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

  • 响应

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

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

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

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(Chrome Dev Summit 2017)

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。

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。

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。

原文链接:https://www.sitepoint.com/javascript-performance-optimization-tips-an-overview/

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