“字体子集化”浅析

什么是字体子集化？

字体子集化（Font Subsetting）是另一种重要的网页字体优化技术。与字体分块（Font Chunking）不同，它的核心思想是精确提取 一个字体文件中实际被使用的那一小部分字符（字形 Glyphs），并生成一个全新的、只包含这些必需字符的、体积大大减小的字体文件。

简单来说，如果你的网页只需要显示 "你好世界 Hello 123"，那么子集化工具就会从庞大的原始字体（比如包含数万字符的中文字体）中，只挑出 '你', '好', '世', '界', 'H', 'e', 'l', 'o', ' ', '1', '2', '3' 这几个字符的字形数据，创建一个极小的专用字体文件。

为什么需要字体子集化？

原因与字体分块类似，但目标更极致：

极致的性能优化： 对于字符使用范围非常固定的页面或应用，子集化可以生成最小可能的字体文件，加载速度极快。
最大化带宽节省： 只传输页面确实需要的字形数据，没有丝毫浪费。
适用场景： 特别适用于：
- 静态网站或页面： 提前知道所有会用到的字符。
- 特定UI元素： 如Logo、特殊标题、按钮文字等，字符集固定。
- 服务端动态生成： 服务器可以根据当前请求的动态内容，实时生成一个恰好够用的子集字体（这比较高级）。

字体子集化的机制

实现字体子集化通常包括以下步骤：

确定所需字符集 (Identify Required Characters)： 这是最关键的一步。
- 静态分析： 使用自动化工具（如国内常用的 font-spider 字蛛）扫描项目中的 HTML、CSS、JavaScript 文件，甚至模板文件，找出所有实际用到的字符。这是最常见和推荐的方式。
- 手动指定： 对于非常简单的场景，可以手动列出所有需要的字符。
- 服务端分析： 对于动态内容，服务器端可以在渲染页面前分析内容，确定字符集。
生成字体子集 (Generate Subset Font)：
- 使用专门的字体工具（如 Google 的 pyftsubset，它是 fonttools 库的一部分，font-spider 内部也封装了类似功能）。
- 将原始字体文件 和确定的字符集（可以是一个字符串、一个文件、或 Unicode 列表）作为输入。
- 工具会读取原始字体，仅提取所需字符的字形数据、相关的字体表信息（如 kerning、ligatures 等，如果需要且工具支持保留的话），然后输出一个新的、精简的字体文件。
- 输出格式通常选择 WOFF2 或 WOFF，以获得最佳的压缩和浏览器兼容性。
在 CSS 中引用子集字体 (Reference Subset Font in CSS)：
- 修改 CSS 中的 @font-face 规则。
- 将 src 指向新生成的子集字体文件。
- 因为子集字体包含了所有需要的字符，所以通常不再需要 unicode-range 描述符了，因为这个单一的子集文件就对应了页面上所有需要使用该自定义字体渲染的字符。当然，如果你有多个不同用途的子集（比如一个只给 Logo 用，一个给正文用），还是可以用 unicode-range 来区分加载，但这比较少见。
部署与应用 (Deploy and Apply)：
- 将生成的子集字体文件上传到服务器。
- 确保 HTML 页面引用了包含 @font-face 规则的 CSS 文件。
- 浏览器加载页面时，会下载这个小得多的子集字体文件，并用它来渲染指定的文本。

完整示例

假设我们有一个名为 SourceHanSansCN-Regular.otf 的思源黑体（或其他大型中文字体），体积为 16MB。我们的网页只需要显示以下文字：

标题 H1: "项目亮点"
段落 P: "快速、高效、稳定。"
按钮 Button: "了解更多"

第 1 步：确定所需字符集

我们可以通过扫描或手动收集，得到这个页面实际使用的所有字符：

复制代码

项目亮点快速、高效稳定。了解更多

去重并排序后（工具会自动处理），实际需要的字符是：

复制代码

了、产、多、定、效、快、更、目、稳、项、率、高、解、速、。

(注意：为了简化示例，这里只列出了汉字和标点，实际应用中通常也会包含字母、数字等。自动化工具会处理所有字符类型。)

第 2 步：生成字体子集

使用 pyftsubset 工具（假设已安装 fonttools）：

bash 复制代码

# 原始字体文件
SOURCE_FONT="SourceHanSansCN-Regular.otf"

# 需要包含的字符（可以直接写字符串，或者用 --text-file= 指定一个包含这些字符的文本文件）
# 注意：命令行直接写中文可能需要注意编码，用文件更稳妥
REQUIRED_CHARS="了产多定效快更目稳项率高解速。"

# 输出的子集字体文件 (WOFF2格式)
OUTPUT_SUBSET_FONT="my-subset-font.woff2"

# 执行命令
# --text 参数可以直接接受字符串
# --unicodes="*" 可以保留一些基础的 cmap 表等信息，有时需要
# --layout-features='*' 可以尝试保留 OpenType 特性，但会增大体积，按需使用
# --flavor=woff2 指定输出为 WOFF2
# --with-zopfli 使用更强的压缩
pyftsubset "$SOURCE_FONT" --text="$REQUIRED_CHARS" --output-file="$OUTPUT_SUBSET_FONT" --flavor=woff2 --with-zopfli

执行后，会生成一个 my-subset-font.woff2 文件。这个文件可能只有几 KB 到几十 KB 大小，远小于原始的 16MB。

第 3 步：在 CSS 中引用子集字体

在你的 style.css 文件中：

css 复制代码

@font-face {
  font-family: 'MySubsettedFont'; /* 给子集字体起个名字 */
  src: url('path/to/my-subset-font.woff2') format('woff2'); /* 指向生成的子集文件 */
  font-weight: normal;
  font-style: normal;
  font-display: swap; /* 推荐，改善加载体验 */
  /* 注意：这里通常不需要 unicode-range，因为这个文件包含了所有需要的字符 */
}

/* 在需要的地方使用这个字体 */
h1 {
  font-family: 'MySubsettedFont', sans-serif;
  /* ... 其他样式 */
}

p {
  font-family: 'MySubsettedFont', sans-serif;
  /* ... 其他样式 */
}

button {
  font-family: 'MySubsettedFont', sans-serif;
  /* ... 其他样式 */
}

第 4 步：HTML 页面

html 复制代码

<!DOCTYPE html>
<html lang="zh-CN">
<head>
  <meta charset="UTF-8">
  <title>字体子集化示例</title>
  <link rel="stylesheet" href="style.css">
</head>
<body>
  <h1>项目亮点</h1>
  <p>快速、高效、稳定。</p>
  <button>了解更多</button>
</body>
</html>

结果：

当浏览器加载这个页面时：

解析 CSS，看到 @font-face 规则定义了 MySubsettedFont。
由于 h1, p, button 都使用了这个字体，浏览器会去下载 my-subset-font.woff2 文件。
因为这个文件体积非常小（可能只有 10KB 左右），下载速度极快。
页面上的 "项目亮点"、"快速、高效、稳定。"、"了解更多" 都能被快速、正确地渲染出来，用户几乎感觉不到字体加载的延迟。

字体子集化 vs. 字体分块

特性	字体子集化 (Font Subsetting)	字体分块 (Font Chunking)
核心思想	只包含实际用到的字符	按 Unicode 范围预分割成多个块
生成物	通常是一个极小的、包含精确字符集的字体文件	多个较小的字体块文件
CSS 配置	通常一个 `@font-face` 指向子集文件 (无需 `unicode-range`)	多个 `@font-face`，每个带 `unicode-range`
加载方式	一次性加载所需的那个（或几个）完整的子集文件	按需加载页面字符所在范围的字体块
文件大小	最小，最极致的优化	每个块比完整字体小，但总和可能比精确子集大
适用场景	字符集固定或可预测的静态内容、UI 元素	字符集不完全固定的动态内容，大型字体通用优化
灵活性	低，若新增字符未包含在子集中则无法显示	较高，只要字符在某个块的范围内就能加载
维护	内容或设计变更导致字符变化时，需重新生成子集	字体或分块策略变化时需重新生成块

优点

极致的文件体积优化： 生成的字体文件最小，加载最快。
最大化带宽节省。
实现简单直接： 对于静态内容，工具自动化程度高。

缺点与注意事项

缺乏灵活性： 最大的缺点是无法处理未预见的字符。如果页面通过 JS 动态加载了新的文本，而这些文本中的某些字符不在生成的子集里，那么这些字符将无法使用自定义字体渲染，会回退到备用字体。
维护成本： 每当页面内容更新，添加了新的、之前未包含的字符时，必须重新运行子集化工具生成新的子集字体文件，并替换旧文件。对于频繁更新内容的网站来说，这可能很麻烦。
不适用于完全动态或用户生成内容 (UGC)： 无法预知用户会输入什么字符，因此无法制作精确的子集。这种场景更适合字体分块或不使用 Web Font。
工具依赖： 需要合适的工具来扫描项目和生成子集。

总结来说，字体子集化是一种非常强大的字体优化技术，尤其适用于字符使用范围固定的场景，能带来极致的性能提升。但它的静态特性也限制了其应用范围，对于动态内容较多的网站，可能需要结合字体分块或采取其他策略。