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2018 iT 邦幫忙鐵人賽
DAY 21
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前兩天(12)都找了比較有趣的論文來寫,沒意外都登上熱門了。不過是時候回來講一些比較硬的東西了!

論文

今天研究的論文是「 Similarity-based Web Browser Optimization 」,顧名思義是使用網頁本身得相似性,讓瀏覽器渲染的效能可以更優化。這邊只截取重點和加入我一些心得,大家有興趣可以點連結去看原始論文。

在看本文之前,推薦大家先看一篇文章「Browser Rendering Optimization(中文)」,這是以前端開發者角度探討如何讓網頁渲染更優化。先了解如何在前端中做優化,再來看如何以瀏覽器架構本身達到優化,相信會更有收穫!


簡介

首先我們從過去研究中知道幾件事

  • CSS 和 layout 的處理佔處理頁面的 50% 左右
  • 優化 javascript 的運算最多就快 7% 左右

所以如果我們想做優化瀏覽器渲染的速度,看起來著重在 CSS 似乎影響最大!
這篇論文沿用 Zhang et.al 提倡的 Smart Caching 想法,也就是將 style 算好的結果暫存,減少之後碰到一樣的 style 還要重複計算。

可以看到像維基百科不同項目頁面,相似度就很高

再來看看各家網站的子網頁相似度如何,包含 HTML 和 CSS

不管是 HTML 還是 CSS 的有一定的相似度,其中 CSS 的相似度高達八成,也意味著如果能減少計算這些部分,瀏覽器速度就可以更快!


概念

所以這邊作者提倡一種「再利用」style 的方法,看概念圖不難理解


接下來看這張圖,是重點了!

根據研究,70% 使用者進入首頁後不會再回來,因此對首頁做 cache 沒意義。但是統計顯示 60% 的瀏覽行為會開啟相似的子網頁,意思是同樣路徑下的網頁們(比方說都在 \products\ 這個路徑下,可能就有好幾樣商品的個別網頁),有非常大的機率重複,所以我們就針對這些網頁建立一個 cache tree。還記得我們之前提到的 DOM tree、Style tree 嗎?這邊也類似,使用 <TagName, ID, Class> 建立樹,並直接對照 Style tree,如果發現有一樣的就可以直接提取 cache。


演算法

接著是演算法的部分了,概念是如果同目錄下有其他網頁,就可以直接採用他們的 cache,若是沒有則搜尋鄰近路徑其他網頁有沒有機會。

首先是搜尋,將所有網頁以 graph 的方式處理,就有了「網頁距離」的概念。由於最相鄰的網頁(也就是路徑接近)越容易有相似的 style,所以距離最短的也就越有可能,於是我們採用 Breadth-first Search(BFS)來做這件事。如果當前網頁還沒建立好 style tree,就採用 BFS 找最鄰近的網頁的 style tree 來用。

再來是 style 的比對

我們知道 child 會繼承 parent,所以如果 parent 本身就不一樣了,也就代表 child 通通沒機會用 cache,也就是要重算。那如果 parent 一樣,則對 child 一個一個檢查。

當然也有可能會碰到不同頁面,雖然都是同個 DOM 卻個別客製化,所以每當想要重新利用 style 的時候,要先檢查 style 的內容。


成效

接著就是看有沒有效了:
這張柱狀圖顯示有沒有採用這個方法前後所需要的時間,有明顯地縮短時間!

這張表格顯示這個方法減少的「重複運算」的比例,也就是先前提到一樣的 style 不需要再算一次,可以發現減少不少比例,特別是重複「繁雜」CSS 的時候效果最顯著!


心得

這篇論文看下來似乎覺得很厲害,的確他在某些網站上達到很好的效果。但做研究時我們要知道沒有絕對的好,也沒有絕對的壞。以這篇論文來說,可以肯定他在「靜態」以及有相似「模板」的網站上處理效果很不錯,但如果是「動態」的網站呢?恐怕 cache 的效益就很小了,因為大多數東西都是 JS 算出來的。此外如果是非常客製化的網站(每個 DOM 都獨一無二),效果一樣也不顯著。

這時候我們就要取捨,如果有效那事先執行優化就很有幫助,但如果碰到此方法沒效的網站,那只是徒勞無功浪費計算而已。這篇論文是 2014 年的,其實我滿好奇最新的瀏覽器有沒有採用類似這篇論文的方法做優化?我想,如果調查顯示大多數網站都是靜態、模板的話,那就很有理由把這個優化方法採納進來!

後記:
同樣概念下的延伸想法

  • 利用網頁相似性來事先檢查快取有沒有過期(大量減少 RTT)
  • 利用網頁相似性事先進行預快取(我記得 Chrome 似乎有這樣做)

希望對大家有幫助,我們明天見!


關於作者

劉安齊

軟體工程師,熱愛寫程式,更喜歡推廣程式讓更多人學會


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