21 | Chrome开发者工具：利用网络面板做性能分析

页面是浏览器的核心，浏览器中的所有功能都是服务于页面的，Chrome开发者工具又是调试页面的核心工具。

网络面板

  1. 控制器
  • 开始或停止抓包
  • 全局搜索
  • 禁止从cache中加载资源
  • 模拟网络
  1. 过滤器
  2. 抓图信息：Capture screenshots
  3. 详细列表：本节重点内容
  4. 下载信息概要
  • DOMContentLoaded:页面已经构建好DOM，所需要的HTML、CSS和JS文件都已经下载完成
  • Load:浏览器已经加载了所有的资源(图片、样式表等)

详细信息中的Timing

  • Queued:排队—资源优先级、6个TCP链接。
  • Stalled:其它一些可能导致连接过程被推迟的原因。
  • Proxy Negotiation:代理协商阶段
  • Initial connection/SSL:与服务器建立连接的阶段
  • Request sent:网络进程准备请求数据，发送给网络，时间通常不到1ms。
  • Waiting(TTFB):第一字节时间，反映服务端相应速度的重要指标。
  • Connect Download:从第一字节时间到接收到全部响应数据所用的时间。

优化Timing

1. Queuing时间太久

大概率因为每个域名同时维护6个TCP连接，基于这个原因可以使用域名分片技术，即把该站点下面的资源放在多个域名下。 另外可以将站点升级至HTTP2，因为HTTP2下面已经没有每个域名同时维护6个TCP连接的限制了(可通过curl -I 域名 方式查看HTTP协议版本)。

2. 第一字节时间过久(TTFB)

  • 服务器生成页面数据时间过久
  • 网络原因
  • 发送请求头带上了多余的用户信息：比如不必要的Cookie信息

3.ContentLoad时间过久

可能是字节数太多的原因导致的。这时候你就需要减少文件大小，比如压缩、去掉源码中不必要的注释等方法。

22 | DOM树：JavaScript是如何影响DOM树构建的

什么是DOM

网络传递给渲染引擎的HTML文件字节流渲染引擎是无法理解，需要将其转换为其能够理解的内部结构，这个内部结构就是DOM，DOM提供了对HTML文档结构化的表述，主要作用有三种：

  • DOM是生成页面的基础数据结构
  • DOM提供给JS脚本操作DOM的接口
  • DOM是一道安全防线，不安全内容在DOM解析阶段会被拒之门外。

DOM树如何生成

简言之：通过HTML解析器，将HTML字节流转换为DOM结构。

  • 阶段一：通过分词器将字节流转换为Token。
  • 阶段二、阶段三同步进行，将Token解析为DOM节点，并将DOM节点添加到DOM树中。

JavaScript是如何影响DOM生成的

  • 一段HTML文件，如果加入了script标签(内有脚本内容)，在解析到此script标签时，此时的HTML解析器会暂停DOM的解析，因为接下来JavaScript可能要修改当前生成的DOM结构。
  • 如果HTML文件中通过script引入了js文件，那解析到script时，需要先下载这段JS代码，而下载过程会阻塞DOM接续，因此一方面浏览器做了预解析的操作优化，而另一方面对我们来说，如果该scipt标签内没有操作DOM的相关代码，可以将该脚本设置为异步加载(async或defer)。
    async与defer的区别是：async方法在脚本文件下载完毕后立即执行。而defer是在DOMContentLoaded事件之前执行。
  • JS引擎在解析JS之前，并不知道其中是否会有操纵CSSOM行为的代码，所以在解析JS前，不管是否操纵了CSSOM，都会先去下载CSS文件并解析成CSSOM后，才会再来执行JS脚本。
    最后，得出结论，JavaScript会阻塞DOM的生成，而CSSOM又会阻塞JavaScript的执行，因此DOM的生成受到JS和CSS的影响。

23 ｜ 渲染流水线：CSS如何影响首次加载时的白屏时间？

首先，在上一节基础上进行一个小扩展：Chrome浏览器的预解析线程会先对文件中扫描到的js或者css文件进行一个提前下载数据的阶段，然后这个阶段就可能会因为下载文件而造成阻塞。
然后，渲染流水线需要CSSOM是因为浏览器一样无法直接理解CSS，需要转换成CSSOM，然后进行样式计算、计算布局等阶段。
最后，渲染流水线的流程再简单梳理一遍就是：HTML解析器再接收到数据后，预解析器识别出了有CSS和JavaScript文件，会预先对这些资源进行同步下载，然后生成DOM之前，由于DOM受JS影响，而JS又受CSSOM影响，所以，首先保证的是CSS的下载完成、CSSOM的结构生成。
针对这个渲染流程的阶段分析，其白屏瓶颈为：下载CSS和JavaScipt以及执行JavaScript的时间，因此缩短白屏时长的策略有：

  1. 通过内敛CSS和JS文件，减少这两种文件的下载时间
  2. 减少文件大小，通过Webpack等工具移除不必要的注释、压缩JS文件等方式。
  3. 不需要在HTML阶段使用的JS标记async和defer。
  4. CSS文件过大，可通过媒体查询属性，标记为多个不同用途CSS文件，只在特定环境下加载特点CSS文件。

24 ｜ 分层和合成机制：为什么CSS动画比JavaScript高效

显示器是怎么显示图像的

每个显示器都有固定的刷新频率，通常是60HZ，也就是每秒更新60张图片，更新的图片都来自显卡中一个叫做前缓冲区的地方，显示器的工作就是每秒固定读取60张从前缓冲区中的图像，显示在显示器上。
这个显卡的作用就是合成新的图片，将生成的图片保存在后缓冲区，然后与前缓冲区进行交换，其刷新频率和显示器一致。

帧和帧率

我们在滑动页面或者手势缩放页面的过程中，屏幕产生了相应的效果，这是因为滚动或者缩放的这个操作，渲染引擎迅速捕捉到这个动作并将60张图片更新到显卡的后缓冲区，然后显卡的后缓冲区与前缓冲区进行交换，显示器从显卡前缓冲区读取这个图像，显示在显示器上。
将渲染流水线生成的每一张图片称为一帧，每秒更新了多少帧称为帧率。
于是，要解决一帧生产时间过久的问题，Chrome对浏览器渲染方式做了大量工作，其中最卓有成效的就是引入了分层和合成机制。

生成一帧图像的方式

生产一帧的生成方式有重绘、重排、合成三种方式。

  • 重排会重新根据CSSOM和DOM来计算布局树，生成一张图片会将整个渲染流水线都执行一遍。
  • 重绘在生成一张图片的过程中，少了重新布局的阶段，但依然会进重新计算绘制消息，会比重排效率高。
  • 合成不会触发布局和绘制过程，因此合成效率更高。
  • 重排和重绘操作都是在渲染进程的主线程上执行的，比较耗时；而合成操作是在渲染进程的合成线程上执行的，执行速度快，且不占用主线程。

分层和合成

分层是将多个素材分解成多个图层处理，将这些图层合并在一起就叫做合成。
然后根据阶段一的内容，我们知道在(构建DOM树、样式计算、布局阶段) 后，就是分层的过程，之所以需要分层，是后续的流程需要根据这个层来干事情，比如再之后的绘制会对每一个层生成一个个绘制指令，然后光栅化阶段根据一个个指令生成图片，一个图层就是一张图片，最后合成线程就将一张张图片进行合成一张图片，将最终生成的图片发送至显卡的后缓冲区。
这就是分层和合成的流程。
需要特别注意的是：合成的这个操作是在合成线程中完成的，不会影响主线程执行。

分块

通常页面内容比显示器内容要大很多，若等待所有图片都生成完毕再通过和合成生成一张图片的话，开销会很大，因此合成线程会优先绘制靠近视口的图块，且在首次合成图块的时候使用了一个低分辨率的图片。等正常比例的网页内容绘制好之后，再替换掉当前显示的低分辨率内容。

利用分层技术优化代码

当对一些元素进行几何形状变换、透明度变换、缩放等操作时，使用JS操作会牵扯到整个渲染流水线，而使用CSS则只会经过合成线程的合成阶段，效率要大很多。
也就解释了为什么CSS动画要比JavaScript动画效率高。

25 | 页面性能：如何系统地优化页面

这里讨论的优化页面是指：如何更快的让页面显示和响应。
而页面的周期分为加载阶段、交互阶段和关闭阶段，前两个阶段是用户体验的主要阶段。

加载阶段

加载阶段也就是资源下载整合的阶段，这些资源包括图片、音频、视频等不会影响阻塞页面首次加载的资源，以及JS、CSS、HTML等阻塞首次渲染的资源。
阻塞首次渲染的资源称为关键资源，优化点有：

  1. 尽量减少关键资源个数
  2. 关键资源内容尽量小
  3. 降低关键资源的RTT次数。

交互阶段

  1. 减少JavaScript脚本执行时间
  2. 避免强制同步布局。
  3. 避免布局抖动
  4. 合理利用CSS合成动画
  5. 避免频繁的垃圾回收

26 ｜ 虚拟DOM和实际DOM有何不同

DOM缺陷

DOM缺陷就是往往一个小的DOM操作，渲染引擎需要进行重排、重绘、合成等操作，这些操作非常频繁且耗时，会带来性能问题。
然后需要一种方式来减少JS对DOM的操作，于是虚拟DOM就来了。

什么是虚拟DOM

虚拟DOM的作用是：

  1. 将页面改变的内容应用到虚拟DOM上，不是直接应用到DOM上。
  2. 变换应用到虚拟DOM上时，不会着急去渲染页面，而仅是调整虚拟DOM的内部状态，这样操作虚拟DOM效率高且畅快。
  3. 虚拟DOM收集到足够的改变，将这些变化一次性应用到真实DOM上，这样就能较少一些不必要的更新，同时保证DOM稳定输出。

27 ｜ 渐进式网页应用(PWA):它究竟解决了Web应用的哪些问题？

PWA:Progressive Web App 渐进式网页应用。

  • PWA提供了一个渐进式的过渡方案，让Web应用逐步具有本地应用的能力，且根据技术的演进，采用渐进式的方式逐步支持各项新技术，不断实现本地应用特性，是一个非常缓和的渐进式策略，而不是一步到位。
  • PWA是一种理念，渐进式增强Web的优势，通过技术手段渐进式缩短和本地应用或者小程序的距离，基于这套理念之下的技术都可以归类为PWA。

Web应用 VS 本地应用

相对于本地应用，Web应用缺少的是：

  • 缺少离线使用能力。
  • 缺少消息推送能力。
  • 缺少一级入口。
    当然，基于上面的这几种缺陷吧，PWA提供了两种解决防范：引入了Service Worker来尝试解决离线存储和消息推送的问题。
    引入了manifest.json来解决一级入口的问题,可以让开发者定义桌面图标、显示名称、启动信息、页面主题颜色等。

Service Worker

主要思想是：在页面和网络直接增加一个拦截器，用来缓存和拦截请求。
这个拦截器是干嘛的呢：没有安装 Service Worker 之前，WebApp 都是直接通过网络模块来请求资源的。安装了 Service Worker 模块之后，WebApp 请求资源时，会先通过 Service Worker，让它判断是返回 Service Worker 缓存的资源还是重新去网络请求资源。一切的控制权都交由 Service Worker 来处理。

Web Worker

Web Worker是为了避免一个JS脚本执行占用主线程时间过长这个问题而出现的。
Web Worker是运行在页面主线程之外的，但Web Worker当中没有当前页面的DOM环境，因此只能执行和DOM无关的脚步，并通过postMessage方法将执行结果返回给主线程，也就是说，Web Worker是在渲染进程中开启的一个新线程。
然后Service Worker借鉴了Web Worker的核心思想:’让其运行在主线程之外’，而由于Web Worker是临时的，执行结果保存不下来，因此Service Worker增加了储存功能。
安全设计上，Service Worker采用HTTPS协议。

28 ｜ WebComponent：像搭积木一样构建Web应用

怎么理解组件化呢：对内高内聚、对外低耦合。

阻碍前端组件化的因素

  • CSS全局样式阻碍组件化
  • DOM阻碍组件化，页面中只有一个DOM，任何地方都可以直接读取和修改DOM。
    因此使用JS实现组件化没有问题，但是遇上CSS和DOM，就不好弄了。

WebComponent组件化

WebComponent给出的解决思路就是提供局部视图封装能力，让CSS和HTML和JS运行在局部环境，已使得不会影响全局。
他的实现简单概括为： 使用template属性来创建模板，使用影子DOM提供局部作用域，将template中DOM和CSS与全局进行隔离。

影子DOM

影子DOM的作用主要有两类：

  • 影子DOM的元素对于整个网页是不可见的。
  • 影子DOM的CSS不会影响到整个网页的CSSOM，影子内部的CSS只对内部元素起作用。