前端如何做极致的首屏渲染速度优化

Posted Sahadev_

tags:

篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了前端如何做极致的首屏渲染速度优化相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

这里说的极致是技术上可以达到最优的性能。

这里不讨论常见的优化手段，比如：Script标签放到底部、DNS预解析、HTTP2.0、CDN、资源压缩、懒加载等。

这里讨论的是如何使First Contentful Paint的时间降到最低，这个指标决定了白屏的时间有多长。

在正式开始之前，我们以LCG（Vue组件代码生成平台来说），它的FCP（First Contentful Paint）速度在Slow 3G情况下在将近40s左右：

这显然是一个让人无法忍受的时间。

常规情况下，我们为了缩短First Contentful Paint的时间，可以在index.html中内联一个Loading效果。

但拿大型项目来说，尤其是以VueCli创建的项目来说，这个Loading的效果不见得能有多提前，因为大型项目中所依赖的资源非常多。所以说能做到极致并不容易。

问题出在哪？默认Vue-Cli会在生成的文件头部增加很多的link，而这些link会阻碍后面静态Html内容的处理，等这些静态Html内容处理完才会有Dom的生成以及动画的执行。

假设我们最终输出的index.html文件内部是这样的：

那我们的loading效果显然不会出现的有多早。所以，我们的极致目标就是让loading动画尽可能的早。

为了看出优化前优化后的效果差异，一切都在浏览器的Slow 3G网络情况下验证。

有Loading情况下优化前后效果数据比对

下面的图展示了单纯的在index.html顶部增加loading.css文件的效果，这个时间从40秒缩短到了22秒左右，效果是要好一些了，但是还是让人无法忍受：

而优化后可以将时间缩短到2.4秒不到，注意这是在Slow 3G网络情况下测试的结果，且网络传输速度花费了2.14秒：

这个时间是要比百度还要好一些的：

那究竟是怎么做到的呢？

思路

我们可以从第二张图中看到，FCP很明显是在babel.min.js文件加载之后才开始进行的。而我们理想中的时间应该在4秒多一些。显然，是一些JS文件的加载阻碍了DOM的解析。

但真的只有JS文件对loading有影响吗？其它类型的，比如PNG、SVG、CSS、JSON会影响Loading的渲染速度吗？

会，FCP会等待所有的CSS加载完成才开始进行，而css文件的加载优先级默认是最高的。如果script标签拥有rel="preload"并且书写在css之前则会比css优先加载（这里的正确性有待验证），资源的加载默认情况下是按照书写顺序进行的。更具体的内容可以查看末尾的延伸阅读。

所以我们可以试着将所有的link放置到body的最后面。

怎么做

因为使用的是VueCli（4.5.9版），因此我们可用的HtmlWebpackPlugin的版本只有3.2.0。而这个版本是在3年前发布的，所以只能对这个版本现有的能力动一下刀子。文档：html-webpack-plugin 3.2.0。

在文档中查到这个版本其实是支持一些事件钩子的：

  • html-webpack-plugin-before-html-generation
  • html-webpack-plugin-before-html-processing
  • html-webpack-plugin-alter-asset-tags
  • html-webpack-plugin-after-html-processing
  • html-webpack-plugin-after-emit

文档下方有个简单的例子演示了这些钩子怎么使用，但实际发现时，它这里的例子是有些问题的，因为cb是一个undefined：

function MyPlugin(options) 
  // Configure your plugin with options...

 
MyPlugin.prototype.apply = function (compiler) 
  compiler.plugin('compilation', (compilation) => 
    console.log('The compiler is starting a new compilation...');
 
    compilation.plugin(
      'html-webpack-plugin-before-html-processing',
      (data, cb) => 
        data.html += 'The Magic Footer'
 
        cb(null, data)
      
    )
  )

 
module.exports = MyPlugin

不过这些难不倒我，通过调试时的堆栈得知，我所使用的html-webpack-plugin在回调自定义方法时是同步进行的，所以只需要将data return就可以了。

经过这样的方式一步步调试，最终知道了html-webpackp-plugin是怎么生成html代码的：

  injectAssetsIntoHtml (html, assets, assetTags) 
    const htmlRegExp = /(<html[^>]*>)/i;
    const headRegExp = /(<\\/head\\s*>)/i;
    const bodyRegExp = /(<\\/body\\s*>)/i;
    const body = assetTags.body.map(this.createHtmlTag.bind(this));
    const head = assetTags.head.map(this.createHtmlTag.bind(this));

    if (body.length) 
      if (bodyRegExp.test(html)) 
        // Append assets to body element
        html = html.replace(bodyRegExp, match => body.join('') + match);
       else 
        // Append scripts to the end of the file if no <body> element exists:
        html += body.join('');
      
    

	// 这里就是我要找的关键部分
    if (head.length) 
      // Create a head tag if none exists
      if (!headRegExp.test(html)) 
        if (!htmlRegExp.test(html)) 
          html = '<head></head>' + html;
         else 
          html = html.replace(htmlRegExp, match => match + '<head></head>');
        
      

      // Append assets to head element
      html = html.replace(headRegExp, match => head.join('') + match);
    

    // Inject manifest into the opening html tag
    if (assets.manifest) 
      html = html.replace(/(<html[^>]*)(>)/i, (match, start, end) => 
        // Append the manifest only if no manifest was specified
        if (/\\smanifest\\s*=/.test(match)) 
          return match;
        
        return start + ' manifest="' + assets.manifest + '"' + end;
      );
    
    return html;

那么知道了它是怎么做的，但它没有提供对外的方法来干扰这些head要放到什么位置。比如我现在就想把他们放到body最后面，但它是不支持的。

那么我初步的想法是在html生成后将那部分的head手动转移一下。但突发奇想，既然有钩子可以更改AssetTags，那我岂不是可以不让它内部生成而让我自己生成？这个想法很妙。经过一番调试得知，可以在html-webpack-plugin-alter-asset-tags这个钩子中拿到data.head的内容，再将data.head给置空数组。这样它原本的head就不会生成了。这里的head代表的就是即将插到head中的那些标签。

然后再在html-webpack-plugin-after-html-processing这个钩子中按照html-wepack-plugin的方式给拼接到body的最后面。

于是有了最终代码：

// AlterPlugin.js
function AlterPlugin(options) 


function createHtmlTag(tagDefinition) 
    const attributes = Object.keys(tagDefinition.attributes || )
        .filter(attributeName => tagDefinition.attributes[attributeName] !== false)
        .map(attributeName => 
            if (tagDefinition.attributes[attributeName] === true) 
                return attributeName;
            
            return attributeName + '="' + tagDefinition.attributes[attributeName] + '"';
        );
    const voidTag = tagDefinition.voidTag !== undefined ? tagDefinition.voidTag : !tagDefinition.closeTag;
    const selfClosingTag = tagDefinition.voidTag !== undefined ? tagDefinition.voidTag : tagDefinition.selfClosingTag;
    return '<' + [tagDefinition.tagName].concat(attributes).join(' ') + (selfClosingTag ? '/' : '') + '>' +
        (tagDefinition.innerHTML || '') +
        (voidTag ? '' : '</' + tagDefinition.tagName + '>');


AlterPlugin.prototype.apply = function (compiler) 
    compiler.plugin('compilation', (compilation) => 
        let innerHeadTags = null;
        compilation.plugin(
            'html-webpack-plugin-before-html-generation',
            (data, cb) => 
                return data;
            
        )
        compilation.plugin(
            'html-webpack-plugin-before-html-processing',
            (data, cb) => 
                return data;
            
        )
        compilation.plugin(
            'html-webpack-plugin-alter-asset-tags',
            (data, cb) => 
            	// 获取到它原来的那些headTag
                innerHeadTags = data.head.map(createHtmlTag);
                data.head = [];
                return data;
            
        )
        compilation.plugin(
            'html-webpack-plugin-after-html-processing',
            (data, cb) => 
                // 在这里进行html的内容变更
                data.html = data.html.replace(/(<\\/body\\s*>)/i, match => 
                    return innerHeadTags.join('') + match
                );
                return data;
            
        )
        compilation.plugin(
            'html-webpack-plugin-after-emit',
            (data, cb) => 
                return data;
            
        )
    )


module.exports = AlterPlugin

最后只需要在vue.config.js中引用一下这个新的Plugin就可以了：

const AlterPlugin = require('./AlterPlugin');

module.exports = 
  ...

  configureWebpack: 
    plugins: [
      new AlterPlugin()
    ]
  ,

  ...
;

最终的代码输出是我想要的结果：

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">

<head>
  <meta charset="utf-8" />
  <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge" />
  <meta name="viewport" content="width=device-width,initial-scale=1.0" />
  <link rel="stylesheet" href="loading.css" />
</head>

<body>
  <div id="app">
    ...
  </div>
  ...
  <script defer src="https://cdn.jsdelivr.net/npm/@babel/standalone@7.0.0-beta.42/babel.min.js"></script>
  <!--以下部分都是AlterPlugin作用的结果，这部分结果本来会被放置到head中的-->
  <script type="text/javascript" src="/vue-creater-platform/js/chunk-vendors.js"></script>
  <script type="text/javascript" src="/vue-creater-platform/js/app.js"></script>
  <link href="/vue-creater-platform/js/0.js" rel="prefetch">
  <link href="/vue-creater-platform/js/1.js" rel="prefetch">
  <link href="/vue-creater-platform/js/2.js" rel="prefetch">
  <link href="/vue-creater-platform/js/3.js" rel="prefetch">
  <link href="/vue-creater-platform/js/about.js" rel="prefetch">
  <link href="/vue-creater-platform/js/app.js" rel="preload" as="script">
  <link href="/vue-creater-platform/js/chunk-vendors.js" rel="preload" as="script">
  <link rel="icon" type="image/png" sizes="32x32" href="/vue-creater-platform/img/icons/favicon-32x32.png">
  <link rel="icon" type="image/png" sizes="16x16" href="/vue-creater-platform/img/icons/favicon-16x16.png">
  <link rel="manifest" href="/vue-creater-platform/manifest.json">
  <meta name="theme-color" content="#4DBA87">
  <meta name="apple-mobile-web-app-capable" content="no">
  <meta name="apple-mobile-web-app-status-bar-style" content="default">
  <meta name="apple-mobile-web-app-title" content="vue-component-creater">
  <link rel="apple-touch-icon" href="/vue-creater-platform/img/icons/apple-touch-icon-152x152.png">
  <link rel="mask-icon" href="/vue-creater-platform/img/icons/safari-pinned-tab.svg" color="#4DBA87">
  <meta name="msapplication-TileImage" content="/vue-creater-platform/img/icons/msapplication-icon-144x144.png">
  <meta name="msapplication-TileColor" content="#000000">
</body>

</html>

写到一半时发现，因为不严谨的试验导致了错误的结果，所以这篇文章的产出可以算只有一个可以转移head标签的Plugin。

如果把loading.css文件直接内联效果会不会效果更好？

是可以的，将Loading的样式直接写在html中会与上面的一系列操作是同样的效果。也可以说FCP不需要等待所有的CSS加载完毕再进行。这个结论与文章中有矛盾，还需要验证First Contentful Paint的具体触发时机。

*后记：
如果要触发First Contentful Paint，则需要在Dom中至少存在文本或者图片，否则它是不会被触发的。原文：
The First Contentful Paint time stamp is when the browser first rendered any text, image (including background images), non-white canvas or SVG. This excludes any content of iframes, but includes text with pending webfonts. This is the first time users could start consuming page content.

延伸阅读：

以上是关于前端如何做极致的首屏渲染速度优化的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

Vuejs184-Vue 服务端渲染实践 ——Web应用首屏耗时最优化方案

提升90%加载速度--vuecli下的首屏性能优化

Vuejs317- 提升90%加载速度——Vuecli下的首屏性能优化

进一步优化SPA的首屏打开速度（模块化与懒加载） by 嗡

进一步优化SPA的首屏打开速度（模块化与懒载入） by 嗡

优化vue项目的首屏加载速度