前端性能优化全方位解读 【更新至React】

Peter谭老师
1,033 阅读13分钟

性能优化是一门大学问，本文仅对个人一些积累知识的阐述，欢迎下面补充。

抛出一个问题，从输入url地址栏到所有内容显示到界面上做了哪些事？

  • 1.浏览器向DNS服务器请求解析该 URL 中的域名所对应的 IP 地址;
  • 2.建立TCP连接（三次握手）;
  • 3.浏览器发出读取文件(URL 中域名后面部分对应的文件)的HTTP 请求，该请求报文作为 TCP 三次握手的第三个报文的数据发送给服务器;
  • 4.服务器对浏览器请求作出响应，并把对应的 html 文本发送给浏览器;
  • 5.浏览器将该 html 文本并显示内容;
  • 6.释放 TCP连接（四次挥手）;

上面这个问题是一个面试官非常喜欢问的问题，我们下面把这6个步骤分解，逐步细谈优化。

一、DNS 解析

  • DNS`解析:将域名解析为ip地址 ,由上往下匹配，只要命中便停止

    - 走缓存
- 浏览器DNS缓存
- 本机DNS缓存
- 路由器DNS缓存
- 网络运营商服务器DNS缓存 （80%的DNS解析在这完成的）
- 递归查询

优化策略：尽量允许使用浏览器的缓存，能给我们节省大量时间。

二、TCP的三次握手

  • SYN （同步序列编号）ACK（确认字符）

  • 第一次握手：Client将标志位SYN置为1，随机产生一个值seq=J，并将该数据包发送给Server，Client进入SYN_SENT状态，等 待Server确认。

  • 第二次握手：Server收到数据包后由标志位SYN=1知道Client请求建立连接，Server将标志位SYN和ACK都置为1，ack=J+1，随机产生一个值seq=K，并将该数据包发送给Client以确认连接请求，Server进入SYN_RCVD状态。

  • 第三次握手：Client收到确认后，检查ack是否为J+1，ACK是否为1，如果正确则将标志位ACK置为1，ack=K+1，并将该数据包发送给Server，Server检查ack是否为K+1，ACK是否为1，如果正确则连接建立成功，Client和Server进入ESTABLISHED状态，完成三次握手，随后Client与Server之间可以开始传输数据了。

三、浏览器发送请求

优化策略:

  • 1.HTTP协议通信最耗费时间的是建立TCP连接的过程，那我们就可以使用HTTP Keep-Alive，在HTTP早期，每个HTTP请求都要求打开一个TCP socket连接，并且使用一次之后就断开这个TCP连接。 使用keep-alive可以改善这种状态，即在一次TCP连接中可以持续发送多份数据而不会断开连接。通过使用keep-alive机制，可以减少TCP连接建立次数，也意味着可以减少TIME_WAIT状态连接，以此提高性能和提高http服务器的吞吐率(更少的tcp连接意味着更少的系统内核调用
  • 2.但是，keep-alive并不是免费的午餐,长时间的TCP连接容易导致系统资源无效占用。配置不当的keep-alive，有时比重复利用连接带来的损失还更大。所以，正确地设置keep-alive timeout时间非常重要。(这个keep-alive_timout时间值意味着：一个http产生的tcp连接在传送完最后一个响应后，还需要hold住keepalive_timeout秒后，才开始关闭这个连接)，如果想更详细了解可以看这篇文章keep-alve性能优化的测试结果
  • 3.使用webScoket通信协议，仅一次TCP握手就一直保持连接，而且他对二进制数据的传输有更好的支持，可以应用于即时通信，海量高并发场景。webSocket的原理以及详解
  • 4.减少HTTP请求次数，每次HTTP请求都会有请求头，返回响应都会有响应头，多次请求不仅浪费时间而且会让网络传输很多无效的资源，使用前端模块化技术 AMD CMD commonJS ES6等模块化方案将多个文件压缩打包成一个，当然也不能都放在一个文件中，因为这样传输起来可能会很慢，权衡取一个中间值
  • 5.配置使用懒加载，对于一些用户不立刻使用到的文件到特定的事件触发再请求，也许用户只是想看到你首页上半屏的内容，但是你却请求了整个页面的所有图片，如果用户量很大，那么这是一种极大的浪费
  • 6.服务器资源的部署尽量使用同源策略
  • 7.在需要多个cookie去辨识用户的多种状况时，使用session替代，把数据储存在服务器端或者服务器端的数据库中，这样只需要一个cookie传输，节省大量的无效传输，而且储存的数据可以是永久无线大的。

四、服务器返回响应，浏览器接受到响应数据

五、浏览器解析数据，绘制渲染页面的过程

  • 先预解析（将需要发送请求的标签的请求发出去）
  • 从上到下解析html文件
  • 遇到HTML标签，调用html解析器将其解析DOM树
  • 遇到css标记，调用css解析器将其解析CSSOM树
  • link 阻塞 - 为了解决闪屏，所有解决闪屏的样式
  • style 非阻塞，与闪屏的样式不相关的
  • 将DOM树和CSSOM树结合在一起，形成render树
  • layout布局 render渲染
  • 遇到script标签，阻塞，调用js解析器解析js代码，可能会修改DOM树，也可能会修改CSSOM树
  • 将DOM树和CSSOM树结合在一起，形成render树
  • layout布局 render渲染（重排重绘）
  • script标签的属性
    • async 异步 谁先回来谁就先解析，不阻塞
    • defer 异步 按照先后顺序（defer）解析，不阻塞
    • script标签放在body下，放置多次重排重绘，能够操作dom

性能优化策略：

  • 需要阻塞的样式使用link引入，不需要的使用style标签(具体是否需要阻塞看业务场景)
  • 图片比较多的时候，一定要使用懒加载，图片是最需要优化的，webpack4中也要配置图片压缩，能极大压缩图片大小，对于新版本浏览器可以使用webp格式图片webP详解，图片优化对性能提升最大。
  • webpack4配置 代码分割，提取公共代码成单独模块。方便缓存
    /*
    runtimeChunk 设置为 true, webpack 就会把 chunk 文件名全部存到一个单独的 chunk 中，
    这样更新一个文件只会影响到它所在的 chunk 和 runtimeChunk，避免了引用这个 chunk 的文件也发生改变。
    */
    runtimeChunk: true, 
    splitChunks: {
      chunks: 'all'  // 默认 entry 的 chunk 不会被拆分, 配置成 all, 就可以了
    }
  }
    //因为是单入口文件配置，所以没有考虑多入口的情况，多入口是应该分别进行处理。

  • 对于需要事件驱动的webpack4配置懒加载的，可以看这篇webpack4优化教程,写得非常全面

  • 一些原生javaScript的DOM操作等优化会在下面总结

六、TCP的四次挥手，断开连接

终结篇：性能只是 load 时间或者 DOMContentLoaded 时间的问题吗？

  • RAIL
  • Responce 响应，研究表明，100ms内对用户的输入操作进行响应，通常会被人类认为是立即响应。时间再长，操作与反应之间的连接就会中断，人们就会觉得它的操作有延迟。例如：当用户点击一个按钮，如果100ms内给出响应，那么用户就会觉得响应很及时，不会察觉到丝毫延迟感。
  • Animaton 现如今大多数设备的屏幕刷新频率是60Hz，也就是每秒钟屏幕刷新60次；因此网页动画的运行速度只要达到60FPS，我们就会觉得动画很流畅。
  • Idle RAIL规定，空闲周期内运行的任务不得超过50ms，当然不止RAIL规定，W3C性能工作组的Longtasks标准也规定了超过50毫秒的任务属于长任务，那么50ms这个数字是怎么得来的呢？浏览器是单线程的，这意味着同一时间主线程只能处理一个任务，如果一个任务执行时间过长，浏览器则无法执行其他任务，用户会感觉到浏览器被卡死了，因为他的输入得不到任何响应。为了达到100ms内给出响应，将空闲周期执行的任务限制为50ms意味着，即使用户的输入行为发生在空闲任务刚开始执行，浏览器仍有剩余的50ms时间用来响应用户输入，而不会产生用户可察觉的延迟。
  • Load如果不能在1秒钟内加载网页并让用户看到内容，用户的注意力就会分散。用户会觉得他要做的事情被打断，如果10秒钟还打不开网页，用户会感到失望，会放弃他们想做的事，以后他们或许都不会再回来。

如何使网页更丝滑？

  • 使用requestAnimationFrame

    • 即便你能保证每一帧的总耗时都小于16ms，也无法保证一定不会出现丢帧的情况，这取决于触发JS执行的方式。假设使用 setTimeout 或 setInterval 来触发JS执行并修改样式从而导致视觉变化；那么会有这样一种情况，因为setTimeout 或 setInterval没有办法保证回调函数什么时候执行，它可能在每一帧的中间执行，也可能在每一帧的最后执行。所以会导致即便我们能保障每一帧的总耗时小于16ms，但是执行的时机如果在每一帧的中间或最后，最后的结果依然是没有办法每隔16ms让屏幕产生一次变化，也就是说，即便我们能保证每一帧总体时间小于16ms，但如果使用定时器触发动画，那么由于定时器的触发时机不确定，所以还是会导致动画丢帧。现在整个Web只有一个API可以解决这个问题，那就是requestAnimationFrame，它可以保证回调函数稳定的在每一帧最开始触发。

  • 避免FSL

  • 先执行JS，然后在JS中修改了样式从而导致样式计算，然后样式的改动触发了布局、绘制、合成。但JavaScript可以强制浏览器将布局提前执行，这就叫 强制同步布局FSL。

      //读取offsetWidth的值会导致重绘
 const newWidth = container.offsetWidth;
   
  //设置width的值会导致重排，但是for循环内部
  代码执行速度极快，当上面的查询操作导致的重绘
  还没有完成，下面的代码又会导致重排，而且这个重
  排会强制结束上面的重绘，直接重排，这样对性能影响
  非常大。所以我们一般会在循环外部定义一个变量，这里
  面使用变量代替container.offsetWidth;
 boxes[i].style.width = newWidth + 'px';
}

  • 使用transform属性去操作动画，这个属性是由合成器单独处理的，所以使用这个属性可以避免布局与绘制。

  • 使用translateZ(0)开启图层，减少重绘重排。特别在移动端，尽量使用transform代替absolute。创建图层的最佳方式是使用will-change，但某些不支持这个属性的浏览器可以使用3D 变形（transform: translateZ(0)）来强制创建一个新层。

  • 有兴趣的可以看看这篇文字 前端页面优化

  • 样式的切换最好提前定义好class，通过class的切换批量修改样式，避免多次重绘重排

  • 可以先切换display:none再修改样式

  • 多次的append操作可以先插入到一个新生成的元素中，再一次性插入到页面中。

  • 代码复用，函数柯里化，封装高阶函数，将多次复用代码封装成普通函数（俗称方法），React中封装成高阶组件，ES6中可以使用继承，TypeScript中接口继承，类继承，接口合并，类合并。

  • 在把数据储存在localstorage和sessionstorage中时，可以再自己定义一个模块，把这些数据在内存中存储一份，这样只要可以直接从内存中读书，速度更快，性能更好。

  • 能不定义全局变量就不定义全局变量，最好使用局部变量代替全局变量，查找的速度要高一倍。

  • 强力推荐阅读:阮一峰ES6教程

  • 以及什么是TypeScript以及入门

以上都是根据本人的知识点总结得出，后期还会有更多性能优化方案等出来，路过点个赞收藏收藏~，欢迎提出问题补充~

下面加入React的性能优化方案:

  • 在生命周期函数shouldComponentUpdate中对this.state和prev state进行浅比较，使用for-in循环遍历两者， 只要得到他们每一项值，只要有一个不一样就返回true，更新组件。

  • 定义组件时不适用React.component , 使用PureComponent代替，这样React机制会自动在shouldComponentUpdate中进行浅比较，决定是否更新。

  • 上面两条优化方案只进行浅比较，只对比直接属性的值，当然你还可以在上面加入this.props和prevprops的遍历比较，因为shouldComponentUpdate的生命周期函数自带这两个参数。如果props 和 state的值比较复杂，那么可以使用下面这种方式去进行深比较。

  • 解决：

    • 保证每次都是新的值
    • 使用 immutable-js 库，这个库保证生成的值都是唯一的
      var map1 = Immutable.Map({ a: 1, b: 2, c: 3 });
var map2 = map1.set('b', 50);
map1.get('b'); // 2
map2.get('b'); // 50

  • 总结：使用以上方式，可以减少不必要的重复渲染。

  • React的JSX语法要求必须包裹一层根标签，为了减少不必要的DOM层级，我们使用Fragment标签代替，这样渲染时候不会渲染多余的DOM节点，让DIFF算法更快遍历。

  • 使用Redux管理全局多个组件复用的状态。

  • React构建的是SPA应用，对SEO不够友好，可以选择部分SSR技术进行SEO优化。

  • 对Ant-design这类的UI组件库，进行按需加载配置，从import Button from 'antd' 的引入方式，变成import {Button} from antd的方式引入。（类似Babel7中的runtime和polifill的区别）.

  • 在React中一些数据的需要更新，但是却不急着使用，或者说每次更新的这个数据不需要更新组件重新渲染的，可以定期成类的实例上的属性，这样能减少多次的重复无意义的DIFF和渲染。

  • Redux的使用要看情况使用，如果只是一个局部状态（仅仅是一个组件或者父子组件使用就不要使用Redux）。对于一个父子、父子孙多层组件需要用到的state数据，也可以使用context上下文去传递. Context上下文详解，但是复杂项目的多个不同层次组件使用到的state，必须上Redux。

  • 所有的原生监听事件，定时器等，必须在componentWillUnmount中清除，否则大型项目必定会发生内存泄露，极度影响性能！！！

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