Web 前端性能优化之八：前端性能检测实践

五、前端性能检测实践

1、常用的检测工具

Lighthouse、Chrome开发者工具中与性能检测相关的一些工具面板、页面加载性能分析工具PageSpeed Insights、专业的性能检测工具WEBPAGETEST等

1、Chrome 任务管理器

通过Chrome任务管理器我们可以查看当前Chrome浏览器中，所有进程关于GPU、网络和内存空间的使用情况，这些进程包括当前打开的各个页签，安装的各种扩展插件，以及GPU、网络、渲染等浏览器的默认进程，通过监控这些数据，我们可以在有异于其他进程的大幅开销出现时，去定位到可能存在内存泄漏或网络资源加载异常的问题进程。

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Chrome 任务管理器

2、Network 面板

Network面板是Chrome开发者工具中一个经常会被用到的工具面板，通过它可以查看到网站所有资源的请求情况，包括加载时间、尺寸大小、优先级设置及HTTP缓存触发情况等信息，从而帮助我们发现可能由于未进行有效压缩而导致资源尺寸过大的问题，或者未合理配置缓存策略导致二次请求加载时间过长的问题等。

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3、Coverage 面板

可以通过它监控并统计出网站应用运行过程中代码执行的覆盖率情况。该面板统计的对象是JavaScript脚本文件与CSS样式表文件，统计结果主要包括：每个文件的字节大小、执行过程中已覆盖的代码字节数，以及可视化的覆盖率条形图。

根据执行结果我们能够发现，在启动录制的过程中到底有哪些尺寸较大的代码文件执行覆盖率较低，这就意味着有些代码文件中可能存在较多的无用代码，更准确地说是暂时没用到的代码。

开发者可以据此将执行覆盖率较低的代码文件进行拆分，将首屏渲染阶段暂时不会执行到的代码部分单独打包，仅在需要的时候再去加载。

同时对规模较大且迭代周期较长的项目来说，工程代码中会包含一些永远都不会执行到的代码，而使用Webpack的Tree Shaking仅能根据export进行无关联引用，那么此时Coverage面板就为优化提供了一条可以尝试的途径：

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Coverage 面板

4、Memory 面板

前端主要使用JavaScript代码来处理业务逻辑，所以保证代码在执行过程中内存的良性开销对用户的性能体验来说尤为重要，如果出现内存泄漏，那么就可能会带来网站应用卡顿或崩溃的后果。

通过 Memory 面板可以快速生成当前的堆内存快照，或者查看内存随时间的变化情况。据此我们可以查看并发现可能出现内存泄漏的环节。

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5、Performance 面板

当启动了该工具面板的监控功能后，与网站页面的任何交互所引发的资源请求、页面渲染、函数执行及GPU耗时等信息，都会按照时间线的维度记录下来，然后据此定位并分析可能存在性能问题的环节及原因。

6、Performance monitor 面板

虽然使用Performance面板来进行检测能够得到较为全面的性能数据，但依然存在两个使用上的问题，即面板信息不够直观和数据的实时性不够强。

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Performance 面板

为了弥补这两方面的不足，Chrome从64版本开始便在开发者工具中引入了Performance monitor面板，通过它让我们可以实时监控网站应用运行过程中，诸如CPU占用率、JavaScript内存使用大小、内存中挂的DOM节点数、JavaScript事件监听次数及页面发生重绘与重排的处理时间等信息。

据此如果我们发现，当与页面的交互过程中出现某项指标有较为陡峭的增长，就意味着可能有影响性能体验的风险存在。

下图中出现的明显波动是执行刷新页面操作所产生的，可观察到JavaScript堆内存大小与DOM节点数的指标都有一个明显的断崖式下跌，这正是刷新操作清除了原有DOM节点后，还未重新渲染出新节点的时间点。

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7、PageSpeed Insights

这是Google官方推出的用于检测网站页面加载性能的自动化工具，它能够针对移动设备和桌面设备分别进行检测并生成相应的优化改进报告。其使用方式非常简单，可直接打开工具主页面，输入所要检测的目标站点URL并单击“分析”按钮开始分析，稍等一段时间就可以得到性能报告。

8、WEBPAGETEST

WEBPAGETEST是一款非常专业的Web页面性能分析工具，它可以对检测分析的环境配置进行高度自定义化，内容包括测试节点的物理位置、设备型号、浏览器版本、网络条件和检测次数等，除此之外，它还提供了目标网站应用于竞品之间的性能比较，以及查看网络路由情况等多种维度下的测试工具。

2、Lighthouse 详解

1、Chrome 控制台直接使用

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2、Nodejs 命令行

使用Nodejs命令行的方式，首先需要通过npm或yarn进行Lighthouse模块包的全局安装，安装命令如下：

// 使用 npm 全局安装
npm install -g lighthouse
// 使用 yarn 安装
yarn global add lighthouse

安装好之后便可使用Lighthouse命令来生成目标网站的性能检测报告，通过添加执行参数还可控制报告输出的格式，有HTML和JSON两种格式可以选择。

比如：

lighthouse https://www.baidu.com/ -output-path=./report.json -ourput json

虽然这种方式不如使用Chrome开发者工具简便直接，但它带来的好处是能够将原本需要手动处理的检测过程，纳入持续集成的工作范畴中，对网站性能进行周期性自动化检测，并监控检测报告中的关键指标数据，当出现超过阈值的数据时，以邮件或其他通信工具的方式通知开发者及时优化。

3、性能状况

关于性能状况部分的检测结果，Lighthouse给出的信息包括：检测得分、性能指标、优化建议、诊断结果及已通过的性能。

1、检测得分

经过检测，Lighthouse会对上述五个维度给出一个0～100的评估得分，如果没有分数或得分为0，则很有可能是检测过程发生了错误，比如网络连接状况异常等；如果得分能达到90分以上，则说明网站应用在该方面的评估表现符合最佳实践。

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Lighthouse 检测得分

关于如何得到这个评估得分，Lighthouse首先会获得关于评估指标的原始性能数据，然后根据指标权重进行加权计算，最后以其数据库中大量的评估结果进行对数正态分布的映射并计算最终得分。

2、性能指标

关于性能指标有以下六个关键的数据：首次内容绘制时间(FCP)、首次有效绘制时间(FMP)、速度指数、首次CPU闲置时间、可交互前的耗时(TTI)及首次输入延迟(FID)。性能指标评估结果如图：

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(1)首次内容绘制时间，指的是当用户浏览到网站页面后，浏览器首次呈现出DOM元素内容所花费的时间，DOM内容包括文本、图像、SVG或非空白的〈canvas〉标签等，但iframe中的内容绘制并不会考虑在内。

对于该性能指标评分的计算方法是这样的：Lighthouse会根据网站实际的FCP时间与存档中大量页面的FCP时间进行对比计算然后得出，例如约有90%的网站能在3s内完成FCP的工作，我们目标网站的FCP时间也是3s，那么FCP指标的得分就是90。与此类似，接下来的五个性能指标也是同样的计算方法。

(2)首次有效绘制时间，这个指标衡量的是用户看到网站页面主要内容所花费的时间，通常会和首次内容绘制时间在数值上较为接近，但它还包含了iframe中内容的渲染绘制。这里需要注意从Lighthouse 6.0版本开始不再推荐使用FMP指标来进行性能评估，其主要原因是FMP对页面加载中的细微差别过于敏感，并且比较依赖于特定浏览器的实现细节，这就意味着它很难在所有Web浏览器中实现标准化。

(3)速度指数，用来衡量页面加载过程中内容可视化显式的速度，即Lighthouse会检测并捕获页面加载过程中每一帧之间的视觉变化进度，然后使用Nodejs的speedline模块包来生成相应的评估得分。

(4)首次CPU闲置时间，指的是从页面加载至主线程静默且可进行交互输入的时间，只需页面处于视窗中的大部分UI元素能够交互即可，不要求全部元素都可交互。从Lighthouse 6.0版本开始也不建议使用该指标，因为它与接下来将要介绍的可交互前的耗时指标相比，虽然提供了一些额外的衡量信息，但其差异并不足以为此设置两个相似的指标。

(5)可交互前的耗时，这是一个非常重要的性能指标，如果网站页面通过延迟可交互性为代价，来提高渲染出首屏页面的速度，则可能会造成的结果是：网站页面看似已经准备就绪，但尝试与之交互时，却得不到任何响应的糟糕体验，比如过度延迟了一些JavaScript脚本的加载。

(6)首次输入延迟，指的是用户首次与网站页面进行交互开始到浏览器给出实际响应之间的时间。这是一个以用户为中心考量的性能指标，如同FCP关注的是网站内容首次被渲染出来的访问体验，FID关注的是给予用户及时反馈的使用体验，那么确保网站的高响应速度、低交互延迟必然能够给用户留下良好的第一印象，也只有当用户愿意持续浏览网站或重复访问时，网站的价值才能体现出来。

如前所述，上述6种不同的指标数据需要通过加权计算，才能得到关于性能的最终评分，所加的权值越大表示对应指标对性能的影响就越大。

3、优化建议

为了方便开发者更快地进行性能优化，Lighthouse在给出关键性能指标评分的同时，还提供了一些切实可行的优化建议。

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性能检测优化建议

这些建议按照优化后预计能带来的提升效果从高到低进行排列，每一项展开又会有更加详细的优化指导建议，从上到下依次包括以下内容:

(1)移除阻塞渲染的资源，部分JavaScript脚本文件和样式表文件可能会阻塞系统对网站页面的首次渲染，建议可将其以内嵌的方式进行引用，并考虑延迟加载。报告会将涉及需要优化的资源文件排列在下面，每个文件还包括尺寸大小信息和优化后预计提升首屏渲染时间的效果，据此可安排资源文件优化的优先级。

(2)预连接所要请求的源，提前建立与所要访问资源之间的网络连接，或者加快域名的解析速度都能有效地提高页面的访问性能。这里给出了两种方案：一种是设置〈link rel=“preconnect”〉的预连接，另一种是设置〈link rel=“dns-prefetch”〉的DNS预解析。

(3)降低服务器端响应时间，通常引起服务器响应缓慢的原因有很多，因此也有许多改进方法：比如升级服务器硬件以拥有更多的内存或CPU，优化服务器应用程序逻辑以更快地构建出所需的页面或资源，以及优化服务器查询数据库等

(4)适当调整图片大小，使用大小合适的图片可节省网络带宽并缩短加载用时，此处的优化建议通常对于本应使用较小尺寸的图片就可满足需求，但却使用了高分辨率的大图，对此进行适当压缩即可。

(5)移除未使用的CSS，这部分列出了未使用但却被引入的CSS文件列表，可以将其删除来降低对网络带宽的消耗，若需要对资源文件的内部代码使用率进行进一步精简删除，则可以使用Chrome开发者工具的Coverage面板进行分析。

4、诊断结果

(1)对静态资源文件使用高效的缓存策略，这里列出了所有静态资源的文件大小及缓存过期时间，开发者可以根据具体情况进行缓存策略的调整，比如延迟一些静态资源的缓存期限来加快二次访问时的速度。

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部分静态资源缓存情况

(2)减少主线程的工作，浏览器渲染进程的主线程通常要处理大量的工作：如解析HTML构建DOM，解析CSS样式表文件并应用指定的样式，以及解析和执行JavaScript文件，同时还需要处理交互事件，因此渲染进程的主线程过忙很容易导致用户响应延迟的不良体验，Lighthouse给我们提供了这一环节网站页面主线程对各个任务的执行耗时，让开发者可针对异常处理过程进行有目标的优化：

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