前端网络层性能优化

前言

在数字时代，速度已成为互联网体验的关键。用户对网页加载时间的容忍度越来越低，每一毫秒的延迟都可能导致用户的流失。根据谷歌的研究，页面加载时间超过3秒的网站，其跳出率会增加120%。在这个以用户为中心的网络世界里，性能优化不再是一个选项，而是必须。

DNS相关优化

用户输入网址后，第一步是解析网址，浏览器需要将这个域名转换为机器可读的IP地址，这是通过DNS（domain name system）查询来完成。

1. DNS缓存

通常我们的操作系统和浏览器已经自动做了相关缓存

• 浏览器缓存：现代浏览器会缓存DNS查询结果，减少同一域名的重复查询。

• 操作系统缓存：操作系统也会缓存DNS查询结果，通常可以通过命令查看和管理，如ipconfig /displaydns（Windows）或sudo dscacheutil -cachedump -entries host（macOS）。

• DNS解析器缓存：本地网络的DNS解析器通常也会缓存查询结果，提高局域网内的查询速度。

2. 减少外部资源引用和开启DNS域名预解析

• 条件允许的情况下，合并CSS和JS，减少外部文件请求次数

• 尽可能使用同一个域名下的资源，避免跨域请求

• 对于跨域资源，可以通过dns-prefetch来开启DNS预解析。

  <link rel="dns-prefetch" href="https://fonts.googleapis.com/" />
  

  更多关于dns-prefetch的信息请点击这里[1]

3. 启用CDN加速

CDN通过在全球分布的服务器缓存内容，提供更快速的访问。CDN服务提供商通常也提供优化的DNS服务，将用户的DNS查询定向到离用户最近的服务器节点，进一步减少延迟。

HTTP相关优化

解析完域名之后，自然就是开始HTTP连接。在这个阶段，我们能做的事情变得更多了。

1. 关于http协议

http协议总是在不断的升级优化中，更高版本的http协议总能带来更好的性能，根据你项目与用户的实际情况，尽可能的升级到合理的版本。这里不赘述http1/2/3之间的区别，想要了解的出门左转问问GPT。

1.1 http1.1的优化

如果你评估了你的项目确实无法升级到http2或更高，那么可以考虑以下优化

• 减少请求次数：举个例子，webpack中有个SplitChunksPlugin的插件, 用于分割代码生成产物的，我们可以利用这个插件控制我们的生成物，例如像Vue、Vue-router、Vuex、以及我们用到的一些基础依赖都打包成一个js，对于仅在某些页面引用的依赖进行单独拆分便于按需加载。其他的还有使用雪碧图、将小图片转为base64内嵌到js或html里等手段。

• 持久连接（Keep-Alive）：确保服务器和客户端都支持持久连接，允许在同一个TCP连接上进行多次请求和响应。

• 设置缓存头：合理设置HTTP缓存头（如Cache-Control、Expires、ETag），利用浏览器缓存减少对相同资源的重复请求。（这不限于http1.1）

• 在HTTP/1.x中，大多数浏览器对单个域名最多只能同时打开6-8个TCP连接。为了提高并发加载资源的能力，可以将资源分布到多个子域名上，每个子域名可以独立建立连接，从而增加总的并发连接数。

1.2 http2的优化

• 在HTTP/2中，通过二进制分帧和多路复用技术，可以在同一个TCP连接上并行传输多个请求和响应。所以与http1.1不太一样的，我们应该对js、css进行更加细致的切割，方便我们更加精细的控制按需加载，减少需要加载的文件大小，提高首屏速度。

• 服务器推送：利用HTTP/2的服务器推送（Server Push）功能，服务器可以主动向客户端推送资源，减少客户端请求的次数。例如，在Nginx中配置：

  http {
    server {
        location / {
            http2_push_preload on;
            add_header Link "<https://example.com/style.css>; rel=preload; as=style";
        }
    }
  }
  

• 由于域名分片是有一定代价的（dns查询，tcp链接建立、缓存策略的效率等），http2支持多路复用，已经无需域名分片了，如果有使用域名分片，在升级到http2以后尽可能的将资源移至同一域名下。

2. 请求包大小优化

显而易见，减少我们请求的资源的总大小是一个非常直观的优化指标。

2.1 启用传输压缩算法

尽管nginx等服务端程序提供了像gzip、brotli等压缩功能，但是这会带来不小的服务端开销，我们可以提前在代码打包时进行压缩。

• webpack需要安装CompressionWebpackPlugin[2]这个插件

  const CompressionPlugin = require('compression-webpack-plugin');
  
  module.exports = {
    // 其他配置项...
    plugins: [
      // Gzip 压缩
      new CompressionPlugin({
        algorithm: 'gzip',
        filename: '[path][base].gz',
        test: /.(js|css|html|svg)$/,
        threshold: 10240,
        minRatio: 0.8
      }),
      // Brotli 压缩
      new CompressionPlugin({
        algorithm: 'brotliCompress',
        filename: '[path][base].br',
        test: /.(js|css|html|svg)$/,
        compressionOptions: { level: 11 },
        threshold: 10240,
        minRatio: 0.8
      })
    ],
  };
  

• vite需要安装vite-plugin-compression[3]这个插件

  import { defineConfig } from 'vite';
  import compression from 'vite-plugin-compression';
  
  export default defineConfig({
    plugins: [
      // Gzip 压缩
      compression({
        algorithm: 'gzip',
        ext: '.gz', // 输出的文件名后缀
        threshold: 10240, // 只处理比这个字节大的文件
        deleteOriginFile: false // 是否删除源文件
      }),
      // Brotli 压缩
      compression({
        algorithm: 'brotliCompress',
        ext: '.br', // 输出的文件名后缀
        threshold: 10240, // 只处理比这个字节大的文件
        deleteOriginFile: false // 是否删除源文件
      })
    ]
  });
  

2.2 按需加载

• 代码分割（Code Splitting）：webpack和vite都是使用import()动态导入语法，轻松实现代码分割，实现按需加载。如果需要更加精确的控制代码分割，还可以使用SplitChunksPlugin(webpack)或output.manualChunks(rollup/vite)

• 单页应用的路由懒加载

  react:

  const LazyComponent = React.lazy(() => import('./LazyComponent'));
  
  function App() {
    return (
      <Suspense fallback={<div>Loading...</div>}>
        <LazyComponent />
      </Suspense>
    );
  }
  

  vue:

  const routes = [
    {
      path: '/about',
      component: () => import('./components/About.vue')
    }
  ];
  

• 图片懒加载：

  • 原生懒加载：使用 loading="lazy" 属性可以原生支持图片和 iframe 的懒加载

    <img src="large-image.jpg" loading="lazy" alt="Lazy Loaded Image">
    

  • Intersection Observer API：用于懒加载图片、视频、iframe 等资源。

    const imgObserver = new IntersectionObserver((entries, observer) => {
      entries.forEach(entry => {
        if (entry.isIntersecting) {
          const img = entry.target;
          img.src = img.dataset.src;
          observer.unobserve(img);
        }
      });
    });
    
    document.querySelectorAll('img[data-src]').forEach(img => {
      imgObserver.observe(img);
    });
    

• 按需加载第三方库：例如lodash替换为lodash-es, 像 element-ui等UI库使用按需导入组件的方式去使用。

3. HTTP缓存

3.1 强缓存

• Expires: 定义资源过期的具体时间点。浏览器会在该时间点之前使用缓存的资源，而不访问服务器。缺点是由于使用的是具体的时间戳，可能会受到客户端时间不准确的影响

  Expires: Wed, 21 Oct 2024 07:28:00 GMT
  

• Cache-Control：优先级高于 Expires 头。它可以通过多种指令控制缓存行为，包括设置缓存的最大有效期（max-age）、指定资源是公共还是私有缓存（public/private）、禁止缓存（no-cache）、以及禁止存储（no-store）等。

  Cache-Control: max-age=31536000
  

3.2 协商缓存

• Last-Modified 和 If-Modified-Since: 首次访问时返回的请求头Last-Modified代表资源最后修改时间，后续请求会作为If-Modified-Since的值发送到服务端，服务端会通过判断这个值与资源最后修改时间是否一致，如果一致则返回 304 NOT_MODIFY，不传输资源内容，否则返回200并传输资源内容。

• ETag 和 If-None-Match: etag是服务端生成的唯一标识符（通常是资源的哈希值），后续请求中作为If-None-Match的值发送到服务端，服务端判断资源是否修改。由于Last-Modified基于时间并且精度为秒，所以可能没那么精确；etag更加精确但是由于是实时计算资源的哈希值，所以服务端压力更大。

3.3 强缓存与协商缓存的配合使用

上述两种缓存方式并不是互斥选项，可以配合使用。例如配置一定时间的强缓存，强缓存失效后进行协商缓存查看资源是否修改，如无修改可以继续使用缓存资源。

Cache-Control: max-age=31536000
Last-Modified: Wed, 21 Oct 2024 07:28:00 GMT

// 后续请求
If-Modified-Since: Wed, 21 Oct 2024 07:28:00 GMT

3.4 service worker

Service Worker 是一种在浏览器后台运行的脚本，可以拦截和处理网络请求，从而实现缓存和离线访问等功能。通过 Service Worker，你可以控制资源的缓存策略，包括静态资产和动态请求。

4. 浏览器缓存

4.1 cookies

Cookies 是一种在客户端（浏览器）存储小量（一般是4KB）数据的机制，用于在多个请求和页面访问之间维持状态信息。它们在 Web 开发中被广泛使用，可以存储用户的会话信息、用户偏好设置、跟踪用户行为等。

4.2 web storage

是浏览器提供的两组api localStorage和sessionStorage，用于存储键值对，大小通常为5M~10M。不同点在于

• localStorage为永久存储，不主动删除不会消失，sessionStorage会随会话销毁而消失

• localStorage可以跨窗口使用，sessionStorage不行

4.3 IndexedDB

IndexedDB 是一种浏览器内建的 NoSQL 数据库，允许在客户端存储大量结构化的数据。与 Web Storage API（localStorage 和 sessionStorage）相比，IndexedDB 提供了更多的功能和灵活性，适合存储复杂数据和执行更复杂的查询操作。

• 存储容量更大，根据不同浏览器的实现，通常有几百M到上G

• 支持更多的数据格式例如对象、数组等，不限于字符串

• 支持事务、索引等

• 异步API，不阻塞渲染，通过promise返回

本文转载于稀土掘金技术社区，作者：翔啊翔阿翔

原文链接：https://juejin.cn/post/7402204612143497226