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中高级前端关于性能优化的9大策略和6大指标

网络层面的性能优化，无疑是如何让资源体积更小加载更快，因此笔者从以下四方面做出建议

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羊先生2021.07.13 · 27 分钟阅读 · 48 阅读
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九大策略

网络层面

网络层面的性能优化，无疑是如何让资源体积更小加载更快，因此笔者从以下四方面做出建议。

  1. 构建策略：基于构建工具(Webpack/Rollup/Parcel/Esbuild/Vite/Gulp)
  2. 图像策略：基于图像类型(JPG/PNG/SVG/WebP/Base64)
  3. 分发策略：基于内容分发网络(CDN)
  4. 缓存策略：基于浏览器缓存(强缓存/协商缓存)

上述四方面都是一步接着一步完成，充满在整个项目流程里。构建策略和图像策略处于开发阶段，分发策略和缓存策略处于生产阶段，因此在每个阶段都可检查是否按顺序接入上述策略。通过这种方式就能最大限度增加性能优化应用场景

构建策略

该策略主要围绕webpack做相关处理，同时也是接入最普遍的性能优化策略。其他构建工具的处理也是大同小异，可能只是配置上不一致。说到webpack的性能优化，无疑是从时间层面和体积层面入手

笔者对两层面分别做出6个性能优化建议总共12个性能优化建议，为了方便记忆均使用四字词语概括，方便大家消化。⏱表示减少打包时间，📦表示减少打包体积。

减少打包时间：缩减范围、缓存副本、定向搜索、提前构建、并行构建、可视结构
减少打包体积：分割代码、摇树优化、动态垫片、按需加载、作用提升、压缩资源

缩减范围

配置include/exclude缩小Loader对文件的搜索范围，好处是避免不必要的转译。node_modules目录的体积这么大，那得增加多少时间成本去检索所有文件啊？

include/exclude通常在各大Loader里配置，src目录通常作为源码目录，可做如下处理。当然include/exclude可根据实际情况修改。

js 复制代码 
export default {
    module: {
        rules: [{
            exclude: /node_modules/,
            include: /src/,
            test: /\.js$/,
            use: "babel-loader"
        }]
    }
};

缓存副本

配置cache缓存Loader对文件的编译副本，好处是再次编译时只编译修改过的文件。未修改过的文件干嘛要随着修改过的文件重新编译呢？

大部分Loader/Plugin都会提供一个可使用编译缓存的选项，通常包含cache字眼。以babel-loader和eslint-webpack-plugin为例。

js 复制代码 
import EslintPlugin from "eslint-webpack-plugin";

export default {
    // ...
    module: {
        rules: [{
            // ...
            test: /\.js$/,
            use: [{
                loader: "babel-loader",
                options: { cacheDirectory: true }
            }]
        }]
    },
    plugins: [
        new EslintPlugin({ cache: true })
    ]
};

定向搜索

配置resolve提高文件的搜索速度，好处是定向指定必须文件路径。若某些第三方库以常规形式引入可能报错或希望程序自动索引特定类型文件都可通过该方式解决。

alias映射模块路径，extensions表明文件后缀，noParse过滤无依赖文件。通常配置alias和extensions就足够

js 复制代码 
export default {
    // ...
    resolve: {
        alias: {
            "#": AbsPath(""), // 根目录快捷方式
            "@": AbsPath("src"), // src目录快捷方式
            swiper: "swiper/js/swiper.min.js"
        }, // 模块导入快捷方式
        extensions: [".js", ".ts", ".jsx", ".tsx", ".json", ".vue"] // import路径时文件可省略后缀名
    }
};

提前构建

配置DllPlugin将第三方依赖提前打包，好处是将DLL与业务代码完全分离且每次只构建业务代码。这是一个古老配置，在webpack v2时已存在，不过现在webpack v4+已不推荐使用该配置，因为其版本迭代带来的性能提升足以忽略DllPlugin所带来的效益。

DLL意为动态链接库，指一个包含可由多个程序同时使用的代码库。在前端领域里可认为是另类缓存的存在，它把公共代码打包为DLL文件并存到硬盘里，再次打包时动态链接DLL文件就无需再次打包那些公共代码，从而提升构建速度，减少打包时间。

配置DLL总体来说相比其他配置复杂，配置流程可大致分为三步。

首先告知构建脚本哪些依赖做成DLL并生成DLL文件和DLL映射表文件

shell 复制代码 
 npm install --save-dev autodll-webpack-plugin

注意：webpack 5计划支持开箱即用的缓存，AutoDllPlugin 将很快被淘汰

并行构建

配置Thread将Loader单进程转换为多进程，好处是释放CPU多核并发的优势。在使用webpack构建项目时会有大量文件需解析和处理，构建过程是计算密集型的操作，随着文件增多会使构建过程变得越慢。

运行在Node里的webpack是单线程模型，简单来说就是webpack待处理的任务需一件件处理，不能同一时刻处理多件任务。

文件读写与计算操作无法避免，能不能让webpack同一时刻处理多个任务，发挥多核CPU电脑的威力以提升构建速度呢？thread-loader来帮你，根据CPU个数开启线程。

在此需注意一个问题，若项目文件不算多就不要使用该性能优化建议，毕竟开启多个线程也会存在性能开销

js 复制代码 
import Os from "os";

export default {
    // ...
    module: {
        rules: [{
            // ...
            test: /\.js$/,
            use: [{
                loader: "thread-loader",
                options: { workers: Os.cpus().length }
            }, {
                loader: "babel-loader",
                options: { cacheDirectory: true }
            }]
        }]
    }
};

可视结构

配置BundleAnalyzer分析打包文件结构，好处是找出导致体积过大的原因。从而通过分析原因得出优化方案减少构建时间。BundleAnalyzer是webpack官方插件，可直观分析打包文件的模块组成部分、模块体积占比、模块包含关系、模块依赖关系、文件是否重复、压缩体积对比等可视化数据

https://github.com/webpack-contrib/webpack-bundle-analyzer

js 复制代码 
import { BundleAnalyzerPlugin } from "webpack-bundle-analyzer";

export default {
    // ...
    plugins: [
        // ...
        BundleAnalyzerPlugin()
    ]
};

分割代码

分割各个模块代码，提取相同部分代码，好处是减少重复代码的出现频率。webpack v4使用splitChunks替代CommonsChunksPlugin实现代码分割。

splitChunks配置较多，详情可参考官网，在此笔者贴上常用配置

js 复制代码 
export default {
    // ...
    optimization: {
        runtimeChunk: { name: "manifest" }, // 抽离WebpackRuntime函数
        splitChunks: {
            cacheGroups: {
                common: {
                    minChunks: 2,
                    name: "common",
                    priority: 5,
                    reuseExistingChunk: true, // 重用已存在代码块
                    test: AbsPath("src")
                },
                vendor: {
                    chunks: "initial", // 代码分割类型
                    name: "vendor", // 代码块名称
                    priority: 10, // 优先级
                    test: /node_modules/ // 校验文件正则表达式
                }
            }, // 缓存组
            chunks: "all" // 代码分割类型：all全部模块，async异步模块，initial入口模块
        } // 代码块分割
    }
};

摇树优化

删除项目中未被引用代码，好处是移除重复代码和未使用代码。摇树优化首次出现于rollup，是rollup的核心概念，后来在webpack v2里借鉴过来使用。

摇树优化只对ESM规范生效，对其他模块规范失效。摇树优化针对静态结构分析，只有import/export才能提供静态的导入/导出功能。因此在编写业务代码时必须使用ESM规范才能让摇树优化移除重复代码和未使用代码。

在webpack里只需将打包环境设置成生产环境就能让摇树优化生效，同时业务代码使用ESM规范编写，使用import导入模块，使用export导出模块

js 复制代码 
export default {
    // ...
    mode: "production"
};

动态垫片

通过垫片服务根据UA返回当前浏览器代码垫片，好处是无需将繁重的代码垫片打包进去。每次构建都配置@babel/preset-env和core-js根据某些需求将Polyfill打包进来，这无疑又为代码体积增加了贡献。
@babel/preset-env提供的useBuiltIns可按需导入Polyfill。

  1. false：无视target.browsers将所有Polyfill加载进来
  2. entry：根据target.browsers将部分Polyfill加载进来(仅引入有浏览器不支持的Polyfill，需在入口文件import "core-js/stable")
  3. usage：根据target.browsers和检测代码里ES6的使用情况将部分Polyfill加载进来(无需在入口文件import "core-js/stable")

在此推荐大家使用动态垫片。动态垫片可根据浏览器UserAgent返回当前浏览器Polyfill，其思路是根据浏览器的UserAgent从browserlist查找出当前浏览器哪些特性缺乏支持从而返回这些特性的Polyfill。对这方面感兴趣的同学可参考polyfill-library和polyfill-service的源码。

在此提供两个动态垫片服务，可在不同浏览器里点击以下链接看看输出不同的Polyfill。相信IExplore还是最多Polyfill的，它自豪地说：我就是我，不一样的烟火

官方CDN服务
阿里CDN服务

使用html-webpack-tags-plugin在打包时自动插入动态垫片

js 复制代码 
import HtmlTagsPlugin from "html-webpack-tags-plugin";

export default {
    plugins: [
        new HtmlTagsPlugin({
            append: false, // 在生成资源后插入
            publicPath: false, // 使用公共路径
            tags: ["https://polyfill.alicdn.com/polyfill.min.js"] // 资源路径
        })
    ]
};

按需加载

将路由页面/触发性功能单独打包为一个文件，使用时才加载，好处是减轻首屏渲染的负担。因为项目功能越多其打包体积越大，导致首屏渲染速度越慢。

首屏渲染时只需对应JS代码而无需其他JS代码，所以可使用按需加载。webpack v4提供模块按需切割加载功能，配合import()可做到首屏渲染减包的效果，从而加快首屏渲染速度。只有当触发某些功能时才会加载当前功能的JS代码。

webpack v4提供魔术注解命名切割模块，若无注解则切割出来的模块无法分辨出属于哪个业务模块，所以一般都是一个业务模块共用一个切割模块的注解名称。

js 复制代码 
const Login = () => import( /* webpackChunkName: "login" */ "../../views/login");
const Logon = () => import( /* webpackChunkName: "logon" */ "../../views/logon");

作用提升

分析模块间依赖关系，把打包好的模块合并到一个函数中，好处是减少函数声明和内存花销。作用提升首次出现于rollup，是rollup的核心概念，后来在webpack v3里借鉴过来使用。

在未开启作用提升前，构建后的代码会存在大量函数闭包。由于模块依赖，通过webpack打包后会转换成IIFE，大量函数闭包包裹代码会导致打包体积增大(模块越多越明显)。在运行代码时创建的函数作用域变多，从而导致更大的内存开销。

在开启作用提升后，构建后的代码会按照引入顺序放到一个函数作用域里，通过适当重命名某些变量以防止变量名冲突，从而减少函数声明和内存花销。

在webpack里只需将打包环境设置成生产环境就能让作用提升生效，或显式设置concatenateModules。

js 复制代码 
export default {
    // ...
    mode: "production"
};
// 显式设置
export default {
    // ...
    optimization: {
        // ...
        concatenateModules: true
    }
};

压缩资源

压缩HTML/CSS/JS代码，压缩字体/图像/音频/视频，好处是更有效减少打包体积。极致地优化代码都有可能不及优化一个资源文件的体积更有效。

针对HTML代码，使用html-webpack-plugin开启压缩功能

js 复制代码 
import HtmlPlugin from "html-webpack-plugin";

export default {
    // ...
    plugins: [
        // ...
        HtmlPlugin({
            // ...
            minify: {
                collapseWhitespace: true,
                removeComments: true
            } // 压缩HTML
        })
    ]
};

针对CSS/JS代码，分别使用以下插件开启压缩功能。其中OptimizeCss基于cssnano封装，Uglifyjs和Terser都是webpack官方插件，同时需注意压缩JS代码需区分ES5和ES6

optimize-css-assets-webpack-plugin：压缩CSS代码
uglifyjs-webpack-plugin：压缩ES5版本的JS代码
terser-webpack-plugin：压缩ES6版本的JS代码

js 复制代码 
import OptimizeCssAssetsPlugin from "optimize-css-assets-webpack-plugin";
import TerserPlugin from "terser-webpack-plugin";
import UglifyjsPlugin from "uglifyjs-webpack-plugin";

const compressOpts = type => ({
    cache: true, // 缓存文件
    parallel: true, // 并行处理
    [`${type}Options`]: {
        beautify: false,
        compress: { drop_console: true }
    } // 压缩配置
});
const compressCss = new OptimizeCssAssetsPlugin({
    cssProcessorOptions: {
        autoprefixer: { remove: false }, // 设置autoprefixer保留过时样式
        safe: true // 避免cssnano重新计算z-index
    }
});
const compressJs = USE_ES6
    ? new TerserPlugin(compressOpts("terser"))
    : new UglifyjsPlugin(compressOpts("uglify"));

export default {
    // ...
    optimization: {
        // ...
        minimizer: [compressCss, compressJs] // 代码压缩
    }
};

针对字体/音频/视频文件，还真没相关Plugin供我们使用，就只能拜托大家在发布项目到生产服前使用对应的压缩工具处理了。针对图像文件，大部分Loader/Plugin封装时均使用了某些图像处理工具，而这些工具的某些功能又托管在国外服务器里，所以导致经常安装失败。具体解决方式可回看笔者曾经发布的《聊聊NPM镜像那些险象环生的坑》一文寻求答案。

鉴于此，笔者花了一点小技巧开发了一个Plugin用于配合webpack压缩图像，详情请参考tinyimg-webpack-plugin

js 复制代码 
import TinyimgPlugin from "tinyimg-webpack-plugin";

export default {
    // ...
    plugins: [
        // ...
        TinyimgPlugin()
    ]
};

上述配置：https://github.com/JowayYoung/bruce-cli

图像策略

图像选型：了解所有图像类型的特点及其何种应用场景最合适
图像压缩：在部署到生产环境前使用工具或脚本对其压缩处理

分发策略

该策略主要围绕内容分发网络做相关处理，同时也是接入成本较高的性能优化策略，需足够资金支持。
虽然接入成本较高，但大部分企业都会购买一些CDN服务器，所以在部署的事情上就不用过分担忧，尽管使用就好。该策略尽量遵循以下两点就能发挥CDN最大作用。

所有静态资源走CDN：开发阶段确定哪些文件属于静态资源
把静态资源与主页面置于不同域名下：避免请求带上Cookie

内容分发网络简称CDN，指一组分布在各地存储数据副本并可根据就近原则满足数据请求的服务器。其核心特征是缓存和回源，缓存是把资源复制到CDN服务器里，回源是资源过期/不存在就向上层服务器请求并复制到CDN服务器里。

使用CDN可降低网络拥塞，提高用户访问响应速度和命中率。构建在现有网络基础上的智能虚拟网络，依靠部署在各地服务器，通过中心平台的调度、负载均衡、内容分发等功能模块，使用户就近获取所需资源，这就是CDN的终极使命。

基于CDN的就近原则所带来的优点，可将网站所有静态资源全部部署到CDN服务器里。那静态资源包括哪些文件？通常来说就是无需服务器产生计算就能得到的资源，例如不常变化的样式文件、脚本文件和多媒体文件(字体/图像/音频/视频)等。

若需单独配置CDN服务器，可考虑阿里云OSS、网易树帆NOS和七牛云Kodo，当然配置起来还需购买该产品对应的CDN服务。由于篇幅问题，这些配置在购买后会有相关教程，可自行体会，在此就不再叙述了

缓存策略

缓存策略通过设置HTTP报文实现，在形式上分为强缓存/强制缓存和协商缓存/对比缓存。为了方便对比，笔者将某些细节使用图例展示，相信你有更好的理解。

image.png
image.png

整个缓存策略机制很明了，先走强缓存，若命中失败才走协商缓存。若命中强缓存，直接使用强缓存；若未命中强缓存，发送请求到服务器检查是否命中协商缓存；若命中协商缓存，服务器返回304通知浏览器使用本地缓存，否则返回最新资源。
有两种较常用的应用场景值得使用缓存策略一试，当然更多应用场景都可根据项目需求制定。

  • 频繁变动资源：设置Cache-Control:no-cache，使浏览器每次都发送请求到服务器，配合Last-Modified/ETag验证资源是否有效
  • 不常变化资源：设置Cache-Control:max-age=31536000，对文件名哈希处理，当代码修改后生成新的文件名，当HTML文件引入文件名发生改变才会下载最新文件

渲染层面

渲染层面的性能优化，无疑是如何让代码解析更好执行更快。因此笔者从以下五方面做出建议。

  • CSS策略：基于CSS规则
  • DOM策略：基于DOM操作
  • 阻塞策略：基于脚本加载
  • 回流重绘策略：基于回流重绘
  • 异步更新策略：基于异步更新

上述五方面都是编写代码时完成，充满在整个项目流程的开发阶段里。因此在开发阶段需时刻注意以下涉及到的每一点，养成良好的开发习惯，性能优化也自然而然被使用上了。

渲染层面的性能优化更多表现在编码细节上，而并非实体代码。简单来说就是遵循某些编码规则，才能将渲染层面的性能优化发挥到最大作用

CSS策略

  • 避免出现超过三层的嵌套规则
  • 避免为ID选择器添加多余选择器
  • 避免使用标签选择器代替类选择器
  • 避免使用通配选择器，只对目标节点声明规则
  • 避免重复匹配重复定义，关注可继承属性

DOM策略

  • 缓存DOM计算属性
  • 避免过多DOM操作
  • 使用DOMFragment缓存批量化DOM操作

阻塞策略

  • 脚本与DOM/其它脚本的依赖关系很强：对script标签设置defer
  • 脚本与DOM/其它脚本的依赖关系不强：对script标签设置async

回流重绘策略

  • 缓存DOM计算属性
  • 使用类合并样式，避免逐条改变样式
  • 使用display控制DOM显隐，将DOM离线化

异步更新策略

  • 在异步任务中修改DOM时把其包装成微任务

六大指标

六大指标基本囊括大部分性能优化细节，可作为九大策略的补充。笔者根据每条性能优化建议的特征将指标划分为以下六方面。

  • 加载优化：资源在加载时可做的性能优化
  • 执行优化：资源在执行时可做的性能优化
  • 渲染优化：资源在渲染时可做的性能优化
  • 样式优化：样式在编码时可做的性能优化
  • 脚本优化：脚本在编码时可做的性能优化
  • V8引擎优化：针对V8引擎特征可做的性能优化。

加载优化

image.png

执行优化

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渲染优化

image.png

样式优化

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脚本优化

image.png

V8引擎优化

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