前端性能优化最佳实践

作者: IT程序狮 | 来源:发表于2016-04-22 09:29 被阅读774次

作者：minwe
原文地址：https://csspod.com/frontend-performance-best-practices/

本文主要考量客户端性能、服务器端和网络性能，内容框架来自 Yahoo Developer Network，包含 7 个类别共 35 条前端性能优化最佳实践，在此基础上补充了一些相关或者更符合主流技术的内容。

同时，建议关注及时更新的 Google 性能优化指南。

页面内容
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1.1 减少 HTTP 请求数

Web 前端 80% 的响应时间花在图片、样式、脚本等资源下载上。浏览器对每个域名的连接数是有限制的，减少请求次数是缩短响应时间的关键。

通过简洁的设计减少页面所需资源，进而减少 HTTP 请求，这是最直接的方式，前提是你的 Boss、设计师同事不打死你。所以，还是另辟蹊径吧：

合并 JavaScript、CSS 等文件；
服务器端（CDN）自动合并
基于 Node.js 的文件合并工具一抓一大把
使用CSS Sprite：将背景图片合并成一个文件，通过background-image和background-position控制显示；
Sprite Cow
Spritebox

逐步被 Icon Font 和 SVG Sprite 取代。

Image Map：合并图片，然后使用坐标映射不同的区域（演示）。

缺点：仅适用于相连的图片；设置坐标过程乏味且易出错；可访性问题。不推荐使用这种过时的技术。

Inline Image：使用 Data URI scheme 将图片嵌入 HTML 或者 CSS 中。

会增加文件大小，也可能产生浏览器兼容及其他性能问题（有待整理补充）。

未来的趋势是使用内嵌 SVG。

1.2 减少 DNS 查询

用户输入 URL 以后，浏览器首先要查询域名（hostname）对应服务器的 IP 地址，一般需要耗费 20-120 毫秒 时间。DNS 查询完成之前，浏览器无法从服务器下载任何数据。

基于性能考虑，ISP、局域网、操作系统、浏览器都会有相应的 DNS 缓存机制。

IE 缓存 30 分钟，可以通过注册表中DnsCacheTimeout项设置；
Firefox 混存 1 分钟，通过network.dnsCacheExpiration配置；
（TODO：补充其他浏览器缓存信息）

首次访问、没有相应的 DNS 缓存时，域名越多，查询时间越长。所以应尽量减少域名数量。但基于并行下载考虑，把资源分布到 2 个域名上（最多不超过 4 个）。这是减少 DNS 查询同时保证并行下载的折衷方案。

1.3 避免重定向

HTTP 重定向通过301/302状态码实现。

HTTP/1.1 301 Moved Permanently  
Location: http://example.com/newuri  
Content-Type: text/html

客户端收到服务器的重定向响应后，会根据响应头中Location的地址再次发送请求。重定向会影响用户体验，尤其是多次重定向时，用户在一段时间内看不到任何内容，只看到浏览器进度条一直在刷新。

有时重定向无法避免，在糟糕也比抛出 404 好。虽然通过 HTML meta refresh 和 JavaScript 也能实现，但首选HTTP 3xx跳转，以保证浏览器「后退」功能正常工作（也利于 SEO）。

最浪费的重定向经常发生、而且很容易被忽略：URL 末尾应该添加/但未添加。比如，访问http://astrology.yahoo.com/astrology将被 301 重定向到http://astrology.yahoo.com/astrology/（注意末尾的/）。如果使用 Apache，可以通过Alias或mod_rewrite或DirectorySlash解决这个问题。
网站域名变更：CNAME 结合Alias或mod_rewrite或者其他服务器类似功能实现跳转。

1.4 缓存 Ajax 请求

Ajax 可以提高用户体验。但「异步」不意味着「及时」，优化 Ajax 响应速度提高性能仍是需要关注的主题。

最重要的的优化方式是缓存响应结果，详见添加 Expires 或 Cache-Control 响应头。

以下规则也关乎 Ajax 响应速度：

1.5 延迟加载

页面初始加载时哪些内容是绝对必需的？不在答案之列的资源都可以延迟加载。比如：

非首屏使用的数据、样式、脚本、图片等；
用户交互时才会显示的内容。

遵循「渐进增强」理念开发的网站：JavaScript 用于增强用用户体验，但没有（不支持） JavaScript 也能正常工作，完全可以延迟加载 JavaScript。

1.6 预先加载

预先加载利用浏览器空闲时间请求将来要使用的资源，以便用户访问下一页面时更快地响应。

无条件预先加载：页面加载完成（load）后，马上获取其他资源。以 google.com 为例，首页加载完成后会立即下载一个 Sprite 图片，此图首页不需要，但是搜索结果页要用到。
有条件预先加载：根据用户行为预判用户去向，预载相关资源。比如 search.yahoo.com 开始输入时会有额外的资源加载。

Chrome 等浏览器的地址栏也有类似的机制。

有「阴谋」的预先加载：页面即将上线新版前预先加载新版内容。网站改版后由于缓存、使用习惯等原因，会有旧版的网站更快更流畅的反馈。为缓解这一问题，在新版上线之前，旧版可以利用空闲提前加载一些新版的资源缓存到客户端，以便新版正式上线后更快的载入（好一个「心机猿」:scream:）。

TODO: Prefetch 相关细节

Resource Hints Spec

1.7 减少 DOM 元素数量

复杂的页面不仅下载的字节更多，JavaScript DOM 操作也更慢。例如，同是添加一个事件处理器，500 个元素和 5000 个元素的页面速度上会有很大区别。

从以下几个角度考虑移除不必要的标记：

是否还在使用表格布局？
塞进去更多的<div>仅为了处理布局问题？也许有更好、更语义化的标记。
能通过伪元素实现的功能，就没必要添加额外元素，如清除浮动。

浏览器控制台中输入以下代码可以计算出页面中有多少 DOM 元素：

document.getElementsByTagName('*').length;

对比标记良好的的网站，看看差距是多少。

为什么不使用表格布局？

更多的标签，增加文件大小；
不易维护，无法适应响应式设计；
性能考量，默认的表格布局算法会产生大量重绘（参见表格布局算法）。

1.8 划分内容到不同域名

浏览器一般会限制每个域的并行线程（一般为 6 个，甚至更少），使用不同的域名可以最大化下载线程，但注意保持在 2-4 个域名内，以避免 DNS 查询损耗。

例如，动态内容放在csspod.com上，静态资源放在static.csspod.com上。这样还可以禁用静态资源域下的 Cookie，减少数据传输，详见 Cookie 优化。

1.9 尽量减少 iframe 使用

使用 iframe 可以在页面中嵌入 HTML 文档，但有利有弊。

<iframe>优点：

可以用来加载速度较慢的第三方资源，如广告、徽章；
可用作安全沙箱；
可以并行下载脚本。

<iframe>缺点：

加载代价昂贵，即使是空的页面；
阻塞页面load事件触发；

Iframe 完全加载以后，父页面才会触发load事件。 Safari、Chrome 中通过 JavaScript 动态设置iframe src可以避免这个问题。

缺乏语义。

1.10 避免 404 错误

HTTP 请求很昂贵，返回无效的响应（如 404 未找到）完全没必要，降低用户体验而且毫无益处。

一些网站设计很酷炫、有提示信息的 404 页面，有助于提高用户体验，但还是浪费服务器资源。尤其糟糕的是外部脚本返回 404，不仅阻塞其他资源下载，浏览器还会尝试把 404 页面内容当作 JavaScript 解析，消耗更多资源。

1.11 补充规则：

定义字符集，并放在<head>顶部。大多数浏览器会暂停页面渲染，直到找到字符集定义。

服务器
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服务器相关优化设置可参考 H5BP 相关项目：

2.1 使用 CDN

网站 80-90% 响应时间消耗在资源下载上，减少资源下载时间是性能优化的黄金发则。

相比分布式架构的复杂和巨大投入，静态内容分发网络（CDN）可以以较低的投入，获得加载速度有效提升。

2.2 添加 Expires 或 Cache-Control 响应头

静态内容：将Expires响应头设置为将来很远的时间，实现「永不过期」策略；
动态内容：设置合适的Cache-Control响应头，让浏览器有条件地发起请求。

2.3 启用 Gzip

Gzip 压缩通常可以减少 70% 的响应大小，对某些文件更可能高达 90%，比 Deflate 更高效。主流 Web 服务器都有相应模块，而且绝大多数浏览器支持 gzip 解码。所以，应该对 HTML、CSS、JS、XML、JSON 等文本类型的内容启用压缩。

注意，图片和 PDF 文件不要使用 gzip。它们本身已经压缩过，再使用 gzip 压缩不仅浪费 CPU 资源，而且还可能增加文件体积。

对于不支持的 Gzip 的用户代理，通过设置 Vary 响应头，返回为压缩的数据：

Vary: *

2.4 配置 Etag

Etag 通过文件版本标识，方便服务器判断请求的内容是否有更新，如果没有就响应304，避免重新下载。

当然，启用 Etag 可能会导致其他问题，还需要根据具体情况做判断。（TODO：补充相关内容）

2.5 尽早输出（flush）缓冲

用户请求页面时，服务器通常需要花费 200 ~ 500 毫秒来组合 HTML 页面。在此期间，浏览器处于空闲、等待数据状态。使用PHP 中的 flush() 函数，可以发送部分已经准备好的 HTML 到浏览器，以便服务器还在忙于处理剩余页面时，浏览器可以提前开始获取资源。

可以考虑在</head>之后输出一次缓冲，HTML head 一般比较容易生成，先发送以便浏览器开始获取<head>里引用的 CSS 等资源。

Example:

<!-- css, js -->  
</head>  
<?php flush(); ?>  
<body>  
<!-- content -->

2.6 Ajax 请求使用 GET 方法

浏览器执行 XMLHttpRequest POST 请求时分成两步，先发送 Header，再发送数据。而 GET 只使用一个 TCP 数据包发送数据，所以首选GET方法。

根据 HTTP 规范，GET 用于获取数据，POST 则用于向服务器发送数据，所以 Ajax 请求数据时使用 GET 更符合规范（GET 和 POST 对比）。

IE 中最大 URL 长度为 2K，如果超出 2K，则需要考虑使用POST方法。

2.7 避免图片 src 为空

图片src属性值为空字符串可能以下面两种形式出现：

HTML：

<img src="" />

JavaScript：

var img = new Image();  
img.src = "";

虽然src属性为空字符串，但浏览器仍然会向服务器发起一个 HTTP 请求：

IE 向页面所在的目录发送请求；
Safari、Chrome、Firefox 向页面本身发送请求；
Opera 不执行任何操作。

以上数据较老，当下主流版本可能会有改变。

空src产生请求的后果不容小憩：

给服务器造成意外的流量负担，尤其时日 PV 较大时；
浪费服务器计算资源；
可能产生报错。

当然，浏览器如此实现也是根据 RFC 3986 - Uniform Resource Identifiers，当空字符串作为 URI 出现时，被当成相对 URI，具体算法参见规范 5.2 节。

参考链接：

Empty image src can destroy your site

空的href属性也存在类似问题。用户点击空链接时，浏览器也会向服务器发送 HTTP 请求，可以通过 JavaScript 阻止空链接的默认的行为。

Cookie
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3.1 减少 Cookie 大小

Cookie 被用于身份认证、个性化设置等诸多用途。Cookie 通过 HTTP 头在服务器和浏览器间来回传送，减少 Cookie 大小可以降低其对响应速度的影响。

去除不必要的 Cookie；
尽量压缩 Cookie 大小；
注意设置 Cookie 的 domain 级别，如无必要，不要影响到sub-domain；
设置合适的过期时间。

更多细节参考 When the Cookie Crumbles。

3.2 静态资源使用无 Cookie 域名

静态资源一般无需使用 Cookie，可以把它们放在使用二级域名或者专门域名的无 Cookie 服务器上，降低 Cookie 传送的造成的流量浪费，提高响应速度。

CSS
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4.1 把样式表放在<head>中

把样式表放在<head>中可以让页面渐进渲染，尽早呈现视觉反馈，给用户加载速度很快的感觉。

这对内容比较多的页面尤为重要，用户可以先查看已经下载渲染的内容，而不是盯着白屏等待。

如果把样式表放在页面底部，一些浏览器为减少重绘，会在 CSS 加载完成以后才渲染页面，用户只能对着白屏干瞪眼，用户体验极差。

4.2 不要使用 CSS 表达式

CSS 表达式可以在 CSS 里执行 JavaScript，仅 IE5-IE7 支持，IE8 标准模式已经废弃。

CSS 表达式超出预期的频繁执行，页面滚动、鼠标移动时都会不断执行，带来很大的性能损耗。

IE7 及更低版本的浏览器已经逐渐成为历史，忘记它吧。

4.3 使用<link>替代@import

对于 IE 某些版本，@import的行为和<link>放在页面底部一样。所以，不要用它。

4.4 不要使用 filter

AlphaImageLoader为 IE5.5-IE8 专有的技术，和 CSS 表达式一样，放进博物馆吧。

注意：
这里所说的不是 CSS3 Filter，参考文章 Understanding CSS Filter Effects

JavaScript
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5.1 把脚本放在页面底部

浏览器下载脚本时，会阻塞其他资源并行下载，即使是来自不同域名的资源。因此，最好将脚本放在底部，以提高页面加载速度。

一些特殊场景无法将脚本放到页面底部的，可以考虑<script>的以下属性：

defer属性；
HTML5 新增的 async属性。

5.2 使用外部 JavaScript 和 CSS

外部 JavaScript 和 CSS 文件可以被浏览器缓存，在不同页面间重用，也能降低页面大小。

当然，实际中也需要考虑代码的重用程度。如果仅仅是某个页面使用到的代码，可以考虑内嵌在页面中，减少 HTTP 请求数。另外，可以在首页加载完成以后，预先加载子页面的资源。

5.3 压缩 JavaScript 和 CSS

压缩代码可以移除非功能性的字符（注释、空格、空行等），减少文件大小，提高载入速度。

得益于 Node.js 的流行，开源社区涌现出许多高效、易用的前端优化工具，JavaScript 和 CSS 压缩类的，不敢说多如牛毛，多入鸡毛倒是一点不夸张，如 UglifyJS 2、csso、cssnano 等。

对于内嵌的 CSS 和 JavaScript，也可以通过 htmlmin 等工具压缩。

这些项目都有 Gulp、Webpack 等流行构建工具的配套版本。

5.4 移除重复脚本

重复的脚本不仅产生不必要的 HTTP 请求，而且重复解析执行浪费时间和计算资源。

5.5 减少 DOM 操作

JavaScript 操作 DOM 很慢，尤其是 DOM 节点很多时。

使用时应该注意：

缓存已经访问过的元素；
使用 DocumentFragment 暂存 DOM，整理好以后再插入 DOM 树；
操作 className，而不是多次读写style；
避免使用 JavaScript 修复布局。

5.6 使用高效的事件处理

减少绑定事件监听的节点，如通过事件委托；
尽早处理事件，在DOMContentLoaded即可进行，不用等到load以后。

对于resize、scroll等触发频率极高的事件，应该通过 debounce 等机制降低处理程序执行频率。

TODO: 补充相关内容 http://demo.nimius.net/debounce_throttle/

图片
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6.1 优化图片

YDN 列出的相关工具缺乏易用性，建议参考以下工具。

TODO:

PNG 终极优化；
Webp 相关内容；
SVG 相关内容。

PNG 终极优化： - Most Effective Method to Reduce and Optimize PNG Images - Clever PNG Optimization Techniques

6.2 优化 CSS Sprite

水平排列 Sprite 中的图片，垂直排列会增加图片大小；
Spirite 中把颜色较近的组合在一起可以降低颜色数，理想状况是低于 256 色以适用 PNG8 格式；
不要在 Spirite 的图像中间留有较大空隙。减少空隙虽然不太影响文件大小，但可以降低用户代理把图片解压为像素图的内存消耗，对移动设备更友好。

6.3 不要在 HTML 中缩放图片

不要使用HTML中的width、height缩放图片，如果用到小图片，就使用相应大小的图片。

很多 CMS 和 CDN 都提供图片裁切功能。

6.4 使用体积小、可缓存的 favicon.ico

Favicon.ico 一般存放在网站根目录下，无论是否在页面中设置，浏览器都会尝试请求这个文件。

所以确保这个图标：

存在（避免 404）；
尽量小，最好小于 1K；
设置较长的过期时间。

对于较新的浏览器，可以使用 PNG 格式的 favicon。

参考链接：

Favicons, Touch Icons, Tile Icons, etc. Which Do You Need?

6.5 图片相关补充

设置图片的宽和高，以免浏览器按照「猜」的宽高给图片保留的区域和实际宽高差异，产生重绘。

移动端
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移动端优化相关内容有待进一步整理补充。

7.1 保持单个文件小于 25 KB

7.2 打包内容为分段（multipart）文档

参考链接
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The Psychology of Web Performance

前端性能优化最佳实践

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