前端性能优化实践方向与方法

SRIGT2024-07-26 16:00

0x01 代码优化与压缩

（1）HTML

移除不必要的空白字符、注释和冗余标签，以减少文件大小

  1. 使用命令 npm install html-minifier -g 安装 HTML Minifier

  2. 使用命令 html-minifier -V 确认安装成功

  3. 在 Node.js 环境中配置 index.js

    js 复制代码 
    // 引入 HTML Minifier
const minify = require("html-minifier").minify;

// 处理 HTML 文本
let result = minify('<p title="blah" id="moo">foo</p>', {
  removeAttributeQuotes: true,
});

// 输出处理结果
console.log(result);

  4. 使用命令 node .\index.js 运行，输出结果为：<p title=blah id=moo>foo</p>

  5. 详细参考：https://www.npmjs.com/package/html-minifier

    在线使用：https://kangax.github.io/html-minifier/

（2）CSS

精简样式表，避免使用冗余或过时的属性，合理组织选择器以减少计算复杂度

  1. 使用命令 npm install cssnano postcss postcss-cli --save-dev 安装 PostCSS 与 CSSNaNo

  2. 在 Node.js 环境中配置 postcss.config.js

    js 复制代码 
    module.exports = {
  plugins: [
    require("cssnano")({
      preset: "default",
    }),
  ],
};

  3. 使用命令 npx postcss input.css > output.css 运行，生成优化后的结果 output.css

  4. 详细参考：https://www.cssnano.cn/docs/introduction/

  5. 其他工具：

    1. PostCSS：https://www.postcss.com.cn/
    2. PurgeCSS：https://www.purgecss.cn/

（3）JavaScript

使用工具（如 Webpack 等）或在线服务对代码进行压缩，移除空格、注释和不必要的字符

  1. 使用命令 npm install terser-webpack-plugin --save-dev 安装 terser-webpack-plugin

  2. 在 Node.js 环境中配置 webpack.config.js

    js 复制代码 
    const TerserPlugin = require("terser-webpack-plugin");

module.exports = {
  optimization: {
    minimize: true,
    minimizer: [new TerserPlugin()],
  },
};

  3. 使用命令 npx webpack 运行 Webpack 打包工具，并优化 JavaScript 代码

（4）合并文件

将多个 CSS、JavaScript 文件合并为一个，减少 HTTP 请求的数量

  • 在 Webpack 中，可以通过配置 entry 和 output 选项来自动合并多个模块到一个文件中
  • 在 Gulp 中，可以使用 gulp-concat 插件来合并文件

0x02 静态资源优化

（1）压缩图片

（2）图片懒加载

a. 原生 JavaScript

html 复制代码 
<!DOCTYPE html>
<html lang="en">

<head>
  <meta charset="UTF-8" />
  <style>
    img {
      width: 1000px;
      height: 700px;
      background-color: wheat;
      object-fit: cover;
      object-position: center;
    }
  </style>
</head>

<body>
  <img src="" data-src="./images/1.jpg" alt="" />
  <img src="" data-src="./images/2.jpg" alt="" />
  <img src="" data-src="./images/3.jpg" alt="" />
  <img src="" data-src="./images/4.jpg" alt="" />
  <img src="" data-src="./images/5.jpg" alt="" />
  <script>
    /**
     * 初始化图片懒加载功能。
     * 该函数通过监听窗口的滚动事件，来实现图片的延迟加载。当图片进入视口时，将其src属性设置为真正的图片源URL，从而实现懒加载的效果。
     */
    const imageLazyLoad = () => {
      // 获取页面中所有带有data-src属性的图片元素
      const imgs = document.querySelectorAll("img");
      // 定义计算函数，用于检查图片是否进入视口
      const calc = () => {
        imgs.forEach((img) => {
          // 检查图片是否进入视口：如果图片的顶部位置小于等于窗口的底部位置，则图片已进入视口，可以加载
          if (img.offsetTop <= window.innerHeight + window.scrollY)
            // 设置图片的src属性为data-src属性的值，真正开始加载图片
            img.src = img.dataset.src;
          else
            // 如果图片未进入视口，则返回，不进行加载
            return;
        });
      };
      // 监听窗口的滚动事件，以便在滚动时触发图片的加载
      window.addEventListener("scroll", () => calc());
      // 初次加载页面时，立即计算并加载可视区域内的图片
      calc();
    };
    // 调用函数，初始化图片懒加载
    imageLazyLoad();
  </script>
</body>

</html>

b. Intersection Observer API

html 复制代码 
<!DOCTYPE html>
<html lang="en">

<head>
  <meta charset="UTF-8" />
  <style>
    img {
      width: 1000px;
      height: 700px;
      background-color: wheat;
      object-fit: cover;
      object-position: center;
    }
  </style>
</head>

<body>
  <img src="" data-src="./images/1.jpg" alt="" />
  <img src="" data-src="./images/2.jpg" alt="" />
  <img src="" data-src="./images/3.jpg" alt="" />
  <img src="" data-src="./images/4.jpg" alt="" />
  <img src="" data-src="./images/5.jpg" alt="" />
  <script>
    /**
     * 初始化图片懒加载
     * 该函数通过IntersectionObserver API来实现图片的懒加载。只有当图片进入视口时，才会真正加载图片资源
     */
    const imageLazyLoad = () => {
      // 获取所有需要懒加载的图片元素
      const imgs = document.querySelectorAll("img");

      // 创建IntersectionObserver实例，用于观察图片是否进入视口
      const observer = new IntersectionObserver((entries) => {
        // 遍历所有观察到的条目
        entries.forEach((entry) => {
          // 如果图片进入视口
          if (entry.isIntersecting) {
            let img = entry.target;
            // 设置图片的src属性为data-src属性的值，即真正的图片源地址
            img.src = img.dataset.src;
            // 停止观察该图片，因为它已经加载
            observer.unobserve(img);
          }
        });
      });

      // 对所有需要懒加载的图片元素启用IntersectionObserver观察
      imgs.forEach((img) => {
        observer.observe(img);
      });
    };
    imageLazyLoad();
  </script>
</body>

</html>

c. 第三方库

（3）CDN

  • 部署内容分发网络（CDN），将静态资源托管在地理位置接近用户的边缘节点上，减少延迟
  • 步骤：
    1. 选择 CDN 服务提供商，如 Amazon、Cloudflare 等
    2. 上传静态资源
    3. 配置 DNS
    4. 测试并优化
  • 优点：减少访问延迟、提高可用性、减轻源服务器负载

（4）缓存机制

  • 步骤：
    1. 设置 Cache-Control 头部：响应头字段，表示在缓存有效期内直接从本地缓存中加载这些资源，而不是向服务器发送请求
    2. 使用 ETag：响应头字段，表示资源的特定版本
      • 当浏览器再次请求资源时，会将 ETag 值发送给服务器，如果资源未更改（即 ETag 值相同），服务器将返回 304 Not Modified 响应，告诉浏览器使用本地缓存的版本。
    3. 配置 Expires 头部：兼容旧版浏览器
  • 优点：减少服务器负载、加快加载速度、改善用户体验

0x03 渲染性能优化

（1）减少 DOM 元素数量

避免不必要的 DOM 元素，以减少渲染和重绘的时间

  1. 使用 CSS 替代 DOM 元素

    举例：

    html 复制代码 
    <ul>
  <li><img src="icon1.png" alt="Icon 1"><span>Item 1</span></li>
  <li><img src="icon2.png" alt="Icon 2"><span>Item 2</span></li>
</ul>

    优化为

    html 复制代码 
    <ul>
  <li class="item">Item 1</li>
  <li class="item">Item 2</li>
</ul>

<style>
.item::before {
  content: "";
  display: inline-block;
  width: 20px;
  height: 20px;
  background-image: url(icon-based-on-class.png);
  background-size: cover;
  margin-right: 5px;
}
</style>

  2. 引入 Flex 布局与 Grid 布局

    举例：

    html 复制代码 
    <div class="container">
  <div class="row">
    <div class="col">Item 1</div>
    <div class="col">Item 2</div>
  </div>
</div>

    优化为

    html 复制代码 
    <div style="display: flex;">
  <div>Item 1</div>
  <div>Item 2</div>
</div>

  3. 多个动态内容采用 DocumentFragment 添加

    举例：

    js 复制代码 
    for (let i = 0; i < 100; i++) {
  let li = document.createElement("li");
  li.textContent = `Item ${i}`;
  document.querySelector("ul").appendChild(li);
}

    优化为

    js 复制代码 
    let fragment = document.createDocumentFragment();
for (let i = 0; i < 100; i++) {
  let li = document.createElement("li");
  li.textContent = `Item ${i}`;
  fragment.appendChild(li);
}
document.querySelector("ul").appendChild(fragment);

    DocumentFragment 是一个轻量级的文档对象，可以包含节点和子节点，但不会成为文档树的一部分

（2）事件委托

通过事件委托来减少与 DOM 的交互次数，提高性能

  • 事件委托：一种事件处理的技术，它利用事件冒泡的原理，只在父元素上设置一个事件监听器，而不是在每个子元素上分别设置。当子元素上发生事件时，该事件会冒泡到父元素，父元素上的事件监听器会检查事件源（即触发事件的子元素），并据此执行相应的操作

  • 举例

    html 复制代码 
    <!DOCTYPE html>
<html lang="en">

<head>
  <meta charset="UTF-8" />
</head>

<body>
  <ul>
    <li>Item 1</li>
    <li>Item 2</li>
  </ul>
  <button>Add item</button>
  <script>
    const ul = document.querySelector("ul");

    ul.addEventListener("click", (e) => {
      if (e.target.tagName === "LI") {
        console.log("e.target.textContent", e.target.textContent);
        e.target.remove();
      }
    });

    const button = document.querySelector("button");
    button.addEventListener("click", () => {
      const newItem = document.createElement("li");
      newItem.textContent = `Item ${ul.children.length + 1}`;
      ul.appendChild(newItem);
    });
  </script>
</body>

</html>

（3）优化 DOM 操作

使用批量更新、虚拟 DOM 等技术减少重绘和回流

  1. 批量更新：将多个 DOM 操作合并成一个批次，然后一次性执行（参考 DocumentFragment）
  2. 虚拟 DOM ：一种编程概念，用 JavaScript 对象来表示 DOM 树
    • 当应用程序的状态发生变化时，虚拟 DOM 树会首先进行更新，然后使用高效的算法（如 diff 算法）来比较新旧虚拟 DOM 树之间的差异，并只将这些差异应用到真实的 DOM 上
    • 即检测发生变化的 DOM 元素，并仅对变化的 DOM 元素操作，减少不必要的 DOM 操作
    • 一般在 React、Vue 等前端框架中广泛应用

（4）CSS 放在顶部

  • 将CSS放在 <head> 标签内，以确保页面在加载时能够优先渲染样式

    html 复制代码 
    <head>
  <link rel="stylesheet" href="style.css" />
</head>

（5）异步加载 JavaScript

  • 将非首屏必需的 JS 脚本放在文档末尾或使用 async、defer 属性，避免阻塞渲染

    html 复制代码 
    <!DOCTYPE html>
<html lang="en">

<head>
  <!-- 同步加载首屏必需脚本 -->
  <script src="critical.js"></script>
</head>

<body>
  <!-- 页面内容 -->

  <!-- 异步加载非首屏且无依赖的脚本 -->
  <script async src="non-critical-async.js"></script>

  <!-- 异步加载但按顺序执行的非首屏脚本 -->
  <script defer src="non-critical-defer.js"></script>

  <!-- 将非首屏脚本放在底部（适用于不支持 async/defer 的老旧浏览器） -->
  <!-- <script src="non-critical-old-browser.js"></script> -->
</body>

</html>

  • async 与 defer

    • 两者都用于异步加载脚本
    • async：完全异步，脚本的加载和执行不会阻塞文档的解析，但多个异步脚本之间执行顺序不一定，不建议用于具有依赖关系的脚本
    • defer：等到整个文档都被解析和显示之后，再按照脚本在文档中出现的顺序来执行

0x04 网络性能优化

（1）启用 HTTP/2 或 HTTP/3

  • 启用 HTTP/2 或 HTTP/3，利用多路复用、头部压缩等特性提升请求效率
  • 一般在 Web 服务器中，通过 Nginx、Apache 等配置并启用

（2）TLS/SSL

（3）预加载和预读取

a. 预加载

  • 预加载：一种资源提示，它告诉浏览器这个资源对于当前导航立即 需要，并且应该被优先下载和解析

    • 如字体、CSS 和关键 JavaScript 脚本

  • 使用 <link rel="preload"> 预加载关键资源

    html 复制代码 
    <head>
  <!-- 预加载字体 -->
  <link rel="preload" href="fonts/myfont.woff2" as="font" type="font/woff2" crossorigin="anonymous">

  <!-- 预加载CSS -->
  <link rel="preload" href="styles/main.css" as="style">

  <!-- 其他头部标签... -->
</head>

b. 预读取

  • 预读取：一种资源提示，它告诉浏览器这个资源可能会在将来的导航中被用到，但不像预加载那样具有紧迫性

    • 浏览器可以选择在空闲时间下载这些资源，以便在用户实际需要它们时能够更快地加载

  • 使用 <link rel="prefetch"> 预读取可能需要的未来资源

    html 复制代码 
    <link rel="prefetch" href="details/product-images.jpg">
<link rel="prefetch" href="details/product-details.js">

（4）本地缓存

  • 存储限制：存储大小限制在 4KB 左右，且存储数量有限制
  • 缺点：
    1. 每次都会将 Cookie 数据携带在 HTTP 请求中，可能带来性能问题 并占用带宽
    2. 安全性较低
  • 由于浏览器的跨域限制，客户端和服务端必须保证同源原则
  • 场景：跟踪用户会话信息，如用户登录状态、购物车信息等
  • Session：以键值对的方式将缓存数据保存在服务器中，并把键值（Session ID）作为 Cookie 返给浏览器
  • Token：应对移动互联网不提供 Cookie 的解决方案，将数据哈希加密并保存在移动端的存储系统中
    • JWT 是一种广泛应用的 Token 标准

b. LocalStorage

  • HTML5 提供的一种新的本地缓存方案，用于存储数据在用户的浏览器中
  • 存储限制：
    • 长久保存，无有效期，直到手动删除或浏览器清理缓存为止
    • 存储空间一般可以达到 5MB 及以上（不同的浏览器有所区别）
  • 场景：存储需要在多个页面或会话中持久保存的数据，如用户偏好设置、游戏进度等

c. SessionStorage

  • 大体与 LocalStorage 类似，在存储限制上，数据仅在当前会话期间有效，浏览器关闭或标签页关闭后数据即被清除
  • 场景：存储仅在当前会话中需要的数据，如临时状态信息、表单数据等

d. IndexedDB

  • 一个低级的 API，允许进行复杂的查询、事务处理和数据库管理操作，提供索引功能
  • 存储限制：存储空间相对较大，可以存储大量数据
  • 场景：存储大量结构化数据并需要进行复杂查询，如离线应用、游戏数据存储等

e. Cache API

  • 一种用于存储和检索网络请求的响应的接口

  • 可以与 Service Workers 结合使用，实现离线应用和性能优化

    Service Workers：在 Web 浏览器中运行的脚本，具备在后台独立于网页运行的能力

    • 提供很多高级功能，如离线内容缓存、推送通知、背景数据同步等

  • 场景：精确控制缓存策略和资源缓存，如构建 PWA（Progressive Web Apps）时

0x05 框架与库的选择与优化

（1）框架

  • 轻量级

    • Preact：3kb 大小的 React 轻量、快速替代方案，拥有相同的现代 API
    • Vue3：在 Vue2 基础上，应用 Tree-shaking，允许在构建过程中自动移除未使用的代码

  • 按需加载

    • 采用代码分割 和懒加载技术，将应用拆分成多个小块，并在需要时才加载它们

    • 以 Vue Router 为例，Vue Router 支持动态导入

      js 复制代码 
      const routes = [
  {
    path: "/products",
    name: "Products",
    // 使用动态导入来懒加载组件
    component: () =>
      import(/* webpackChunkName: "products" */ "./views/Products.vue"),
  },
  // 其他路由...
];

（2）第三方库

  • 仅引入必要的库，避免过时或冗余的库，定期检查更新以利用性能优化

0x06 性能监控与优化工具

（1）性能分析工具

  • Lighthouse：Google 开发的一款开源自动化工具，集成在 Chrome DevTools 中
  • PageSpeed Insights：Google 提供的一款免费工具，官网链接
  • Chrome DevTools Performance 面板：集成在 Chrome DevTools 中

（2）用户性能监控

采用集成 RUM（Real User Monitoring）工具收集实际用户的加载性能数据

  • Google Analytics：使用插件 Google Tag Manager 来部署 RUM 脚本，该脚本将收集用户交互数据并发送到 Google Analytics 进行处理和分析
  • SpeedCurve：https://www.speedcurve.com/

0x07 其他优化策略

（1）首屏内容优化

  • 确保首屏加载时立即展示关键内容，避免用户看到空白或加载指示器过久
  • 举例：电商网站首屏优化操作
    • 精简首屏内容：保留最关键的内容，如网站Logo、欢迎语、轮播图、商品推荐
    • 优化图片和脚本：压缩和优化所有首屏加载的图片，合并和压缩 CSS 和 JavaScript 脚本进行，减少HTTP请求次数
    • 异步加载非关键内容：非首屏关键内容设置为异步加载，即用户滚动到相应位置时再加载这些内容
    • 使用CDN加速：将网站内容分发到全球多个 CDN 节点，根据用户地理位置选择最近的节点进行加载
    • 预加载和缓存：利用浏览器的预加载和缓存机制，提前加载和存储一些常用的资源文件

（2）语义化 HTML

  • 使用合理 HTML 标记以及其特有的属性去格式化文档内容，提高内容可理解性

  • 详细方法参考：HTML语义化 | CSDN-北航程序员小陈

  • 举例：

    html 复制代码 
    <!DOCTYPE html>
<html lang="zh-CN">

<head>
  <meta charset="UTF-8">
  <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
  <title>新闻文章标题</title>
</head>

<body>
  <header>
    <h1>新闻文章标题</h1>
    <p>由 <a href="/author-profile">作者姓名</a> 发表于 <time datetime="2023-04-01">2023年4月1日</time></p>
  </header>

  <main>
    <article>
      <h2>引言</h2>
      <p>这里是引言部分的内容，简要介绍文章的主题和背景。</p>

      <h2>正文标题</h2>
      <p>这里是正文的第一段，详细阐述文章的主要观点或故事。</p>

      <h3>小节标题</h3>
      <p>这里是文章中的一个小节，进一步细化或支持主要观点。</p>

      <!-- 可以继续添加更多的h2、h3、p等元素来构建文章内容 -->

      <footer>
        <p>文章结束。</p>
      </footer>
    </article>
  </main>

  <aside>
    <h2>相关文章</h2>
    <ul>
      <li><a href="/article1">相关文章1</a></li>
      <li><a href="/article2">相关文章2</a></li>
      <!-- 更多相关文章链接 -->
    </ul>
  </aside>

  <footer>
    <p>版权所有 &copy; 2023 网站名称</p>
  </footer>
</body>

</html>

（3）元数据

  • 设置 <title>、<meta>、<link rel="canonical"> 等 SEO 相关标签

  • 举例：

    html 复制代码 
    <!DOCTYPE html>
<html lang="zh-CN">

<head>
  <!-- 页面编码，用于处理不同语言的字符串 -->
  <meta charset="UTF-8" />

  <!-- 设置视口，确保网页在不同设备上正确显示 -->
  <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0" />

  <!-- 页面标题，显示在浏览器标签和搜索结果中 -->
  <title>页面标题 - 网站名称</title>

  <!-- 页面描述，显示在搜索结果中，用于概括页面内容 -->
  <meta name="description" content="这里是页面的简短描述，应包含关键词并吸引用户点击。" />

  <!-- 页面关键词，虽然现代搜索引擎对keywords标签的重视程度降低，但仍可作为参考 -->
  <meta name="keywords" content="关键词1, 关键词2, 关键词3" />

  <!-- 指定页面的规范URL，有助于防止内容重复被搜索引擎索引 -->
  <link rel="canonical" href="https://www.example.com/your-page-url" />

  <!-- 其他可能的元数据 -->
  <meta name="author" content="作者姓名或组织" /> <!-- 添加作者信息 -->
  <meta name="robots" content="index, follow" /> <!-- 指示搜索引擎索引并跟踪页面上的链接 -->

  <!-- 对于响应式网站，可以使用meta标签来适应不同设备 -->
  <meta name="HandheldFriendly" content="true" /> <!-- 告诉移动设备，页面适合于手机浏览 -->
  <meta name="MobileOptimized" content="320" /> <!-- 指定移动设备的屏幕宽度，以适应响应式设计 -->

  <!-- 引入CSS样式 -->
  <link rel="stylesheet" href="style.css" />
</head>

<body>
  <!-- 页面内容 -->
  <!-- 引入JavaScript脚本 -->
  <script src="script.js"></script>
</body>

</html>

（4）结构化数据

  • 结构化数据：一种使用特定格式（如 JSON-LD、Microdata 或 RDFa）来标记网页内容的方式，以便搜索引擎和其他机器能够更容易地理解和处理这些信息

  • 举例：以下是采用 Schema.org 和JSON-LD 格式的结构化数据

    html 复制代码 
    <!DOCTYPE html>
<html lang="zh-CN">

<head>
  <meta charset="UTF-8" />
  <title>电影《星际穿越》</title>
  <script type="application/ld+json">
    {  
      "@context": "https://schema.org/",  
      "@type": "Movie",  
      "name": "星际穿越",  
      "image": "https://example.com/movie-poster.jpg",  
      "director": {  
        "@type": "Person",  
        "name": "克里斯托弗·诺兰"  
      },  
      "genre": ["科幻", "剧情", "冒险"],  
      "actor": [  
        {  
          "@type": "Person",  
          "name": "马修·麦康纳希"  
        },  
        {  
          "@type": "Person",  
          "name": "安妮·海瑟薇"  
        }  
      ],  
      "datePublished": "2014-11-07",  
      "description": "一队探险家利用他们针对虫洞的新发现，超越人类对于太空旅行的极限，从而开始在广袤的宇宙中进行星际航行的故事。",  
      "aggregateRating": {  
        "@type": "AggregateRating",  
        "ratingValue": "8.7",  
        "reviewCount": "123456"  
      }  
    }  
    </script>
</head>

<body>
  <!-- 网页内容 -->
  <h1>电影《星际穿越》</h1>
  <p>导演：克里斯托弗·诺兰</p>
  <p>主演：马修·麦康纳希, 安妮·海瑟薇</p>
  <p>类型：科幻, 剧情, 冒险</p>
  <p>上映日期： 2014年11月7日</p>
  <p>剧情简介：...（详细描述）</p>
</body>

</html>

（5）无障碍性（a11y）

  • 无障碍性：确保网站对所有用户，包括残障用户，都能够友好地访问和使用
  • WCAG 标准：Web 内容无障碍指南
  • 举例：
    1. 非文本内容的文本替代
      • 如：<img alt="这是一张图片" />
    2. 键盘可访问
    3. 清晰和一致的导航
    4. 足够的颜色对比度
    5. 字幕和音频描述

-End-

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