从零开始搞监控系统（3）——性能监控前端性能监控是个老话题了，各个团队都会对其有所关注，因为关注性能是工程师的本分。

　　前端性能监控是个老话题了，各个团队都会对其有所关注，因为关注性能是工程师的本分。

　　页面性能对用户体验而言十分关键，每次重构或优化，仅靠手中的几个设备或模拟的测试，缺少说服力，需要有大量的真实数据来做验证。

　　在2016年，我就写过一篇《前端页面性能参数搜集》的文章，当时采用的还是W3C性能参数的第一版，现在已有第二版了。

　　在2020年，根据自己所学整理了一套监控系统，代号菠萝，不过并没有正式上线，所以只能算是个玩具。

　　这次不同，公司急切的需要一套性能监控系统，用于分析线上的活动，要扎扎实实的提升用户体验。

　　整个系统大致的运行流程如下：

一、SDK

　　性能参数搜集的代码仍然写在前面的监控 shin.js（SDK）中，为了兼容两个版本的性能标准，专门编写了一个函数。

function _getTiming() {
  var timing =
    performance.getEntriesByType("navigation")[0] || performance.timing;
  var now = 0;
  if (!timing) {
    return { now: now };
  }
  var navigationStart;
  if (timing.startTime === undefined) {
    navigationStart = timing.navigationStart;
    /**
     * 之所以老版本的用 Date，是为了防止出现负数
     * 当 performance.now 是最新版本时，数值的位数要比 timing 中的少很多
     */
    now = new Date().getTime() - navigationStart;
  } else {
    navigationStart = timing.startTime;
    now = shin.now() - navigationStart;
  }
  return {
    timing: timing,
    navigationStart: navigationStart,
    now: _rounded(now)
  };
}

　　其实两种方式得当的参数类似，第二版中的参数比第一版来的多，下面两张图是官方给的参数示意图，粗看的话下面两种差不多。

W3C第一版的性能参数

W3C第二版的性能参数

　　但其实在将 performance.getEntriesByType("navigation")[0] 打印出来后，就会发现它还会包含页面地址、传输的数据量、协议等字段。

1）统计的参数

　　网上有很多种统计性能参数的计算方式，大部分都差不多，我选取了其中较为常规的参数。

shin.getTimes = function () {
  // 出于对浏览器兼容性的考虑，仍然引入即将淘汰的 performance.timing
  var currentTiming = _getTiming();
  var timing = currentTiming.timing;
  // var timing = performance.timing;
  var api = {}; // 时间单位 ms
  if (!timing) {
    return api;
  }
  var navigationStart = currentTiming.navigationStart;
  /**
   * http://javascript.ruanyifeng.com/bom/performance.html
   * 页面加载总时间，有可能为0，未触发load事件
   * 这几乎代表了用户等待页面可用的时间
   * loadEventEnd（加载结束）-navigationStart（导航开始）
   */
  api.loadTime = timing.loadEventEnd - navigationStart;

  /**
   * Unload事件耗时
   */
  api.unloadEventTime = timing.unloadEventEnd - timing.unloadEventStart;

  /**
   * 执行 onload 回调函数的时间
   * 是否太多不必要的操作都放到 onload 回调函数里执行了，考虑过延迟加载、按需加载的策略么？
   */
  api.loadEventTime = timing.loadEventEnd - timing.loadEventStart;

  /**
   * 首次可交互时间
   */
  api.interactiveTime = timing.domInteractive - timing.fetchStart;

  /**
   * 用户可操作时间（DOM Ready时间）
   * 在初始HTML文档已完全加载和解析时触发（无需等待图像和iframe完成加载）
   * 紧跟在DOMInteractive之后。
   * https://www.dareboost.com/en/doc/website-speed-test/metrics/dom-content-loaded-dcl
   */
  api.domReadyTime = timing.domContentLoadedEventEnd - timing.fetchStart;

  /**
   * 白屏时间
   * FP（First Paint）首次渲染的时间
   */
  var paint = performance.getEntriesByType("paint");
  if (paint && timing.entryType && paint[0]) {
    api.firstPaint = paint[0].startTime - timing.fetchStart;
    api.firstPaintStart = paint[0].startTime; // 记录白屏时间点
  } else {
    api.firstPaint = timing.responseEnd - timing.fetchStart;
  }

  /**
   * FCP（First Contentful Paint）首次有实际内容渲染的时间
   */
  if (paint && timing.entryType && paint[1]) {
    api.firstContentfulPaint = paint[1].startTime - timing.fetchStart;
    api.firstContentfulPaintStart = paint[1].startTime; // 记录白屏时间点
  } else {
    api.firstContentfulPaint = 0;
  }

  /**
   * 解析DOM树结构的时间
   * DOM中的所有脚本，包括具有async属性的脚本，都已执行。加载DOM中定义的所有页面静态资源（图像、iframe等）
   * loadEventStart紧跟在domComplete之后。在大多数情况下，这2个指标是相等的。
   * 在加载事件开始之前可能引入的唯一额外延迟将由onReadyStateChange的处理引起。
   * https://www.dareboost.com/en/doc/website-speed-test/metrics/dom-complete
   */
  api.parseDomTime = timing.domComplete - timing.domInteractive;

  /**
   * 请求完毕至DOM加载耗时
   * 在加载DOM并执行网页的阻塞脚本时触发
   * 在这个阶段，具有defer属性的脚本还没有执行，某些样式表加载可能仍在处理并阻止页面呈现
   * https://www.dareboost.com/en/doc/website-speed-test/metrics/dom-interactive
   */
  api.initDomTreeTime = timing.domInteractive - timing.responseEnd;

  /**
   * 准备新页面耗时
   */
  api.readyStart = timing.fetchStart - navigationStart;

  /**
   * 重定向次数（新）
   */
  api.redirectCount = timing.redirectCount || 0;

  /**
   * 传输内容压缩百分比（新）
   */
  api.compression =  (1 - timing.encodedBodySize / timing.decodedBodySize) * 100 || 0;

  /**
   * 重定向的时间
   * 拒绝重定向！比如，http://example.com/ 就不该写成 http://example.com
   */
  api.redirectTime = timing.redirectEnd - timing.redirectStart;

  /**
   * DNS缓存耗时
   */
  api.appcacheTime = timing.domainLookupStart - timing.fetchStart;

  /**
   * DNS查询耗时
   * DNS 预加载做了么？页面内是不是使用了太多不同的域名导致域名查询的时间太长？
   * 可使用 HTML5 Prefetch 预查询 DNS，参考：http://segmentfault.com/a/1190000000633364
   */
  api.lookupDomainTime = timing.domainLookupEnd - timing.domainLookupStart;

  /**
   * SSL连接耗时
   */
  var sslTime = timing.secureConnectionStart;
  api.connectSslTime = sslTime > 0 ? timing.connectEnd - sslTime : 0;

  /**
   * TCP连接耗时
   */
  api.connectTime = timing.connectEnd - timing.connectStart;

  /**
   * 内容加载完成的时间
   * 页面内容经过 gzip 压缩了么，静态资源 css/js 等压缩了么？
   */
  api.requestTime = timing.responseEnd - timing.requestStart;

  /**
   * 请求文档
   * 开始请求文档到开始接收文档
   */
  api.requestDocumentTime = timing.responseStart - timing.requestStart;

  /**
   * 接收文档（内容传输耗时）
   * 开始接收文档到文档接收完成
   */
  api.responseDocumentTime = timing.responseEnd - timing.responseStart;

  /**
   * 读取页面第一个字节的时间，包含重定向时间
   * TTFB 即 Time To First Byte 的意思
   * 维基百科：https://en.wikipedia.org/wiki/Time_To_First_Byte
   */
  api.TTFB = timing.responseStart - timing.redirectStart;

  /**
   * 仅用来记录当前 performance.now() 获取到的时间格式
   * 用于追溯计算
   */
  api.now = shin.now();

  // 全部取整
  for (var key in api) {
    api[key] = _rounded(api[key]);
  }

  /**
   * 浏览器读取到的性能参数，用于排查，并保留两位小数
   */
  api.timing = {};
  for (var key in timing) {
    const timingValue = timing[key];
    const type = typeof timingValue;
    if (type === "function") {
      continue;
    }
    api.timing[key] = timingValue;
    if (type === "number") {
      api.timing[key] = _rounded(timingValue, 2);
    }
  }
  return api;
};

　　所有的性能参数最终都要被取整，以毫秒作单位。兼容的 timing 对象也会被整个传递到后台，便于分析性能参数是怎么计算出来的。

　　compression（传输内容压缩百分比）是一个新的参数。

　　白屏时间的计算有两种：

第一种是调用 performance.getEntriesByType("paint") 方法，再减去 fetchStart；
第二种是用 responseEnd 来与 fetchStart 相减。

　　在实践中发现，每天有大概 2 千条记录中的白屏时间为 0，而且清一色的都是苹果手机，一番搜索后，了解到。

　　当 iOS 设备通过浏览器的前进或后退按钮进入页面时，fetchStart、responseEnd 等性能参数很可能为 0。

　　loadTime（页面加载总时间）有可能为0，就是当页面资源还没加载完，触发 load 事件前将页面关闭。

　　2023-01-19 发现当初始页面的结构中，若包含渐变的效果时，1 秒内的白屏占比会从最高 94% 降低到 85%。

　　如果这种很多，那就很有可能页面被阻塞在某个位置，可能是接收时间过长、可能是DOM解析过长等。

　　当这个页面加载时间超过了用户的心理承受范围时，就需要抽出时间来做各个方面的页面优化了。

　　注意，在调用 performance.getEntriesByType("paint") 方法后，可以得到一个数组，第一个元素是白屏对象，第二个元素是 FCP 对象。

　　FCP（First Contentful Paint）是首次有实际内容渲染的时间，于 2022-08-16 新增该指标。

　　在上线一段时间后，发现有大概 50% 的记录，load 和 ready 是小于等于 0。查看原始的性能参数，如下所示。

{
        "unloadEventStart": 0,
        "unloadEventEnd": 0,
        "domInteractive": 0,
        "domContentLoadedEventStart": 0,
        "domContentLoadedEventEnd": 0,
        "domComplete": 0,
        "loadEventStart": 0,
        "loadEventEnd": 0,
        "type": "navigate",
        "redirectCount": 0,
        "initiatorType": "navigation",
        "nextHopProtocol": "h2",
        "workerStart": 0,
        "redirectStart": 0,
        "redirectEnd": 0,
        "fetchStart": 0.5,
        "domainLookupStart": 3.7,
        "domainLookupEnd": 12.6,
        "connectStart": 12.6,
        "connectEnd": 33.3,
        "secureConnectionStart": 20.4,
        "requestStart": 33.8,
        "responseStart": 44.1,
        "responseEnd": 46,
        "transferSize": 1207,
        "encodedBodySize": 879,
        "decodedBodySize": 2183,
        "serverTiming": [],
        "name": "https://www.xxx.me/xx.html",
        "entryType": "navigation",
        "startTime": 0,
        "duration": 0
}

　　发现 domContentLoadedEventEnd 和 loadEventEnd 都是 0，一开始怀疑参数的问题。

　　旧版的 performance.timing 已经被废弃，新版通过 performance.getEntriesByType('navigation')[0] 得到一个 PerformanceNavigationTiming 对象，它继承自 PerformanceResourceTiming 类，但没查到有什么问题。

　　还有一种情况，就是 DOMContentLoaded 与 load 两个事件都没有触发。关于两者的触发时机，网上的一篇文章总结道：

load 事件会在页面的 HTML、CSS、JavaScript、图片等静态资源都已经加载完之后才触发。
DOMContentLoaded 事件会在 HTML 加载完毕，并且 HTML 所引用的内联 JavaScript、以及外链 JavaScript 的同步代码都执行完毕后触发。

　　在网上搜索一圈后，没有发现阻塞的原因，那很有可能是自己代码的问题。

　　经查，是调用 JSBridge 的一种同步方式阻塞了两个事件的触发。代码中的 t 就是一条链接。

window.location.href = t

　　在加载脚本时，就会触发某些 JSBridge，而有些手机就会被阻塞，有些并不会。解决方案就是将同步的跳转改成异步的，如下所示。

var iframe = document.createElement("iframe");
iframe.src = t;
document.body.append(iframe);

　　值得一提的是，在将此问题修复后，首屏 1 秒内的占比从 66.7% 降到了 48.4%，2 秒内的占比从 20.7% 升到了 25.5%，3、4、4+ 秒的占比也都提升了。

2）首屏时间

　　首屏时间很难计算，一般有几种计算方式。

　　第一种是算出首屏页面中所有图片都加载完后的时间，这种方法难以覆盖所有场景（例如 CSS 中的背景图、Image 元素等），并且计算结果并不准。

/**
 * 计算首屏时间
 * 记录首屏图片的载入时间
 * 用户在没有滚动时候看到的内容渲染完成并且可以交互的时间
 */
doc.addEventListener(
  "DOMContentLoaded",
  function () {
    var isFindLastImg = false,
      allFirsrImgsLoaded = false,
      firstScreenImgs = [];
    //用一个定时器差值页面中的图像元素
    var interval = setInterval(function () {
      //如果自定义了 firstScreen 的值，就销毁定时器
      if (shin.firstScreen) {
        clearInterval(interval);
        return;
      }
      if (isFindLastImg) {
        allFirsrImgsLoaded = firstScreenImgs.every(function (img) {
          return img.complete;
        });
        //当所有的首屏图像都载入后，关闭定时器并记录首屏时间
        if (allFirsrImgsLoaded) {
          shin.firstScreen = _calcCurrentTime();
          clearInterval(interval);
        }
        return;
      }
      var imgs = doc.querySelectorAll("img");
      imgs = [].slice.call(imgs); //转换成数组
      //遍历页面中的图像
      imgs.forEach(function (img) {
        if (isFindLastImg) return;
        //当图像离顶部的距离超过屏幕宽度时，被认为找到了首屏的最后一张图
        var rect = img.getBoundingClientRect();
        if (rect.top + rect.height > firstScreenHeight) {
          isFindLastImg = true;
          return;
        }
        //若未超过，则认为图像在首屏中
        firstScreenImgs.push(img);
      });
    }, 0);
  },
  false
);

　　第二种是自定义首屏时间，也就是自己来控制何时算首屏全部加载好了，这种方法相对来说要精确很多。

shin.setFirstScreen = function() {
  this.firstScreen = _calcCurrentTime();
}
/**
 * 计算当前时间与 fetchStart 之间的差值
 */
function _calcCurrentTime() {
  return _getTiming().now;
}
/**
 * 标记时间，单位毫秒
 */
shin.now = function () {
  return performance.now();
}

　　之所以未用 Date.now() 是因为它会受系统程序执行阻塞的影响，而performance.now() 的时间是以恒定速率递增的，不受系统时间的影响（系统时间可被人为或软件调整）。

　　在页面关闭时还未获取到首屏时间，那么它就默认是 domReadyTime（用户可操作时间）。

　　首屏时间（screen）有可能是负数，例如返回上一页、刷新当前页后，马上将页面关闭，此时 screen 的值取自 domReadyTime。

　　domReadyTime 是由 domContentLoadedEventEnd 和 fetchStart 相减而得到，domContentLoadedEventEnd 可能是 0，fetchStart 是个非 0 值。

　　这样就会得到一个负值，不过总体占比并不高，每天在 300 条上下，0.3% 左右。

　　2023-01-06 去掉了这两种首屏算法，因为默认会采用 LCP 或 FMP 的计算结果。

3）上报

　　本次上报与之前不同，需要在页面关闭时上报。而在此时普通的请求可能都无法发送成功，那么就需要 navigator.sendBeacon() 的帮忙了。

　　它能将少量数据异步 POST 到后台，并且支持跨域，而少量是指多少并没有特别指明，由浏览器控制，网上查到的资料说一般在 64KB 左右。

　　在接收数据时遇到个问题，由于后台使用的是 KOA 框架，解析请求数据使用了 koa-bodyparser 库，而它默认不会接收 Content-Type: text 的数据，因此要额外配置一下，具体可参考此处。

/**
 * 在页面卸载之前，推送性能信息
 */
window.addEventListener("beforeunload", function () {
    var data = shin.getTimes();
    if (shin.param.rate > Math.random(0, 1) && shin.param.pkey) {
      navigator.sendBeacon(shin.param.psrc, _paramifyPerformance(data));
    }
  },
  false
);

　　在上报时，还限定了一个采样率，默认只会把 50% 的性能数据上报到后台，并且必须定义 pkey 参数，这其实就是一个用于区分项目的 token。

　　本来一切都是这么的顺利，但是在实际使用中发现，在 iOS 设备上调试发现不会触发 beforeunload 事件，安卓会将其触发，一番查找后，根据iOS支持的事件和社区的解答，发现得用 pagehide 事件替代。

　　以为万事大吉，但还是太年轻，在微信浏览器中的确能触发 pagehide 事件，但是在自己公司APP中，表现不尽如意，无法触发，若要监控关闭按钮，得发一次版本。

　　无奈，只能自己想了个比较迂回的方法，那就是在后台跑个定时器，每 200ms 缓存一次要搜集的性能数据，在第二次进入时，再上报到后台。

/**
 * 组装性能变量
 */
function _paramifyPerformance(obj) {
  obj.token = shin.param.token;
  obj.pkey = shin.param.pkey;
  obj.identity = getIdentity();
  obj.referer = location.href; // 来源地址
  // 取 FMP、LCP 和用户可操作时间中的最大值
  obj.firstScreen = Math.max.call(
    undefined,
    shin.fmp.time,
    shin.lcp.time,
    obj.domReadyTime
  );
  obj.timing.lcp = shin.lcp; //记录LCP对象
  obj.timing.fmp = shin.fmp; //记录FMP对象
  obj.timing.fid = shin.fid; //记录FID对象
  // 静态资源列表
  var resources = performance.getEntriesByType("resource");
  var newResources = [];
  resources && resources.forEach(function (value) {
      // 过滤 fetch 请求
      if (value.initiatorType === "fetch") return;
      // 只存储 1 分钟内的资源
      if (value.startTime > 60000) return;
      newResources.push({
        name: value.name,
        duration: _rounded(value.duration),
        startTime: _rounded(value.startTime)
      });
    });
  obj.resource = newResources;
  return JSON.stringify(obj);
}
/**
 * 均匀获得两个数字之间的随机数
 */
function _randomNum(max, min) {
  return Math.floor(Math.random() * (max - min + 1) + min);
}
/**
 * iOS 设备不支持 beforeunload 事件，需要使用 pagehide 事件
 * 在页面卸载之前，推送性能信息
 */
var isIOS = !!navigator.userAgent.match(/\(i[^;]+;( U;)? CPU.+Mac OS X/);
var eventName = isIOS ? "pagehide" : "beforeunload";
var isNeedHideEvent = true; // 是否需求触发隐藏事件
window.addEventListener(eventName, function () {
    isNeedHideEvent && sendBeacon();
  },
  false
);
/**
 * 在 load 事件中，上报性能参数
 * 该事件不可取消，也不会冒泡
 */
window.addEventListener("load", function () {
    /**
     * 监控页面奔溃情况
     * 原先是在 DOMContentLoaded 事件内触发，经测试发现，当因为脚本错误出现白屏时，两个事件的触发时机会很接近
     * 在线上监控时发现会有一些误报，HTML是有内容的，那很可能是 DOMContentLoaded 触发时，页面内容还没渲染好
     */
    setTimeout(function () {
      monitorCrash(shin.param);
    }, 1000);
    // 加定时器是避免在上报性能参数时，loadEventEnd 为 0，因为事件还没执行完毕
    setTimeout(function () {
      sendBeacon();
    }, 0);
  });

// var SHIN_PERFORMANCE_DATA = 'shin_performance_data';
// var heartbeat; // 心跳定时器
/**
 * 发送 64KB 以内的数据
 */
function sendBeacon(existData) {
  // 如果传了数据就使用该数据，否则读取性能参数，并格式化为字符串
  var data = existData || _paramifyPerformance(shin.getTimes());
  var rate = _randomNum(10, 1); // 选取1~10之间的整数
  if (shin.param.rate >= rate && shin.param.pkey) {
    navigator.sendBeacon(shin.param.psrc, data);
  }
  // clearTimeout(heartbeat);
  // localStorage.removeItem(SHIN_PERFORMANCE_DATA); // 移除性能缓存
  isNeedHideEvent = false;
}
/**
 * 发送已存在的性能数据
 */
// function sendExistData() {
//   var exist = localStorage.getItem(SHIN_PERFORMANCE_DATA);
//   if (!exist) { return; }
//   setTimeout(function() {
//     sendBeacon(exist);
//   }, 0);
// }
// sendExistData();
/**
 * 一个心跳回调函数，缓存性能参数
 * 适用于不能触发 pagehide 和 beforeunload 事件的浏览器
 */
// function intervalHeartbeat() {
//   localStorage.setItem(SHIN_PERFORMANCE_DATA, _paramifyPerformance(shin.getTimes()));
// }
// heartbeat = setInterval(intervalHeartbeat, 200);

　　2023-01-06 去掉了对性能参数的缓存，因为在 load 事件中也会上报性能参数。

　　并且也是为了减少对 FMP 的计算次数，消除不必要的性能损耗，避免错误的计算结果，故而做出了此决定。

　　注意，首屏最终会取 FMP、LCP 和用户可操作时间中的最大值。

4）LCP

　　2022-07-12 新增该指标，LCP（Largest Contentful Paint）是指最大的内容在可视区域内变得可见的时间点。

　　在 MDN 网站中，有一段 LCP 的计算示例，在此基础之上，做了些兼容性判断。

　　通过 PerformanceObserver.observe() 监控 LCP。entries 是一组 LargestContentfulPaint 类型的对象，它有一个 url 属性，如果记录的元素是个图像，那么会存储其地址。

var lcp;
function getLCP() {
  var types = PerformanceObserver.supportedEntryTypes;
  var lcpType = 'largest-contentful-paint';
  // 浏览器兼容判断
  if(types.indexOf(lcpType) === -1) {
    return;
  }
  new PerformanceObserver((entryList) => {
    var entries = entryList.getEntries();
    var lastEntry = entries[entries.length - 1];
    lcp = lastEntry.renderTime || lastEntry.loadTime;
    // buffered 为 true 表示调用 observe() 之前的也算进来
  }).observe({type: lcpType, buffered: true});
}
getLCP();

　　在 iOS 的 WebView 中，只支持三种类型的 entryType，不包括 largest-contentful-paint，所以加了段浏览器兼容判断。并且 entries 是一组 PerformanceResourceTiming 类型的对象。

　　在《Largest Contentful Paint 最大内容绘制》中提到，选项卡和页面转移到后台后，得停止 LCP 的计算，因此需要找到隐藏到后台的时间。

let firstHiddenTime = document.visibilityState === 'hidden' ? 0 : Infinity;
// 记录页面隐藏时间 iOS 不会触发 visibilitychange 事件
const onVisibilityChange = (event) => {
  // 页面不可见状态
  if (lcp && document.visibilityState === 'hidden') {
    firstHiddenTime = event.timeStamp;
    // 移除事件
    document.removeEventListener('visibilitychange', onVisibilityChange, true);
  }
}
document.addEventListener('visibilitychange', onVisibilityChange, true);

　　利用 visibilitychange 事件，就能准备得到隐藏时间，然后在读取 LCP 时，大于这个时间的就直接忽略掉。不过在实践中发现，在 iOS 的 WebView 中并不支持此事件。

　　公司要监测的 H5 页面主要在移动平台，选项卡的情况比较少，并且页面结构比较简单，一般都不会很久就能加载完成。

　　largest-contentful-paint 不会计算 iframe 中的元素，返回上一页也不会重新计算。不过，我们的页面中基本不会加载 iframe，并且页面都是以单页的活动为主，跳转也比较少。

　　有个成熟的库：web-vitals，提供了 LCP、FID、CLS、FCP 和 TTFB 指标，对上述所说的特殊场景做了处理，若要了解原理，可以参考其中的计算过程。

　　注意，LCP 会被一直监控（其监控的元素如下所列），这样会影响结果的准确性。例如有个页面首次进入是个弹框，确定后会出现动画，增加些图片，DOM结构也都会跟着改变。

img 元素
内嵌在 svg 中的 image 元素
video 元素（使用到封面图片）
拥有背景图片的元素（调用 CSS 的 url() 函数）
包含文本节点或或行内文本节点的块级元素

　　如果在关闭页面时上报，那么 LCP 将会很长，所以需要选择合适的上报时机，例如 load 事件中。

window.addEventListener("load", function () {
    sendBeacon();
  }, false
);

　　优化后还有 5、6 千条记录中的 load 是 0。查看参数记录发现 loadEventEnd 是 0，而 loadEventStart 有时候是 0，有时候有值。

　　可以在 load 事件中加个定时器，避免在上报性能参数时，loadEventEnd 为 0，因为此时事件还没执行完毕。

window.addEventListener("load", function () {
    setTimeout(function () {
      sendBeacon();
    }, 0);
  }, false
);

　　优化后，白屏 1 秒内的占比从 74.2% 提升到了 92.4%，首屏 1 秒内的占比从 48.6% 提升到了 78.8%。

　　2022-11-30 发现让 PerformanceObserver 的回调仅触发一次而得到的结果会不准，例如有一个页面，默认展示的是一张表示空内容的图片，然后再去请求列表信息。

　　那么第一次回调中选取的最大内容将是这张图片，而用户真正关心的其实是那个后请求的列表。

　　所以暂停 LCP 的读取时机要修改一下，参考 web-vitals 的代码，当有按键或点击（包括滚动）时，就停止 LCP 的采样。

function getLCP() {
  var lcpType = "largest-contentful-paint";
  var isSupport = checkSupportPerformanceObserver(lcpType);
  // 浏览器兼容判断
  if (!isSupport) {
    return;
  }
  var po = new PerformanceObserver(function (entryList) {
    var entries = entryList.getEntries();
    var lastEntry = entries[entries.length - 1];
    shin.lcp = {
      time: _rounded(lastEntry.renderTime || lastEntry.loadTime), // 取整
      url: lastEntry.url,
      element: lastEntry.element ? lastEntry.element.outerHTML : ""
    };
  });
  // buffered 为 true 表示调用 observe() 之前的也算进来
  po.observe({ type: lcpType, buffered: true });
  /**
   * 当有按键或点击（包括滚动）时，就停止 LCP 的采样
   * once 参数是指事件被调用一次后就会被移除
   */
  ["keydown", "click"].forEach((type) => {
    window.addEventListener(
      type,
      function () {
        // 断开此观察者的连接
        po.disconnect();
      },
      { once: true, capture: true }
    );
  });
}

5）FID

　　这个 FID（First Input Delay）是用户第一次与页面交互（例如点击链接、按钮等操作）到浏览器对交互作出响应的时间，于 2022-08-16 新增该指标。

　　延迟时间越长，用户体验越差。减少站点初始化时间和消除冗长的任务有助于消除首次输入延迟。

　　计算方式和 LCP 类似，也是借助 PerformanceObserver 实现，提炼了一个通用的判断方法 checkSupportPerformanceObserver()。

/**
 * 判断当前宿主环境是否支持 PerformanceObserver
 * 并且支持某个特定的类型
 */
function checkSupportPerformanceObserver(type) {
  if (!PerformanceObserver) return false;
  var types = PerformanceObserver.supportedEntryTypes;
  // 浏览器兼容判断
  if (types.indexOf(type) === -1) {
    return false;
  }
  return true;
}

/**
 * 浏览器 FID 计算
 * FID（First Input Delay）用户第一次与页面交互到浏览器对交互作出响应的时间
 * https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Glossary/First_input_delay
 */
function getFID() {
  var fidType = "first-input";
  var isSupport = checkSupportPerformanceObserver(fidType);
  // 浏览器兼容判断
  if (!isSupport) {
    return;
  }
  new PerformanceObserver(function (entryList, obs) {
    const firstInput = entryList.getEntries()[0];
    // 测量第一个输入事件的延迟
    shin.fid = _rounded(firstInput.processingStart - firstInput.startTime);
    // 断开此观察者的连接，因为回调仅触发一次
    obs.disconnect();
  }).observe({ type: fidType, buffered: true });
}
getFID();

　　还有一个与交互有关的指标：TTI，TTI（Time to Interactive）可测量页面从开始加载到主要子资源完成渲染，并能够快速、可靠地响应用户输入所需的时间。

　　它的计算规则比较繁琐：

先找到 FCP 的时间点。
沿时间轴正向搜索时长至少为 5 秒的安静窗口，其中安静窗口的定义为：没有长任务（Long Task）且不超过两个正在处理的网络 GET 请求。
沿时间轴反向搜索安静窗口之前的最后一个长任务，如果没有找到长任务，则在 FCP 处终止。
TTI 是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 值相同。

　　下图有助于更直观的了解上述步骤，其中数字与步骤对应，竖的橙色虚线就是 TTI 的时间点。

　　TBT（Total Blocking Time）是指页面从 FCP 到 TTI 之间的阻塞时间，一般用来量化主线程在空闲之前的繁忙程度。

　　它的计算方式就是取 FCP 和 TTI 之间的所有长任务消耗的时间总和。

　　不过网上有些资料认为 TTI 可能会受当前环境的影响而导致测量结果不准确，因此更适合在实验工具中测量，例如 LightHouse、WebPageTest 等。

　　Google 的 TTI Polyfill 库的第一句话就是不建议在线上搜集 TTI，建议使用 FID。

　　下表是关键指标的基准线，参考字节的标准。

Metric Name	Good(ms)	Needs Improvement(ms)	Poor(ms)
FP	0-1000	1000-2500	Over 2500
FCP	0-1800	1800-3000	Over 3000
LCP	0-2500	2500-4000	Over 4000
TTI	0-3800	3800-7300	Over 7300
FID	0-100	100-300	Over 300

6）FMP

　　2023-01-06 研究了网上开源的各类算法中，初步总结了一套计算 FMP 的步骤。

　　首先，通过 MutationObserver 监听每一次页面整体的 DOM 变化，触发 MutationObserver 的回调。

　　然后在回调中，为每个 HTML 元素（不包括忽略的元素）打上标记，记录元素是在哪一次回调中增加的，并且用数组记录每一次的回调时间。

var IGNORE_TAG_SET = ["SCRIPT", "STYLE", "META", "HEAD", "LINK"];
var WW = window.innerWidth;
var WH = window.innerHeight;
var cacheTrees = []; // 缓存每次更新的DOM元素
var FMP_ATTRIBUTE = "_ts";
var fmpObserver;
var callbackCount = 0;
/**
 * 开始监控DOM的变化
 */
function initFMP() {
  fmpObserver = new MutationObserver(() => {
    var mutationsList = [];
    // 为 HTML 元素打标记，记录是哪一次的 DOM 更新
    var doTag = function (target, callbackCount) {
      var childrenLen = target.children ? target.children.length : 0;
      // 结束递归
      if (childrenLen === 0) return;
      for (var children = target.children, i = childrenLen - 1; i >= 0; i--) {
        var child = children[i];
        var tagName = child.tagName;
        if (
          child.getAttribute(FMP_ATTRIBUTE) === null &&
          IGNORE_TAG_SET.indexOf(tagName) === -1 // 过滤掉忽略的元素
        ) {
          child.setAttribute(FMP_ATTRIBUTE, callbackCount);
          mutationsList.push(child); // 记录更新的元素
        }
        // 继续递归
        doTag(child, callbackCount);
      }
    };
    // 从 body 元素开始遍历
    document.body && doTag(document.body, callbackCount++);
    cacheTrees.push({
      ts: performance.now(),
      children: mutationsList
    });
  });
  fmpObserver.observe(document, {
    childList: true, // 监控子元素
    subtree: true // 监控后代元素
  });
}
initFMP();

　　接着在触发 load 事件时，先过滤掉首屏外和没有高度的元素，以及元素列表之间有包括关系的祖先元素，再计算各次变化时剩余元素的总分。

　　之前是只记录没有后代的元素，但是后面发现有时候 DOM 变化时，没有这类元素。

/**
 * 是否超出屏幕外
 */
function isOutScreen(node) {
  var { left, top } = node.getBoundingClientRect();
  return WH < top || WW < left;
}
/**
 * 读取 FMP 信息
 */
function getFMP() {
  fmpObserver.disconnect(); // 停止监听
  var maxObj = {
    score: -1, //最高分
    elements: [], // 首屏元素
    ts: 0 // DOM变化时的时间戳
  };
  // 遍历DOM数组，并计算它们的得分
  cacheTrees.forEach((tree) => {
    var score = 0;
    // 首屏内的元素
    var firstScreenElements = [];
    tree.children.forEach((node) => {
      // 只记录元素
      if (node.nodeType !== 1 || IGNORE_TAG_SET.indexOf(node.tagName) >= 0) {
        return;
      }
      var { height } = node.getBoundingClientRect();
      // 过滤高度为 0，在首屏外的元素
      if (height > 0 && !isOutScreen(node)) {
        firstScreenElements.push(node);
      }
    });
    // 若首屏中的一个元素是另一个元素的后代，则过滤掉该祖先元素
    firstScreenElements = firstScreenElements.filter((node) => {
      // 只要找到一次包含关系，就过滤掉
      var notFind = !firstScreenElements.some(
        (item) => node !== item && node.contains(item)
      );
      // 计算总得分
      if (notFind) {
        score += caculateScore(node);
      }
      return notFind;
    });
    // 得到最高值
    if (maxObj.score < score) {
      maxObj.score = score;
      maxObj.elements = firstScreenElements;
      maxObj.ts = tree.ts;
    }
  });
  // 在得分最高的首屏元素中，找出最长的耗时
  return getElementMaxTimeConsuming(maxObj.elements, maxObj.ts);
}

　　不同类型的元素，权重也是不同的，权重越高，对页面呈现的影响也越大。

　　在 caculateScore() 函数中，通过 getComputedStyle 得到 CSS 类中的背景图属性，注意，node.style 只能得到内联样式中的属性。

var TAG_WEIGHT_MAP = {
  SVG: 2,
  IMG: 2,
  CANVAS: 4,
  OBJECT: 4,
  EMBED: 4,
  VIDEO: 4
};
/**
 * 计算元素分值
 */
function caculateScore(node) {
  var { width, height } = node.getBoundingClientRect();
  var weight = TAG_WEIGHT_MAP[node.tagName] || 1;
  if (
    weight === 1 &&
    window.getComputedStyle(node)["background-image"] && // 读取CSS样式中的背景图属性
    window.getComputedStyle(node)["background-image"] !== "initial"
  ) {
    weight = TAG_WEIGHT_MAP["IMG"]; //将有图片背景的普通元素 权重设置为img
  }
  return width * height * weight;
}

　　最后在得到分数最大值后，从这些元素中挑选出最长的耗时，作为 FMP。

/**
 * 读取首屏内元素的最长耗时
 */
function getElementMaxTimeConsuming(elements, observerTime) {
  // 记录静态资源的响应结束时间
  var resources = {};
  // 遍历静态资源的时间信息
  performance.getEntries().forEach((item) => {
    resources[item.name] = item.responseEnd;
  });
  var maxObj = {
    ts: observerTime,
    element: ""
  };
  elements.forEach((node) => {
    var stage = node.getAttribute(FMP_ATTRIBUTE);
    ts = stage ? cacheTrees[stage].ts : 0; // 从缓存中读取时间
    switch (node.tagName) {
      case "IMG":
        ts = resources[node.src];
        break;
      case "VIDEO":
        ts = resources[node.src];
        !ts && (ts = resources[node.poster]); // 读取封面
        break;
      default:
        // 读取背景图地址
        var match = window.getComputedStyle(node)["background-image"].match(/url("(.*?)")/);
        if (!match) break;
        var src;
        // 判断是否包含协议
        if (match && match[1]) {
          src = match[1];
        }
        if (src.indexOf("http") == -1) {
          src = location.protocol + match[1];
        }
        ts = resources[src];
        break;
    }
    if (ts > maxObj.ts) {
      maxObj.ts = ts;
      maxObj.element = node;
    }
  });
  return maxObj;
}

二、存储

1）性能数据日志

　　性能数据会被存储到 web_performance 表中，同样在接收时会通过队列来异步新增。

CREATE TABLE `web_performance` (
  `id` bigint(20) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `load` int(11) NOT NULL DEFAULT '0' COMMENT '页面加载总时间',
  `ready` int(11) NOT NULL DEFAULT '0' COMMENT '用户可操作时间',
  `paint` int(11) NOT NULL DEFAULT '0' COMMENT '白屏时间',
  `screen` int(11) NOT NULL DEFAULT '0' COMMENT '首屏时间',
  `measure` varchar(1000) COLLATE utf8mb4_bin NOT NULL COMMENT '其它测量参数，用JSON格式保存',
  `ctime` timestamp NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP,
  `day` int(11) NOT NULL COMMENT '格式化的天（冗余字段），用于排序，20210322',
  `hour` tinyint(2) NOT NULL COMMENT '格式化的小时（冗余字段），用于分组，11',
  `minute` tinyint(2) DEFAULT NULL COMMENT '格式化的分钟（冗余字段），用于分组，20',
  `identity` varchar(30) COLLATE utf8mb4_bin NOT NULL COMMENT '身份',
  `project` varchar(20) COLLATE utf8mb4_bin NOT NULL COMMENT '项目关键字，关联 web_performance_project 表中的key',
  `ua` varchar(600) COLLATE utf8mb4_bin NOT NULL COMMENT '代理信息',
  `referer` varchar(200) COLLATE utf8mb4_bin DEFAULT NULL COMMENT '来源地址',
  `referer_path` varchar(45) COLLATE utf8mb4_bin DEFAULT NULL COMMENT '来源地址中的路径',
  `timing` text COLLATE utf8mb4_bin COMMENT '浏览器读取到的性能参数，用于排查',
  `resource` text COLLATE utf8mb4_bin COMMENT '静态资源信息',
  PRIMARY KEY (`id`),
  KEY `idx_project_day` (`project`,`day`),
  KEY `idx_project_day_hour` (`project`,`day`,`hour`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COLLATE=utf8mb4_bin COMMENT='性能监控'

　　表中的 project 字段会关联 web_performance_project 表中的key。

　　2023-01-09 增加 referer_path 字段，用于分析指定页面的性能。

2）性能项目

　　性能项目就是要监控的页面，与之前不同，性能的监控粒度会更细，因此需要有个后台专门管理这类数据。

CREATE TABLE `web_performance_project` (
  `id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `key` varchar(20) COLLATE utf8mb4_bin NOT NULL COMMENT '唯一值',
  `name` varchar(45) COLLATE utf8mb4_bin NOT NULL COMMENT '项目名称',
  `ctime` timestamp NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP,
  `status` tinyint(1) NOT NULL DEFAULT '1' COMMENT '1：正常  0：删除',
  PRIMARY KEY (`id`),
  UNIQUE KEY `name_UNIQUE` (`name`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COLLATE=utf8mb4_bin COMMENT='性能监控项目';

　　目前做的也比较简单，通过名称得到 16位 MD5 字符串，引入 Node.js 的 cryto 库。

const crypto = require('crypto');
const key = crypto.createHash('md5').update(name).digest('hex').substring(0, 16);

　　2022-11-25 新增查询、分页和编辑，允许更改项目名称，但是 key 要保持不变。

　　可以对长期维护的网页创建单独的性能项目，对于那些临时活动可以共用一个项目。

三、分析

1）性能看板

　　在性能看板中，会有四张折线图，当要统计一天的数据时，横坐标为小时（0~23），纵坐标为在这个小时内正序后处于 95% 位置的日志，也就是 95% 的用户打开页面的时间。

　　这种写法也叫 TP95，TP 是 Top Percentile 的缩写，不用性能平均数是因为那么做不科学。　　

　　过滤条件还可以选择具体的小时，此时横坐标为分钟，纵坐标为在这个分钟内正序后处于 95% 位置的日志。

　　点击图表的 label 部分，可以在后面列表中显示日志细节，其中原始参数就是从浏览器中得到的计算前的性能数据。　　

　　后面又增加了对比功能，就是将几天的数据放在一起对比，可更加直观的展示趋势。　　

2）定时任务

　　在每天的凌晨 3点30 分，统计昨天的日志信息。

　　本来是计划 web_performance_statis 表中每天只有一条记录，所有性能项目的统计信息都塞到 statis 字段中，并且会包含各个对应的日志。

　　但奈何数据量实在太大，超出了 MySQL 中 TEXT 类型的范围，没办法塞进去，后面就只存储 id 并且一个项目每天各一条记录。

　　数据结构如下，其中 loadZero 是指未执行load事件的数量。

{
  hour: {
    x: [11, 14],
    load: ["158", "162"],
    ready: ["157", "162"],
    paint: ["158", "162"],
    screen: ["157", "162"],
    loadZero: 1
  },
  minute: {
    11: {
      x: [11, 18, 30],
      load: ["157", "159", "160"],
      ready: ["156", "159", "160"],
      paint: ["157", "159", "160"],
      screen: ["156", "159", "160"],
      loadZero: 1
    },
    14: {
      x: [9, 16, 17, 18],
      load: ["161", "163", "164", "165"],
      ready: ["161", "163", "164", "165"],
      paint: ["161", "163", "164", "165"],
      screen: ["161", "163", "164", "165"],
      loadZero: 0
    }
  }
}

　　还有个定时任务会在每天的凌晨 4点30 分执行，将四周前的 web_performance_statis 和 web_performance 两张表中的数据清除。

3）资源瀑布图

　　2022-07-08 新增了资源瀑布图的功能，就是查看当时的资源加载情况。

　　在上报性能参数时，将静态资源的耗时，也一起打包。getEntriesByType() 方法可返回给定类型的 PerformanceEntry 列表。

    const resources = performance.getEntriesByType('resource');
    const newResources = [];
    resources && resources.forEach(value => {
      const { name, duration, startTime, initiatorType} = value;
      // 过滤 fetch 请求
      if(initiatorType === 'fetch') return;
      // 只存储 1 分钟内的资源
      if(startTime > 60000) return;
      newResources.push({
        name,
        duration: Math.round(duration),
        startTime: Math.round(startTime),
      })
    });
    obj.resource = newResources;

　　代码中会过滤掉 fetch 请求，因为我本地业务请求使用的是 XMLHTTPRequest，只在上报监控数据时采用了 fetch() 函数。

　　并且我只会搜集 1 分钟内的资源，1 分钟以外的资源我都会舍弃，只记录名称、耗时和开始时间。

　　最终的效果如下图所示，包含一个横向的柱状图和查询区域，目前只开放了根据 ID 查询。　　

　　2022-08-17 在资源瀑布图中标注白屏和首屏的时间点，可对资源的加载做更直观的比较，便于定位性能问题。

　　2022-12-28 在资源瀑布图中，增加 load 和 DOMContentLoaded 两个事件触发的时间点。

4）堆叠柱状图

　　先将所有的性能记录统计出来，然后分别统计白屏和首屏 1 秒内的数量、1-2 秒内、2-3 秒内、3-4 秒内、4+秒的数量，白屏的 SQL 如下所示。

SELECT COUNT(*) FROM `web_performance` WHERE `ctime` >= '2022-06-12 00:00' and `ctime` < '2022-06-13 00:00';
SELECT COUNT(*) FROM `web_performance` WHERE `paint` <= 1000 and `ctime` >= '2022-06-12 00:00' and `ctime` < '2022-06-13 00:00';
SELECT COUNT(*) FROM `web_performance` WHERE `paint` > 1000 and `paint` <= 2000 and `ctime` >= '2022-06-12 00:00' and `ctime` < '2022-06-13 00:00';
SELECT COUNT(*) FROM `web_performance` WHERE `paint` > 2000 and `paint` <= 3000 and `ctime` >= '2022-06-12 00:00' and `ctime` < '2022-06-13 00:00';
SELECT COUNT(*) FROM `web_performance` WHERE `paint` > 3000 and `paint` <= 4000 and `ctime` >= '2022-06-12 00:00' and `ctime` < '2022-06-13 00:00';
SELECT COUNT(*) FROM `web_performance` WHERE `paint` > 4000 `ctime` >= '2022-06-12 00:00' and `ctime` < '2022-06-13 00:00';