5分钟打造一个前端性能监控工具

Posted 2020-12-31 selfocus

为什么监控

用（上）户（帝）说，这个页面怎么这么慢，还有没有人管了？！

简单而言，有三点原因：

• 关注性能是工程师的本性 + 本分；
• 页面性能对用户体验而言十分关键。每次重构对页面性能的提升，仅靠工程师开发设备的测试数据是没有说服力的，需要有大量的真实数据用于验证；
• 资源挂了、加载出现异常，不能总靠用户投诉才后知后觉，需要主动报警。

一次性能重构，在千兆网速和万元设备的条件下，页面加载时间的提升可能只有0.1%，但是这样的数（土）据（豪）不具备代表性。网络环境、硬件设备千差万别，对于中低端设备而言，性能提升的主观体验更为明显，对应的数据变化更具备代表性。

不少项目都会把资源上传到 CDN。而 CDN 部分节点出现问题的时候，一般不能精准的告知“某某，你的 xx 资源挂了”，因此需要我们主动监控。

根据谷歌数据显示，当页面加载超过 10s 时，用户会感到绝望，通常会离开当前页面，并且很可能不再回来。

用什么监控

关于前端性能指标，W3C 定义了强大的 Performance API，其中又包括了 High Resolution Time 、 Frame Timing 、 Navigation Timing 、 Performance Timeline 、Resource Timing 、 User Timing 等诸多具体标准。

本文主要涉及 Navigation Timing 以及 Resource Timing。截至到 2018 年中旬，各大主流浏览器均已完成了基础实现。

Performance API 功能众多，其中一项，就是将页面自身以及页面中各个资源的性能表现（时间细节）记录了下来。而我们要做的就是查询和使用。

读者可以直接在浏览器控制台中输入 performance ，查看相关 API。

接下来，我们将使用浏览器提供的 window.performance 对象（Performance API 的具体实现），来实现一个简易的前端性能监控工具。

5 分钟撸一个前端性能监控工具

第一行代码

将工具命名为 pMonitor，含义是 performance monitor。

const pMonitor = {}

监控哪些指标

既然是“5 分钟实现一个 xxx”系列，那么就要有取舍。因此，本文只挑选了最为重要的两个指标进行监控：

• 页面加载时间
• 资源请求时间

页面加载

有关页面加载的性能指标，可以在 Navigation Timing 中找到。Navigation Timing 包括了从请求页面起，到页面完成加载为止，各个环节的时间明细。
可以通过以下方式获取 Navigation Timing 的具体内容：
const navTimes = performance.getEntriesByType(‘navigation‘)

getEntriesByType 是我们获取性能数据的一种方式。performance 还提供了 getEntries 以及 getEntriesByName 等其他方式，由于“时间限制”，具体区别不在此赘述，各位看官可以移步到此：www.w3.org/TR/performa…。

返回结果是一个数组，其中的元素结构如下所示：
{
"connectEnd": 64.15495765894057,
"connectStart": 64.15495765894057,
"domainLookupEnd": 64.15495765894057,
"domainLookupStart": 64.15495765894057,
"domComplete": 2002.5385066728431,
"domContentLoadedEventEnd": 2001.7384263440083,
"domContentLoadedEventStart": 2001.2386167400286,
"domInteractive": 1988.638474368076,
"domLoading": 271.75174283737226,
"duration": 2002.9385468372606,
"entryType": "navigation",
"fetchStart": 64.15495765894057,
"loadEventEnd": 2002.9385468372606,
"loadEventStart": 2002.7383663540235,
"name": "document",
"navigationStart": 0,
"redirectCount": 0,
"redirectEnd": 0,
"redirectStart": 0,
"requestStart": 65.28225608537441,
"responseEnd": 1988.283025689508,
"responseStart": 271.75174283737226,
"startTime": 0,
"type": "navigate",
"unloadEventEnd": 0,
"unloadEventStart": 0,
"workerStart": 0.9636893776343863
}
关于各个字段的时间含义，Navigation Timing Level 2 给出了详细说明：

不难看出，细节满满。因此，能够计算的内容十分丰富，例如 DNS 查询时间，TLS 握手时间等等。可以说，只有想不到，没有做不到～
既然我们关注的是页面加载，那自然要读取 domComplete:
const [{ domComplete }] = performance.getEntriesByType(‘navigation‘)
定义个方法，获取 domComplete：
pMonitor.getLoadTime = () => {
const [{ domComplete }] = performance.getEntriesByType(‘navigation‘)
return domComplete
}
到此，我们获得了准确的页面加载时间。

资源加载

既然页面有对应的 Navigation Timing，那静态资源是不是也有对应的 Timing 呢？
答案是肯定的，其名为 Resource Timing。它包含了页面中各个资源从发送请求起，到完成加载为止，各个环节的时间细节，和 Navigation Timing 十分类似。
获取资源加载时间的关键字为 ‘resource‘, 具体方式如下：
performance.getEntriesByType(‘resource‘)

不难联想，返回结果通常是一个很长的数组，因为包含了页面上所有资源的加载信息。

每条信息的具体结构为：
{
"connectEnd": 462.95008929525244,
"connectStart": 462.95008929525244,
"domainLookupEnd": 462.95008929525244,
"domainLookupStart": 462.95008929525244,
"duration": 0.9620853673520173,
"entryType": "resource",
"fetchStart": 462.95008929525244,
"initiatorType": "img",
"name": "https://cn.bing.com/sa/simg/SharedSpriteDesktopRewards_022118.png",
"nextHopProtocol": "",
"redirectEnd": 0,
"redirectStart": 0,
"requestStart": 463.91217466260445,
"responseEnd": 463.91217466260445,
"responseStart": 463.91217466260445,
"startTime": 462.95008929525244,
"workerStart": 0
}

以上为 2018 年 7 月 7 日，在 cn.bing.com 下搜索 test 时，performance.getEntriesByType("resource") 返回的第二条结果。

我们关注的是资源加载的耗时情况，可以通过如下形式获得：
const [{ startTime, responseEnd }] = performance.getEntriesByType(‘resource‘)
const loadTime = responseEnd - startTime

同 Navigation Timing 相似，关于 startTime 、 fetchStart、connectStart 和 requestStart 的区别， Resource Timing Level 2 给出了详细说明：

并非所有的资源加载时间都需要关注，重点还是加载过慢的部分。
出于简化考虑，定义 10s 为超时界限，那么获取超时资源的方法如下：
const SEC = 1000
const TIMEOUT = 10 * SEC
const setTime = (limit = TIMEOUT) => time => time >= limit
const isTimeout = setTime()
const getLoadTime = ({ startTime, responseEnd }) => responseEnd - startTime
const getName = ({ name }) => name
const resourceTimes = performance.getEntriesByType(‘resource‘)
const getTimeoutRes = resourceTimes
.filter(item => isTimeout(getLoadTime(item)))
.map(getName)

这样一来，我们获取了所有超时的资源列表。

简单封装一下：const SEC = 1000

const TIMEOUT = 10 * SEC
const setTime = (limit = TIMEOUT) => time => time >= limit
const getLoadTime = ({ requestStart, responseEnd }) =>
responseEnd - requestStart
const getName = ({ name }) => name
pMonitor.getTimeoutRes = (limit = TIMEOUT) => {
const isTimeout = setTime(limit)
const resourceTimes = performance.getEntriesByType(‘resource‘)
return resourceTimes.filter(item => isTimeout(getLoadTime(item))).map(getName)
}

上报数据

获取数据之后，需要向服务端上报：
// 生成表单数据
const convert2FormData = (data = {}) =>
Object.entries(data).reduce((last, [key, value]) => {
if (Array.isArray(value)) {
return value.reduce((lastResult, item) => {
lastResult.append(`${key}[]`, item)
return lastResult
}, last)
}
last.append(key, value)
return last
}, new FormData())
// 拼接 GET 时的url
const makeItStr = (data = {}) =>
Object.entries(data)
.map(([k, v]) => `${k}=${v}`)
.join(‘&‘)
// 上报数据
pMonitor.log = (url, data = {}, type = ‘POST‘) => {
const method = type.toLowerCase()
const urlToUse = method === ‘get‘ ? `${url}?${makeItStr(data)}` : url
const body = method === ‘get‘ ? {} : { body: convert2FormData(data) }
const option = {
method,
...body
}
fetch(urlToUse, option).catch(e => console.log(e))
}

回过头来初始化

数据上传的 url、超时时间等细节，因项目而异，所以需要提供一个初始化的方法：
// 缓存配置
let config = {}
/**
* @param {object} option
* @param {string} option.url 页面加载数据的上报地址
* @param {string} option.timeoutUrl 页面资源超时的上报地址
* @param {string=} [option.method=‘POST‘] 请求方式
* @param {number=} [option.timeout=10000]
*/
pMonitor.init = option => {
const { url, timeoutUrl, method = ‘POST‘, timeout = 10000 } = option
config = {
url,
timeoutUrl,
method,
timeout
}
// 绑定事件 用于触发上报数据
pMonitor.bindEvent()
}

何时触发

性能监控只是辅助功能，不应阻塞页面加载，因此只有当页面完成加载后，我们才进行数据获取和上报（实际上，页面加载完成前也获取不到必要信息）：
// 封装一个上报两项核心数据的方法
pMonitor.logPackage = () => {
const { url, timeoutUrl, method } = config
const domComplete = pMonitor.getLoadTime()
const timeoutRes = pMonitor.getTimeoutRes(config.timeout)
// 上报页面加载时间
pMonitor.log(url, { domeComplete }, method)
if (timeoutRes.length) {
pMonitor.log(
timeoutUrl,
{
timeoutRes
},
method
)
}
}
// 事件绑定
pMonitor.bindEvent = () => {
const oldOnload = window.onload
window.onload = e => {
if (oldOnload && typeof oldOnload === ‘function‘) {
oldOnload(e)
}
// 尽量不影响页面主线程
if (window.requestIdleCallback) {
window.requestIdleCallback(pMonitor.logPackage)
} else {
setTimeout(pMonitor.logPackage)
}
}
}

汇总
到此为止，一个完整的前端性能监控工具就完成了～全部代码如下：
const base = {
log() {},
logPackage() {},
getLoadTime() {},
getTimeoutRes() {},
bindEvent() {},
init() {}
}

const pm = (function() {
// 向前兼容
if (!window.performance) return base
const pMonitor = { ...base }
let config = {}
const SEC = 1000
const TIMEOUT = 10 * SEC
const setTime = (limit = TIMEOUT) => time => time >= limit
const getLoadTime = ({ startTime, responseEnd }) => responseEnd - startTime
const getName = ({ name }) => name
// 生成表单数据
const convert2FormData = (data = {}) =>
Object.entries(data).reduce((last, [key, value]) => {
if (Array.isArray(value)) {
return value.reduce((lastResult, item) => {
lastResult.append(`${key}[]`, item)
return lastResult
}, last)
}
last.append(key, value)
return last
}, new FormData())
// 拼接 GET 时的url
const makeItStr = (data = {}) =>
Object.entries(data)
.map(([k, v]) => `${k}=${v}`)
.join(‘&‘)
pMonitor.getLoadTime = () => {
const [{ domComplete }] = performance.getEntriesByType(‘navigation‘)
return domComplete
}
pMonitor.getTimeoutRes = (limit = TIMEOUT) => {
const isTimeout = setTime(limit)
const resourceTimes = performance.getEntriesByType(‘resource‘)
return resourceTimes
.filter(item => isTimeout(getLoadTime(item)))
.map(getName)
}
// 上报数据
pMonitor.log = (url, data = {}, type = ‘POST‘) => {
const method = type.toLowerCase()
const urlToUse = method === ‘get‘ ? `${url}?${makeItStr(data)}` : url
const body = method === ‘get‘ ? {} : { body: convert2FormData(data) }
const init = {
method,
...body
}
fetch(urlToUse, init).catch(e => console.log(e))
}
// 封装一个上报两项核心数据的方法
pMonitor.logPackage = () => {
const { url, timeoutUrl, method } = config
const domComplete = pMonitor.getLoadTime()
const timeoutRes = pMonitor.getTimeoutRes(config.timeout)
// 上报页面加载时间
pMonitor.log(url, { domeComplete }, method)
if (timeoutRes.length) {
pMonitor.log(
timeoutUrl,
{
timeoutRes
},
method
)
}
}
// 事件绑定
pMonitor.bindEvent = () => {
const oldOnload = window.onload
window.onload = e => {
if (oldOnload && typeof oldOnload === ‘function‘) {
oldOnload(e)
}
// 尽量不影响页面主线程
if (window.requestIdleCallback) {
window.requestIdleCallback(pMonitor.logPackage)
} else {
setTimeout(pMonitor.logPackage)
}
}
}

/**
* @param {object} option
* @param {string} option.url 页面加载数据的上报地址
* @param {string} option.timeoutUrl 页面资源超时的上报地址
* @param {string=} [option.method=‘POST‘] 请求方式
* @param {number=} [option.timeout=10000]
*/
pMonitor.init = option => {
const { url, timeoutUrl, method = ‘POST‘, timeout = 10000 } = option
config = {
url,
timeoutUrl,
method,
timeout
}
// 绑定事件 用于触发上报数据
pMonitor.bindEvent()
}

return pMonitor
})()

export default pm
如何？是不是不复杂？甚至有点简单～

再次看了看时间，5 分钟什么的，还是不要在意这些细节了吧 orz

补充说明
调用
如果想追（吹）求（毛）极（求）致（疵）的话，在页面加载时，监测工具不应该占用主线程的 javascript 解析时间。因此，最好在页面触发 onload 事件后，采用异步加载的方式：
// 在项目的入口文件的底部
const log = async () => {
const pMonitor = await import(‘/path/to/pMonitor.js‘)
pMonitor.init({ url: ‘xxx‘, timeoutUrl: ‘xxxx‘ })
pMonitor.logPackage()
// 可以进一步将 bindEvent 方法从源码中删除
}
const oldOnload = window.onload
window.onload = e => {
if (oldOnload && typeof oldOnload === ‘string‘) {
oldOnload(e)
}
// 尽量不影响页面主线程
if (window.requestIdleCallback) {
window.requestIdleCallback(log)
} else {
setTimeout(log)
}
}

 

跨域等请求问题
工具在数据上报时，没有考虑跨域问题，也没有处理 GET 和 POST 同时存在的情况。

5 分钟还要什么自行车！

如有需求，可以自行覆盖 pMonitor.logPackage 方法，改为动态创建 <form/> 和 <iframe/> ，或者使用更为常见的图片打点方式～
说好的报警呢？光有报没有警？！
这个还是需要服务端配合的嘛[认真脸.jpg]。
既可以是每个项目对应不同的上报 url，也可以是统一的一套 url，项目分配唯一 id 作为区分。
当超时次数在规定时间内超过约定的阈值时，邮件/短信通知开发人员。
细粒度
现在仅仅针对超时资源进行了简单统计，但是没有上报具体的超时原因（DNS？TCP？request？ response？），这就留给读者去优化了，动手试试吧～

下一步

本文介绍了关于页面加载方面的性能监控，此外，JavaScript 代码的解析 + 执行，也是制约页面首屏渲染快慢的重要因素（特别是单页面应用）。下一话，小编将带领大家进一步探索 Performance Timeline Level 2，实现更多对于 JavaScript 运行时的性能监控，敬请期待～