前端优化带来的思考，浅谈前端工程化

重复优化的思考

这段时间对项目做了一次整体的优化，全站有了20%左右的提升（本来载入速度已经1.2S左右了，优化度很低），算一算已经做了四轮的全站性能优化了，回顾几次的优化手段，基本上几个字就能说清楚：

传输层面：减少请求数，降低请求量
执行层面：减少重绘&回流

传输层面的从来都是优化的核心点，而这个层面的优化要对浏览器有一个基本的认识，比如：

① 网页自上而下的解析渲染，边解析边渲染，页面内CSS文件会阻塞渲染，异步CSS文件会导致回流

② 浏览器在document下载结束会检测静态资源，新开线程下载（有并发上限），在带宽限制的条件下，无序并发会导致主资源速度下降，从而影响首屏渲染

③ 浏览器缓存可用时会使用缓存资源，这个时候可以避免请求体的传输，对性能有极大提高

衡量性能的重要指标为首屏载入速度（指页面可以看见，不一定可交互），影响首屏的最大因素为请求，所以请求是页面真正的杀手，一般来说我们会做这些优化：

减少请求数

① 合并样式、脚本文件

② 合并背景图片

③ CSS3图标、Icon Font

降低请求量

① 开启GZip

② 优化静态资源，jQuery->Zepto、阉割IScroll、去除冗余代码

③ 图片无损压缩

④ 图片延迟加载

⑤ 减少Cookie携带

很多时候，我们也会采用类似“时间换空间、空间换时间”的做法，比如：

① 缓存为王，对更新较缓慢的资源&接口做缓存（浏览器缓存、localsorage、application cache这个坑多）

② 按需加载，先加载主要资源，其余资源延迟加载，对非首屏资源滚动加载

③ fake页技术，将页面最初需要显示Html&Css内联，在页面所需资源加载结束前至少可看，理想情况是index.html下载结束即展示（2G 5S内）

④ CDN

......

从工程的角度来看，上述优化点半数以上是重复的，一般在发布时候就直接使用项目构建工具做掉了，还有一些只是简单的服务器配置，开发时不需要关注。

可以看到，我们所做的优化都是在减少请求数，降低请求量，减小传输时的耗时，或者通过一个策略，优先加载首屏渲染所需资源，而后再加载交互所需资源（比如点击时候再加载UI组件），Hybrid APP这方面应该尽可能多的将公共静态资源放在native中，比如第三方库，框架，UI甚至城市列表这种常用业务数据。

拦路虎

有一些网站初期比较快，但是随着量的积累，BUG越来越多，速度也越来越慢，一些前端会使用上述优化手段做优化，但是收效甚微，一个比较典型的例子就是代码冗余：

① 之前的CSS全部放在了一个文件中，新一轮的UI样式优化，新老CSS难以拆分，CSS体量会增加，如果有业务团队使用了公共样式，情况更不容乐观；

② UI组件更新，但是如果有业务团队脱离接口操作了组件DOM，将导致新组件DOM更新受限，最差的情况下，用户会加载两个组件的代码；

③ 胡乱使用第三方库、组件，导致页面加载大量无用代码；

......

以上问题会不同程度的增加资源下载体量，如果听之任之会产生一系列工程问题：

① 页面关系错综复杂，需求迭代容易出BUG；

② 框架每次升级都会导致额外的请求量，常加载一些业务不需要的代码；

③ 第三方库泛滥，且难以维护，有BUG也改不了；

④ 业务代码加载大量异步模块资源，页面请求数增多；

......

为求快速占领市场，业务开发时间往往紧迫，使用框架级的HTML&CSS、绕过CSS Sprite使用背景图片、引入第三方工具库或者UI，会经常发生。当遇到性能瓶颈时，如果不从根源解决问题，用传统的优化手段做页面级别的优化，会出现很快页面又被玩坏的情况，几次优化结束后我也在思考一个问题：

前端每次性能优化的手段皆大同小异；代码的可维护性也基本是在细分职责；
既然每次优化的目的是相同的，每次实现的过程是相似的，而每次重新开发项目又基本是要重蹈覆辙的，那么工程化、自动化可能是这一切问题的最终答案

工程问题在项目积累到一定量后可能会发生，一般来说会有几个现象预示着工程问题出现了：

① 代码编写&调试困难

② 业务代码不好维护

③ 网站性能普遍不好

④ 性能问题重复出现，并且有不可修复之势

像上面所描述情况，就是一个典型的工程问题；定位问题、发现问题、解决问题是我们处理问题的手段；而如何防止同一类型的问题重复发生，便是工程化需要做的事情，简单说来，优化是解决问题，工程化是避免问题，今天我们就站在工程化的角度来解决一些前端优化问题，防止其死灰复燃。

文中是我个人的一些开发经验，希望对各位有用，也希望各位多多支持讨论，指出文中不足以及提出您的一些建议。

消灭冗余

我们这里做的第一个事情便是消除优化路上第一个拦路虎：代码冗余（做代码精简），单从一个页面的加载来说，他需要以下资源：

① 框架MVC骨架模块&框架级别CSS

② UI组件（header组件、日历、弹出层、消息框......）

③ 业务HTML骨架

④ 业务CSS

⑤ 业务Javascript代码

⑥ 服务接口服务

因为产品&视觉会经常折腾全站样式加之UI的灵活性，UI最容易产生冗余的模块。

UI组件

UI组件本身包括完整的HTML&CSS&Javascript，一个复杂的组件下载量可以达到10K以上，就UI部分来说容易导致两个工程化问题：

① 升级产生代码冗余

② 对外接口变化导致业务升级需要额外开发

UI升级

最理想的升级是保持对外的接口不变甚至保持DOM结构不变，但多数情况的UI升级其实是UI重做，最坏的情况是不做老接口兼容，这个时候业务同事便需要修改代码。为了防止业务抱怨，UI制作者往往会保留两个组件（UI+UI1），如果原来那个UI是核心依赖组件（比如是UIHeader组件），便会直接打包至核心框架包中，这时便出现了新老组件共存的局面，这种情况是必须避免的，UI升级需要遵守两个原则：

① 核心依赖组件必须保持单一，相同功能的核心组件只能有一个

② 组件升级必须做接口兼容，新的特性可以做加法，绝不允许对接口做减法

UI组成

项目之初，分层较好的团队会有一个公共的CSS文件（main.css），一个业务CSS文件，main.css包含公共的CSS，并且会包含所有的UI的样式：

半年后业务频道增，UI组件需求一多便容易膨胀，弊端马上便暴露出来了，最初main.css可能只有10K，但是不出半年就会膨胀至100K，而每个业务频道一开始便需要加载这100K的样式文件页面，但是其中多数的UI样式是首屏加载用不到的。

所以比较好的做法是，main.css只包含最核心的样式，理想情况是什么业务样式功能皆不要提供，各个UI组件的样式打包至UI中按需加载：

如此UI拆分后，main.css总是处于最基础的样式部分，而UI使用时按需加载，就算出现两个相同组件也不会导致多下载资源。

拆分页面

一个PC业务页面，其模块是很复杂的，这个时候可以将之分为多个模块：

一经拆分后，页面便是由业务组件组成，只需要关注各个业务组件的开发，然后在主控制器中组装业务组件，这样主控制器对页面的控制力度会增加。

业务组件一般重用性较低，会产生模块间的业务耦合，还会对业务数据产生依赖，但是主体仍然是HTML&CSS&Javascript，这部分代码也是经常导致冗余的，如果能按模块拆分，可以很好的控制这一问题发生：

按照上述的做法现在的加载规则是：

① 公共样式文件

② 框架文件，业务入口文件

③ 入口文件，异步加载业务模块，模块内再异步加载其它资源

这样下来业务开发时便不需要引用样式文件，可以最大限度的提升首屏载入速度；需要关注的一点是，当异步拉取模块时，内部的CSS加载需要一个规则避免对其它模块的影响，因为模块都带有样式属性，页面回流、页面闪烁问题需要关注。

一个实际的例子是，这里点击出发后的城市列表便是一个完整的业务组件，城市选择的资源是在点击后才会发生请求，而业务组件内部又会细分小模块，再细分的资源控制由实际业务情况决定，过于细分也会导致理解和代码编写难度上升：

demo演示地址，代码地址

如果哪天需求方需要用新的城市选择组件，便可以直接重新开发，让业务之间使用最新的城市列表即可，因为是独立的资源，所以老的也是可以使用的。

只要能做到UI级别的拆分与页面业务组件的拆分，便能很好的应付样式升级的需求，这方面冗余只要能避过，其它冗余问题便不是问题了，有两个规范最好遵守：

1 避免使用全局的业务类样式，就算他建议你使用
2 避免不通过接口直接操作DOM

冗余是首屏载入速度最大的拦路虎，是历史形成的包袱，只要能消除冗余，便能在后面的路走的更顺畅，这种组件化编程的方法也能让网站后续的维护更加简单。

资源加载

解决冗余便抛开了历史的包袱，是前端优化的第一步也是比较难的一步，但模块拆分也将全站分成了很多小的模块，载入的资源分散会增加请求数；如果全部合并，会导致首屏加载不需要的资源，也会导致下一个页面不能使用缓存，如何做出合理的入口资源加载规则，如何合理的善用缓存，是前端优化的第二步。

经过几次性能优化对比，得出了一个较优的首屏资源加载方案：

① 核心框架层：mvc骨架、异步模块加载器（require&seajs）、工具库（zepto、underscore、延迟加载）、数据请求模块、核心依赖UI（header组件消息类组件）

② 业务公共模块：入口文件（require配置，初始化工作、业务公共模块）

③ 独立的page.js资源（包含template、css），会按需加载独立UI资源

④ 全局css资源

这里如果追求极致，libs.js、main.css与main.js可以选择合并，划分结束后便可以决定静态资源缓存策略了。

资源缓存

资源缓存是为二次请求加速，比较常用的缓存技术有：

① 浏览器缓存

② localstorage缓存

③ application缓存

application缓存更新一块不好把握容易出问题，所以更多的是依赖浏览器以及localstorage，首先说下浏览器级别的缓存。

时间戳更新

只要服务器配置，浏览器本身便具有缓存机制，如果要使用浏览器机制作缓存，势必关心一个何时更新资源问题，我们一般是这样做的：

<script type="text/javascript" src="libs.js?t=20151025"></script>

这样做要求必须先发布js文件，才能发布html文件，否则读不到最新静态文件的。一个比较尴尬的场景是libs.js是框架团队甚至第三方公司维护的，和业务团队的index.html是两个团队，互相的发布是没有关联的，所以这两者的发布顺序是不能保证的，于是转向开始使用了MD5的方式。

MD5时代

为了解决以上问题我们开始使用md5码的方式为静态资源命名：

<script type="text/javascript" src="libs_md5_1234.js"></script>

每次框架更新便不做文件覆盖，直接生成一个唯一的文件名做增量发布，这个时候如果框架先发布，待业务发布时便已经存在了最新的代码；当业务先发布框架没有新的时，便继续沿用老的文件，一切都很美好，虽然业务开发偶尔会抱怨每次都要向框架拿MD5映射，直到框架一次BUG发生。

seed.js时代

突然一天框架发现一个全局性BUG，并且马上做出了修复，业务团队也马上发布上线，但这种事情出现第二次、第三次框架这边便压力大了，这个时候框架层面希望业务只需要引用一个不带缓存的seed.js，seed.js要怎么加载是他自己的事情：

<script type="text/javascript" src="seed.js"></script>

//seed.js需要按需加载的资源
<script src="libs_md5.js"></script>
<script src="main_md5.js"></script>

当然，由于js加载是顺序是不可控的，我们需要为seed.js实现一个最简单的顺序加载模块，映射什么的由构建工具完成，每次做覆盖发布即可，这样做的缺点是额外增加一个seed.js的文件，并且要承担模块加载代码的下载量。

localstorage缓存

也会有团队将静态资源缓存至localstorage中，以期做离线应用，但是我一般用它存json数据，没有做过静态资源的存储，想要尝试的朋友一定要做好资源更新的策略，然后localstorage的读写也有一定损耗，不支持的情况还需要做降级处理，这里便不多介绍。

Hybrid载入

如果是Hybrid的话，情况有所不同，需要将公共资源打包至native中，业务类就不要打包了，否则native会越来越大。

服务器资源合并

之前与淘宝的一些朋友做过交流，发现他们居然做到了零散资源在服务器端做合并的地步了......这方面我们还是望洋兴叹吧

工程化&前端优化

所谓工程化，可以简单认为是将框架的职责拓宽再拓宽，主旨是帮业务团队更好的完成需求，工程化会预测一些常碰到的问题，将之扼杀在摇篮，而这种路径是可重用的，是具有可持续性的，比如第一个优化去除冗余，是在多次去除冗余代码，思考冗余出现的原因而最终思考得出的一个避免冗余的方案，前端工程化需要考虑以下问题：

重复工作；如通用的流程控制机制，可扩展的UI组件、灵活的工具方法
重复优化；如降低框架层面升级带给业务团队的耗损、帮助业务在无感知情况下做掉大部分优化（比如打包压缩什么的）
开发效率；如帮助业务团队写可维护的代码、让业务团队方便的调试代码（比如Hybrid调试）

构建工具

要完成前端工程化，少不了工程化工具，requireJS与grunt的出现，改变了业界前端代码的编写习惯，同时他们也是推动前端工程化的一个基础。

requireJS是一伟大的模块加载器，他的出现让javascript制作多人维护的大型项目变成了事实；grunt是一款javascript构建工具，主要完成压缩、合并、图片压缩合并等一系列工作，后续又出了yeoman、Gulp、webpack等构建工具。

这里这里要记住一件事情，我们的目的是完成前端工程化，无论什么模块加载器或者构建工具，都是为了帮助我们完成目的，工具不重要，目的与思想才重要，所以在完成工程化前讨论哪个加载器好，哪种构建工具好是舍本逐末的。

理想的载入速度

现在站在前端优化的角度，以下面这个页面为例，最优的载入情况是什么呢：

以这个看似简单页面来说，如果要完整的展示涉及的模块比较多：

① 框架MVC骨架模块&框架级别CSS

② 几个UI组件（header组件、日历、弹出层、消息框......）

③ 业务HTML骨架

④ 业务CSS

⑤ 业务Javascript代码

⑥ 服务接口服务

上面的很多资源事实上对于首屏渲染是没有帮助的，根据之前的探讨，得出的理想首屏加载所需资源是：

① 框架MVC骨架&框架级别CSS => main.css+libs.js

② 业务入口文件 => main.js

③ 业务交互控制器 => page.js

有了这些资源，便能完成完整的交互，包括接口请求，列表展示，但若是只需要给用户“看见”首页，便能采用一种fake的手段，只需要这些资源：

① 业务HTML骨架 => 最简单的index.hrml载入

② 内嵌CSS

这个时候，页面一旦下载结束便可完成渲染，在其它资源加载结束后再将页面重新渲染即可，很多时候前端优化要做的就是靠近这种理想载入速度，解决那些制约的因素，比如：

CSS Sprite

由于现代浏览器的与解析机制，在拿到一个页面的时候马上会分析其静态资源，然后开线程做下载，这个时候反而会影响首屏渲染，如图（模拟2G）：

如果做fake页优化的话，便需要将样式也做异步载入，这样document载入结束便能渲染页面，2G情况都能3S内可见页面，大大避免白屏时间，而后面的单个背景图片便是需要解决的工程问题。

CSS Sprite旨在降低请求数，但是与去处冗余问题一样，半年后一个CSS Sprite资源反而不好维护，容易烂掉，grunt有一插件支持将图片自动合并为CSS Sprite，而他也会自动替换页面中的背景地址，只需要按规则操作即可。

PS：其它构建工具也会有，各位自己找下吧

CSS Sprite构建工具：https://www.npmjs.com/package/grunt-css-sprite

正确的使用该工具便可以使业务开发摆脱图片合并带来的痛苦，当然一些弊端需要去克服，比如在小屏手机使用小屏背景，大屏手机使用大屏背景的处理办法

其它工程化的体现

又比如，前端模板是将html文件解析为function函数，这一步骤完全可以在发布阶段，将html模板转换为function函数，免去了生产环境的大量正则替换，效率高还省电；

然后ajax接口数据的缓存也直接在数据请求底层做掉，让业务轻松实现接口数据缓存；

而一些html压缩、预加载技术、延迟加载技术等优化点便不一一展开......

渲染优化

当请求资源落地后便是浏览器的渲染工作了，每一次操作皆可能引起浏览器的重绘，在PC浏览器上，渲染对性能影响不大，但因为配置原因，渲染对移动端性能的影响却非常大，错误的操作可能导致滚动迟钝、动画卡帧，大大降低用户体验。

减少重绘、减少回流降低渲染带来的耗损基本人尽皆知了，但是引起重绘的操作何其多，每次重绘的操作又何其微观：

① 页面滚动

② javascript交互

③ 动画

④ 内容变化

⑤ 属性计算（求元素的高宽）

......

与请求优化不同的是，一些请求是可以避免的，但是重绘基本是不可避免的，而如果一个页面卡了，这么多可能引起重绘的操作，如何定位到渲染瓶颈在何处，如何减少这种大消耗的性能影响是真正应该关心的问题。

Chrome渲染分析工具

工程化其中要解决的一个问题是代码调试问题，以前端开发来说Chrome以及Fiddler在这方面已经做的非常好了，这里就使用Chrome来查看一下页面的渲染。

Timeline工具

timeline可以展示web应用加载过程中的资源消耗情况，包括处理DOM事件，页面布局渲染以及绘制元素，通过该工具基本可以找到页面存在的渲染问题。

Timeline使用4种颜色表示不同的事件：

蓝色：加载耗时
黄色：脚本执行耗时
紫色：渲染耗时
绿色：绘制耗时

以上图为例，因为刷新了页面，会加载几个完整的js文件，所以js执行耗时必然会多，但也在50ms左右就结束了。

Rendering工具

Chrome还有一款工具为分析渲染而生：

1 Show paint rectangles 显示绘制矩形
2 Show composited layer borders 显示层的组合边界
3 Show FPS meter 显示FPS帧频
4 Enable continuous page repainting 开启持续绘制模式 并 检测页面绘制时间
5 Show potential scroll bottlenecks 显示潜在的滚动瓶颈。

show paint rectangles

开启矩形框，便会有绿色的框将页面中不同的元素框起来，如果页面渲染便会整块加深，举个例子：

当点击+号时，三块区域产生了重绘，这里也可以看出，每次重绘都会影响一个块级（Layer），连带反应会影响周边元素，所以一次mask全局遮盖层的出现会导致页面级重绘，比如这里的loading与toast便有所不同：

loading由于遮盖mask的出现而产生了全局重绘，而toast本身是绝对定位元素只影响了局部，这里有一个需要注意的是，因为loading转圈的动画是CSS3实现的，虽然不停的再动，事实上只渲染了一次，如果采用javascript的话，便会不停重绘。

然后当页面发生滚动时，下面的支付工具条一直呈绿色状态，意思是滚动时一直在重绘，这个重绘的频率很高，这也是fixed元素相当耗费性能的原因：

结合Timeline的渲染图

如果这里取消掉fixed元素的话：

这里fixed元素支付工具栏滚动时候是绿的，但是同样是fixed的header却没有变绿，那是因为header多了一个css属性：

.cm-header {
    -webkit-transform: translate3d(0,0,0);
    transform: translate3d(0,0,0);
}

这个属性会创建独立的Layer，有效的降低了fixed属性的性能损耗，如果header去掉此属性的话，就不一样了：

show composited layer borders

显示组合层边界，是因为页面是由多个图层组成，勾上后页面便开始分块了：

使用该工具可以查看当前页面Layer构成，这里的+号以及header都是有自己独立的图层的，原因是使用了：

transform: translate3d(-50%,-50%,0); 

Layer存在的意义在于可以让页面最优的方式绘制，这个是CSS3硬件加速的秘密，就如header一样，形成Layer的元素绘制会有所不同。

Layer的创建会消耗额外的资源，所以不能不加节制的使用，以上面的“+”来说，如果使用icon font效果也许更好。

因为渲染这个东西比较底层，需要对浏览器层面的了解更多，关于更多更全的渲染相关知识，推荐阅读我好友的博客：

http://www.ghugo.com/

结语

今天我们站在工程化的层面总结了前几次性能优化的一些方法，以期在后续的项目开发中能直接绕过这些性能的问题。

前端优化仅仅是前端工程化中的一环，结合之前的代码开发效率探讨（【组件化开发】前端进阶篇之如何编写可维护可升级的代码），后续我们会在前端工具的制作使用、前端监控等环节做更多的工作，期望更大的提升前端开发的效率，推动前端工程化的进程。