103前端 | JavaScript 性能优化技巧分享

Posted 2021-04-17 前端读者

javascript 作为当前最为常见的直译式脚本语言，已经广泛应用于 Web 应用开发中。为了提高Web应用的性能，从 JavaScript 的性能优化方向入手，会是一个很好的选择。

本文从加载、上下文、解析、编译、执行和捆绑等多个方面来讲解 JavaScript 的性能优化技巧，以便让更多的前端开发人员掌握这方面知识。

什么是高性能的 JavaScript 代码？

尽管目前没有高性能代码的绝对定义，但却存在一个以用户为中心的性能模型，可以用作参考：RAIL模型。

RAIL模型

响应Respond

如果你的应用程序能在100毫秒内响应用户的操作，那么用户会认为该响应为即时的。这适用于可点击的元素，不适用于滚动或拖动操作。

动画Animate

在60Hz的显示器上，我们希望动画和滚动时每秒有60帧，这种情况下每帧大约为16ms。在这16ms的时间内，实际上只有8-10ms来完成所有工作，其余时间则由浏览器的内部和其它差异占据。

空闲工作Ldle work

如果你有一个耗时很久，需要持续运行的任务时，请确保把它分成很小的块，以便允许主线程对用户的输入操作做出反应。不应该出现一个任务延迟超过50ms的用户输入。

加载Load

页面加载应该在1000毫秒内完成。在移动设备上，这是一个很难达到的目标，因为它涉及到页面的互动，而不仅仅是在屏幕上渲染和滚动。

现代加载最佳实践

让我们来看看一些统计数据：

• 如果移动网站的加载时间超过三秒，则会有53％的用户放弃访问

• 50%的用户希望在不到2秒的时间内完成页面加载

• 77％的移动网站需要10秒以上的时间来加载3G网络

• 19秒是3G网络上移动站点的平均加载时间

代码内容

你可能已经注意到了，最大的瓶颈是加载网站所需的时间。具体来说就是 JavaScript 的下载、解析、编译和执行时间。除了加载更少的 JavaScript 文件或者加载的更加灵活以外，看起来没有其它办法。

除去启动网站之外，JavaScript 代码又是如何实际工作的呢？

在进行代码优化之前，请考虑你当前正在构建的内容。你正在建立的是一个框架还是一个 VDOM 库？你的代码是否需要每秒执行数千次操作？你是否正在做一个对时间要求较为严格的库来处理用户输入和/或动画？如果没有，你需要把时间和精力转移到更有影响力的地方。

编写高性能代码并不是那么重要，因为对于宏观计划通常没有什么影响。50k ops/s 听起来好于 1k ops/s，但在大多数情况下整体时间并不会有所改变。

解析、编译和执行

从根本上说，大多数 JavaScript 的性能问题，并不在于运行代码本身，而是在代码开始执行之前必须采取的一系列步骤。

我们在这里讨论抽象层次的问题。计算机上运行的大多数代码都是编译后的二进制格式。意思是说，除了所有的操作系统级别的抽象外，代码都可以在硬件上本地运行，不需要准备工作。

JavaScript 代码不是预编译的，它在浏览器上是可读的。

JavaScript 代码首先会被解析，也就是读取并转换成可用于编译的计算机索引的结构，然后再被编译成字节码，最后被编译成机器码，用于设备/浏览器执行。

另一个非常重要的方面是：JavaScript 是单线程的，并且在浏览器的主线程上运行。这意味着一次只能运行一个进程。如果你的 DevTools 性能时间线充满黄色峰值，同时 CPU 占用率达到100%，则将出现丢帧的情况。这是滚动操作常出现的，也是很讨厌的一种情况。

DevTools

在 JavaScript 代码运行之前，需要完成所有的这些解析、编译和执行工作。在 ChromeV8 引擎中，解析和编译占 JavaScript 执行总时间的50％左右。

对比

所以在这部分中，应该了解两件事情：

1. 虽然 JavaScript 解析的时间长度和包的大小不是完全线性的，但是需要处理的 JavaScript 越少，则所花时间越少。

2. 你使用的每一个 JavaScript 框架（React，Vue，Angular，Preact …）都是另一个抽象层次（除非它是一个预编译的）。这不仅会增加你的包的大小，而且会让你的代码变慢，因为你不是直接与浏览器通信的。

有些方法可以缓解这种情况，比如使用 service workers 在后台的另一个线程中执行部分工作，或者使用 asm.js 编写更容易编译机器指令的代码。

我们所能做的，就是避免使用 JavaScript 动画库。只有在使用常规的 CSS 转换和动画完全无法实现时，才去使用这些库。

即使这些 JavaScript 动画库使用 CSS 转换，合成属性和 requestAnimationFrame()，但是它们仍然运行在 JavaScript 的主线程上。基本上这些库会使用内联样式每16ms访问一次 DOM。你需要确保所有的 JavaScript 都在每帧8ms以内完成，才能保持动画的平滑性。

另一方面，CSS 动画和转换会在主线程中运行，如果能够高效执行，则能避免重新布局/重排的情况出现。

考虑到大多数动画都在加载或用户交互的过程中运行，这可以为你的 web 应用程序提供非常重要的调整空间。

web Animations API 是一个即将到来的功能集，它能够脱离主线程执行高性能的 JavaScript 动画。但就目前而言，还需要继续使用 CSS 转换等技术。

捆绑尺寸非常重要

现在已经不再是在 </body> 结束标签之前包含有多个 <script> 的时代了。现在，可以在 npm 上找到各式各样的工具包，并且可以将这些工具包和 Webpack 捆绑在一个单个的 1MB 大小的 JavaScript 文件中，在完成数据计划时，提醒用户的浏览器进行爬取。

这样可以使用更少量的 JavaScript，这也意味着你的项目可能不再需要整个Lodash库。如果必须使用 JavaScript 库，也可以考虑使用 React 以外的东西，比如 Preact 或者 Hyperhtml，它们只是 React 的1/20大小。

Webpack 3 有着神奇的功能，被称作代码分割和动态导入。它不会将所有 JavaScript 模块捆绑到一个 app.js 整包中，而是使用 import( ) 语法自动分割代码并且进行异步加载。

你不需要使用框架、组件和客户端路由，就能获得这些好处。你只需要简单地在主 JavaScript 文件中写入以下内容：

if (document.querySelector('.mega-widget')) {
    import('./mega-widget');
}

如果你的应用程序需要在页面上用到这个小部件，它将动态加载所需的支持代码。

另外，Webpack 需要运行时间来工作，并将其注入到它生成的所有 .js 文件中。如果使用该 commonChunks 插件，则可以使用以下内容将运行时抽取到 Chunk 中：

new webpack.optimize.CommonsChunkPlugin({
  name: 'runtime',
}),

确保 Webpack 在主 JavaScript 包之前已完成加载，那么所有其它 chunk 中的运行时间会剥离到各自的文件中，这种情况也被成为 runtime.js。例如：

<script src="runtime.js">
<script src="main-bundle.js">

然后是编译代码和 polyfills 的部分。如果你正在编写现代 JavaScript 代码（ES6 +），则可以使用 Babel 将其转换为 ES5 兼容的代码。与原生 ES6+ 代码相比，编译不仅增加了文件的大小，还增加了复杂性，并且经常会出现性能下降的情况。

除此之外，你还很可能使用 babel-polyfill 软件包和 whatwg-fetch，来修复旧版本浏览器中的缺失功能。因此如果你正在编写 async/await，你还需要使用包 regenerator-runtime 的生成器来进行编译。

问题是，你为 JavaScript 软件包添加了近 100KB 的内容，这不仅是一个巨大的文件，而且预示着巨大的解析和执行花费，以便能够支持旧版本的浏览器。

一种方法是创建两个独立的 bundle，并根据实际条件来加载它们。Babel 转换编译器在 babel-preset-env 的帮助下，会使同时面临新旧两种浏览器的情况更加容易处理。

一个并不规范但行之有效的方法，是将以下内容放在一个内联脚本中：

(function() {
  try {
    new Function('async () => {}')();
  } catch (error) {
    // create script tag pointing to legacy-bundle.js;
    return;
  }
  // create script tag pointing to modern-bundle.js;;
})();

如果浏览器无法识别 async 函数，则会被认为是旧版本的浏览器，此时就会用到 polyfill 包。如果能识别，用户则将得到现代浏览器的处理。

结论

想要提高网站的运行速度，就需要确保网站能快速的加载 JavaScript 文件，以实现快速的互动。你的 JavaScript 代码应该被分成更小的、可管理的 bundle，同时尽可能地进行异步加载。在服务器端，请确保启用了 HTTP 2.0，以便实现更快的并行传输和 gzip/Brotli 压缩，从而大大减少了 JavaScript 的传输大小。