量
- 通过延迟加载和条件预加载,避免重复工作
- 使用语言中速度快的部分,如:位操作(
& | ^ ~
)、原生方法
九、构建并部署高性能JavaScript应用
构建和部署的过程对基于js的web应用的性能有着巨大影响。这个过程中最重要的步骤有:
- 使用Gzip合并、压缩js文件,能够减少约70%的体积。
- 通过正确设置HTTP响应头来缓存js文件,通过向文件名增加时间戳来避免缓存问题。
- 使用CDN提供js文件;CDN不仅可以提升性能,也帮助管理文件的压缩与缓存。
- 使用Webpack构建。
拓展:前端构建工具的发展
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