性能优化 - 前端性能监控和性能指标计算方式

性能优化 - 前端性能监控和性能指标计算方式

  • 前言
  • [一. 性能指标介绍](#一. 性能指标介绍)
    • [1.1 单一指标介绍](#1.1 单一指标介绍)
    • [1.2 指标计算](#1.2 指标计算)
      • [① Redirect(重定向耗时)](#① Redirect(重定向耗时))
      • [② AppCache(应用程序缓存的DNS解析)](#② AppCache(应用程序缓存的DNS解析))
      • [③ DNS(DNS解析耗时)](#③ DNS(DNS解析耗时))
      • [④ TCP(TCP连接耗时)](#④ TCP(TCP连接耗时))
      • [⑤ TTFB(请求响应耗时)](#⑤ TTFB(请求响应耗时))
      • [⑥ Trans(内容传输耗时)](#⑥ Trans(内容传输耗时))
      • [⑦ DOM(DOM解析耗时)](#⑦ DOM(DOM解析耗时))
    • [1.3 FP(first-paint) 和 FCP(first-contentful-paint)](#1.3 FP(first-paint) 和 FCP(first-contentful-paint))
    • [1.4 LCP(Largest Contentful Paint)](#1.4 LCP(Largest Contentful Paint))
    • [1.5 LongTask长任务统计](#1.5 LongTask长任务统计)
  • [二. 性能指标计算测试](#二. 性能指标计算测试)
    • [2.1 衡量网络请求响应时间的指标](#2.1 衡量网络请求响应时间的指标)
    • [2.2 衡量页面加载速度的指标](#2.2 衡量页面加载速度的指标)
    • [2.3 TTI(Time to Interactive)衡量页面可交互性的指标](#2.3 TTI(Time to Interactive)衡量页面可交互性的指标)
    • [2.4 TBT(Total Blocking Time)](#2.4 TBT(Total Blocking Time))
    • [2.5 总结](#2.5 总结)

前言

利用LightHouse进行合理的页面性能优化 这篇文章主要讲解了如何使用Lighthouse。 这里把相关图片再展示一下:

我们可以看到Lighthouse计算的时候,会根据这几个维度的指标来计算总分。那么本篇文章,就主要讲解下前端性能监控相关的重要指标含义和计算方式。

一. 性能指标介绍

在介绍指标之前,我们首先应当知道这些数据可以从哪里获取。JS里面,有一个 performance 对象,它是专门用来用于性能监控的对象,内置了一些前端需要的性能参数。

我们随便打开一个浏览器,在终端控制台输入以下内容:

javascript 复制代码
performance.getEntriesByType('navigation')

如图:

1.1 单一指标介绍

  1. navigationStart:导航开始的时间,即浏览器开始获取页面的时间。
  2. redirectCount:重定向次数,表示在导航过程中发生的重定向次数。
  3. type:导航类型,可能的取值有:
    • navigate:常规导航,例如用户点击链接或输入URL进行的导航。
    • reload:页面重新加载。
    • back_forward:通过浏览器的前进或后退按钮导航。
  4. unloadEventStart:前一个页面的unload事件开始的时间。
  5. unloadEventEnd:前一个页面的unload事件结束的时间。
  6. redirectStart:重定向开始的时间。
  7. redirectEnd:重定向结束的时间。
  8. fetchStart:浏览器开始获取页面资源的时间。
  9. domainLookupStart:域名解析开始的时间。
  10. domainLookupEnd:域名解析结束的时间。
  11. connectStart:建立与服务器连接开始的时间。
  12. connectEnd:建立与服务器连接结束的时间。
  13. secureConnectionStart:安全连接开始的时间,如果不是安全连接,则该值为0。
  14. requestStart:向服务器发送请求的时间。
  15. responseStart:接收到服务器响应的时间。
  16. responseEnd:接收到服务器响应并且所有资源都已接收完成的时间。
  17. domLoading:开始解析文档的时间。
  18. domInteractive:文档解析完成并且所有子资源(例如图片、样式表等)也已加载完成的时间。
  19. domContentLoadedEventStartDOMContentLoaded事件开始的时间,表示HTML文档解析完成并且所有脚本文件已下载完成。
  20. domContentLoadedEventEndDOMContentLoaded事件结束的时间,表示所有脚本文件已执行完成。
  21. domComplete:文档和所有子资源(例如图片、样式表等)都已完成加载的时间。
  22. loadEventStartload事件开始的时间,表示所有资源(包括图片、样式表、脚本文件等)都已加载完成。
  23. loadEventEndload事件结束的时间,表示所有资源(包括图片、样式表、脚本文件等)都已执行完成。

1.2 指标计算

我们看下图

我们从上图出发,分别对各个阶段进行计算,我们说下几个比较重要的阶段,按照从左往右的顺序。

① Redirect(重定向耗时)

表示从重定向开始(redirectStart)到重定向结束的时间(redirectEnd)的时间间隔,它反映了浏览器在这段时间内完成了重定向的过程:

javascript 复制代码
const redirectTime = redirectEnd - redirectStart

② AppCache(应用程序缓存的DNS解析)

这一部分也是在进行DNS解析,在使用AppCache(应用程序缓存)的情况下,浏览器会在加载页面时检查缓存中是否存在相应的资源,并根据需要更新缓存:

javascript 复制代码
const appcacheTime = domainLookupStart - fetchStart

③ DNS(DNS解析耗时)

DNS解析耗时:在浏览器加载网页时,当需要与服务器建立连接时,浏览器会首先进行DNS解析,将域名转换为对应的IP地址。DNS解析的过程包括向DNS服务器发送查询请求、等待DNS服务器响应以及获取到IP地址。

javascript 复制代码
dns = domainLookupEnd - domainLookupStart

④ TCP(TCP连接耗时)

TCP连接耗时:在浏览器加载网页时,当浏览器需要与服务器建立连接时,它会向服务器发送请求,并等待服务器响应。建立连接的过程包括TCP握手、SSL握手等。

javascript 复制代码
tcp = connectEnd - connectStart

其中还有建立SSL连接的时间,包括在TCP耗时里面。

javascript 复制代码
ssl = connectEnd - secureConnectionStart

⑤ TTFB(请求响应耗时)

请求耗时:从发送请求到接收到服务器响应的第一个字节所花费的时间。

javascript 复制代码
ttfb = responseStart - requestStart

⑥ Trans(内容传输耗时)

当浏览器发送请求后,服务器会返回相应的响应,这个差值就是衡量浏览器接收服务器响应的耗时。

javascript 复制代码
trans = responseEnd - responseStart

⑦ DOM(DOM解析耗时)

DOM这一块比较复杂,实际上还能分成3个小DOM阶段。

  1. 阶段一(注意,上图中并没有显式地展示出来 ):解析DOM阶段。
javascript 复制代码
const dom1 = domInteractive - responseEnd
  1. 阶段二:文档解析完成,html、js解析完成,css、图片加载完成。即加载DOM阶段。
javascript 复制代码
const dom2 = domComplete-domInteractive
  1. 阶段二当中还可以分出一小个阶段:代表从开始加载DOM内容到DOM内容加载完成的时间间隔。
javascript 复制代码
const domLoaded = domContentLoadedEventEnd - domContentLoadedEventStart

1.3 FP(first-paint) 和 FCP(first-contentful-paint)

FP(first-paint)FCP(first-contentful-paint)

FP指的是浏览器首次将像素渲染到屏幕上的时间点 ,即页面开始渲染的时间点。通常情况下,FP是指浏览器首次绘制任何可见的内容,包括背景色、文字、图片等,但不包括用户界面的控件,比如滚动条、按钮等。

FCP指的是浏览器首次将页面的有意义的内容渲染到屏幕上的时间点,即页面开始呈现有意义的内容的时间点。有意义的内容可以是文本、图片、视频等,但不包括背景色、边框等无意义的内容。

一般情况下,两者基本上没有什么区别,来说下两者的获取方式:

javascript 复制代码
const fp = performance.getEntriesByName('first-paint')[0].startTime
const fcp = performance.getEntriesByName('first-contentful-paint')[0].startTime

后面我们都只说FCP

1.4 LCP(Largest Contentful Paint)

LCP:Largest Contentful Paint它表示在页面加载过程中,最大的可见内容元素(例如图片、视频、文本块等)加载完成并呈现在屏幕上的时间点。,是测量加载速度感知的重要指标之一。

获取方式,我们主要通过Performance 来进行监听:

javascript 复制代码
new PerformanceObserver((entryList) => {
    var maxSize = 0;
    var renderTime = 0;
    for (var entry of entryList.getEntries()) {
        // 渲染的内容看最大值
        if(entry.size > maxSize){
            maxSize = entry.size;
            renderTime = entry.startTime;
        }
    }
    console.log('LCP', renderTime)
}).observe({type: 'largest-contentful-paint', buffered: true});

1.5 LongTask长任务统计

LongTask(长任务)是指在JavaScript主线程上执行时间超过50毫秒 的任务。这些任务可能是复杂的计算、大量数据处理、DOM操作或其他耗时的操作。

我们可以通过以下方式来获取:

javascript 复制代码
new PerformanceObserver((entryList) => {
    var list = entryList.getEntries();
    var entry = list[list.length-1];
    if(entry){
        console.log('LongTask',entry.startTime)
    }
}).observe({type: 'longtask', buffered: true});

一般我们取最后一个就是长任务的总耗时。这个值越低,性能越高。

二. 性能指标计算测试

贴出案例代码:

javascript 复制代码
function test() {
    const entry = performance.getEntriesByType('navigation')[0]
    const {
        domComplete, secureConnectionStart, domInteractive, domContentLoadedEventStart, domainLookupEnd,
        domainLookupStart, connectEnd, connectStart, responseStart, requestStart, responseEnd, loadEventStart, domContentLoadedEventEnd, fetchStart, redirectEnd, redirectStart
    } = entry
    // redirectTime
    const redirectTime = redirectEnd - redirectStart
    // appcacheTime
    const appcacheTime = domainLookupStart - fetchStart
    // DNS解析时间
    const dnsTime = domainLookupEnd - domainLookupStart
    // TCP建立时间
    const tcpTime = connectEnd - connectStart
    // ssl 时间
    const sslTime = connectEnd - secureConnectionStart
    // requestTime 读取页面第一个字节的时间(请求时间)
    const requestTime = responseStart - requestStart
    // 返回响应时间
    const responseTime = responseEnd - responseStart
    // domContentLoadedEventEnd - domContentLoadedEventStart
    const domLoaded = domContentLoadedEventEnd - domContentLoadedEventStart
    // loadEventEnd - loadEventStart
    const loadTime = loadEventStart - domContentLoadedEventEnd
    const dom1 = domInteractive - responseEnd
    // 解析dom树耗时
    const dom2 = domComplete - domInteractive
    console.log('********各个阶段的消耗耗时********')
    console.log('redirectTime', redirectTime)
    console.log('appcacheTime', appcacheTime)
    console.log('dnsTime', dnsTime)
    console.log('tcpTime', tcpTime, '其中包括ssl时间', sslTime)
    console.log('TTFB(请求响应耗时)', requestTime)
    console.log('Trans(内容传输耗时)', responseTime)
    console.log('解析`DOM`阶段', dom1)
    console.log('加载`DOM`阶段', dom2, '其中包括(domContentLoadedEventEnd - domContentLoadedEventStart)', domLoaded)
    console.log('load事件耗时', loadTime)


    console.log('********校验时间差********')
    console.log('***********校验 responseStart - fetchStart差值**************');
    console.log('responseStart - fetchStart', responseStart - fetchStart)
    console.log('appCache + dns+ tcp + requestTime 总和:', appcacheTime + dnsTime + tcpTime + requestTime)

    console.log('***********校验 domInteractive - fetchStart差值**************');
    const tmp = appcacheTime + dnsTime + tcpTime + requestTime + responseTime
    const diff = domInteractive - fetchStart
    console.log('domInteractive - fetchStart', diff)
    console.log( 'appCache + dns+ tcp + request + response, 总和:', tmp, ', 空白时间', diff - tmp)
    console.log('空白时间(就是文档解析和构建DOM树的过程),即DOM1(domInteractive - responseEnd)', dom1)

    // 算一下domCompelete - fetchStart
    console.log('domCompelete - fetchStart', domComplete - fetchStart)

    console.log('********FCP********')
    const fcp = performance.getEntriesByName('first-contentful-paint')[0].startTime
    console.log("LCP(通过performance.getEntriesByName('first-contentful-paint')计算出来的)", fcp)

    console.log('********LCP********')
    new PerformanceObserver((entryList) => {
        var maxSize = 0;
        var renderTime = 0;
        for (var entry of entryList.getEntries()) {
            // 渲染的内容看最大值
            if (entry.size > maxSize) {
                maxSize = entry.size;
                renderTime = entry.startTime;
            }
        }
        console.log('LCP', renderTime)
    }).observe({ type: 'largest-contentful-paint', buffered: true });
    console.log('********LongTask********')
    new PerformanceObserver((entryList) => {
        var list = entryList.getEntries();
        var entry = list[list.length - 1];
        if (entry) {
            console.log('LongTask', entry.startTime)
        }
    }).observe({ type: 'longtask', buffered: true });
}

复制这段代码到浏览器中,然后运行test()即可,结果如下:(FCP打印错了)

代码里主要打印了各个阶段的耗时时长。我们主要看下下半部分的校验部分。再把上面的图搬过来对照着看:

2.1 衡量网络请求响应时间的指标

从发起网络请求(fetchStart)到服务器开始响应(responseStart)的时间间隔。

  • responseStart - fetchStart的差值为257毫秒。
  • 而这个差值由:appCache + dns+ tcp + requestTime 4个阶段连接而成,4个阶段的时间总和为256.5毫秒,基本上接近。

2.2 衡量页面加载速度的指标

从发起网络请求(fetchStart)到DOM解析完成(domInteractive)的时间间隔

  • domInteractive - fetchStart的差值为1328毫秒。
  • 而这个差值由:appCache + dns+ tcp + request + response + 空白时间 部分组成(空白时间就是上图的红色框部分)。
  • 我们可以看到,前5个区域的时间总和大概是:480毫秒。空白时间则848毫秒。
  • 我们又计算了domInteractive - responseEnd的差值,实际上就是DOM1,也就是加载DOM的时间,时间差为848毫秒,相吻合。

综上所述:

  • 页面加载速度的指标可以由:DNS+TCP+Request+Response+DOM加载完毕耗时 的总和来决定。

另外我们还能看出来,LCP的计算可以几乎为:domInteractive - fetchStart, 当然你用PerformanceObserver进行监听也是可以的。

这里代表页面加载速度,此时DOM仅仅是解析完成,如果想看DOM也加载完成的耗时,看指标domComplete - fetchStart

2.3 TTI(Time to Interactive)衡量页面可交互性的指标

TTI:表示从页面开始加载到用户可以与页面进行交互的时间。它的计算方式如下:

  1. FCP 时间为起始时间
  2. 查找到指示有5s的静默窗口时间(没有长任务并且不超过两个正在执行的GET请求)。
  3. 向后搜索静默窗口前的最后一个长任务,如果没有找到长任务,则在FCP上停止。
  4. TTI 是在安静窗口之前最后一个长任务的结束时间(如果没有找到长任务,则与FCP相同)

建议大家使用谷歌官方提供的:tti-polyfill

javascript 复制代码
import ttiPolyfill from './path/to/tti-polyfill.js';

ttiPolyfill.getFirstConsistentlyInteractive(opts).then((tti) => {
  // Use `tti` value in some way.
});

当然,也可以使用一种较为粗略的方式来计算:

  1. 首先我们理解一下TTI,是从页面开始加载到用户可以与页面进行交互的时间。
  2. 页面开始加载,我们是不是可以看做fetchStart的时间。
  3. 页面进行交互的时间,那这个时候dom肯定是加载完毕了。我们按照非常极限的思路去想,这个是不是可以看做dom加载完毕的时间点,即domComplete
  4. 那么TTI ≈ domComplete - fetchStart

例如我用Lighthouse计算出来的TTI

使用:domComplete - fetchStart 计算出来的值:

javascript 复制代码
function getTTI(){
    const entry = performance.getEntriesByType('navigation')[0]
    const {
        domComplete,
        fetchStart
    } = entry

    console.log('TTI', domComplete - fetchStart)
}
getTTI()

结果如下:

2.4 TBT(Total Blocking Time)

TBT就是衡量从FCP时间点到TTI这个时间点的时间区间内,所有超过50毫秒的长任务的总耗时。(这个看下来难以通过编码的方式来实现计算,也无法预估)

2.5 总结

  1. 我们在为页面做性能监控的时候,LCPFCP是我们的几个重要关注对象。
  2. LCP可以通过PerformanceObserver进行检测。
  3. FCP可以通过performance.getEntriesByName('first-contentful-paint')[0].startTime获取。
  4. 页面性能的发部分数据都可以从performance.getEntriesByType('navigation')[0]这里面获取到。
  5. 如果你想衡量网络请求响应时间的指标:responseStart - fetchStart,代表从发起网络请求(fetchStart)到服务器开始响应(responseStart)的时间间隔。
  6. 如果你想衡量页面加载速度的指标:domInteractive - fetchStart,代表从发起网络请求(fetchStart)到DOM解析完成(domInteractive)的时间间隔。
  7. domComplete - fetchStart 这个差值基本上囊括了最核心的部分。包括了从开始获取页面资源到 DOM 解析完成的整个过程,其中包括了网络请求、资源加载、解析 HTML、构建 DOM 树等操作。
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