20. [FE] 如何提升網站效能？

第 11 屆 iThome 鐵人賽

DAY 20

Modern Web

前端三十 - 成為更好的前端工程師系列第 20 篇

11th鐵人賽 optimization front-end rendering

Gary

團隊Wow Doge!

2019-10-06 22:30:30

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Perl 之父 Larry Wall 曾說過，工程師有三大美德，分別是：「懶惰」、「急躁」與「傲慢」。其中的「急躁」指的便是對於效能低落的程式會有所追求；身為一個前端工程師，如果自己做出來的網站一打開就白畫面好幾秒，點擊連結後就開始無止盡的等待，畫面樣式變動還會一格一格卡卡的，相信無論是誰都會受不了吧？對於這些情況，身為前端工程師的你我，能夠怎麼優化、改善呢？

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尋找問題

要進行優化改善，首先就是要能夠辨識出問題可能在哪裡；不如先思考一下，使用者所看到的網頁內容是怎麼來的。

首先必然是下載內容。現代的網站為了更容易吸引使用者的眼球，除了豐富的文本內容外，還會使用的大量的圖片、影片傳達資訊，甚至透過聲音、動畫等方式與使用者做互動，這些多媒體內容，都代表著更多的多媒體資源以及程式碼。

取得網頁內容後，瀏覽器便開始解析程式碼，並渲染出畫面。這部分在本系列文的 03. [CSS] Reflow 及 Repaint 是什麼？中便有稍微提到，今天也會以那篇的內容為基礎，做更多關於優化的說明，如果您還沒看過，建議您可以先回頭參考該篇內容，會比較容易理解渲染的機制喔！

綜合以上，看來前端工程師較容易實現的網站優化項目，就會集中在「載入資源」及「畫面渲染」這兩部分了。

優化載入

如同前述，現代網站中需要下載的內容以驚人的速度瘋狂成長：

上圖是來自 HTTP Archive 所紀錄的網站平均下載內容量，可以看到現在（2020/08）的網站平均需要下載 2M 之多的資源；這麼巨量的內容，中間也自然會有許多可以進行優化的地方。

減少資源量

最直覺的就是減少下載的內容。

程式碼的部份，可以將換行符號、無意義的空白、註解等方便人類看的內容移除，把程式內容最小化（minify）；例如以下的 CSS：

p.round {
  border: 2px solid red;
  border-radius: 12px;
}

經過 minifier.org 最小化處理後，會變成這樣子：

p.round{border:2px solid red;border-radius:12px}

同樣的道理也可以套用在 HTML 及 JavaScript 上。例如我們先前說明閉包時用的範例程式碼：

function loadPicture() {
  let count = this.pageContent.length
  const load = (target, resolve) => {
    const counter = () => (--count ? count : resolve())
    let img = new Image()
    img.onload = counter
    img.onerror = counter
    img.src = target.url
  }
  return new Promise(resolve => {
    if (!count) return resolve()
    this.pageContent.forEach(target => load(target, resolve))
  })
}

同樣經過最小化處理後會變成：

function loadPicture(){let count=this.pageContent.length;const load=(target,resolve)=>{const counter=()=>(--count?count:resolve());let img=new Image();img.onload=counter;img.onerror=counter;img.src=target.url}
return new Promise(resolve=>{if(!count)return resolve();this.pageContent.forEach(target=>load(target,resolve))})}

由於所有的換行、縮排對瀏覽器解析內容來說都是沒有意義的部分，將它們移除不但不會影響到功能，還可以節省大量的傳輸量。

另外，JavaScript 的變數名稱，除非是留給給其他程式呼叫，否則對瀏覽器來說也是無意義的；我們還可以將程式碼醜化（uglify），把變數名稱都換成更精簡的內容。

例如前例，再經過 UglifyJS online 的處理，會變成這樣：

function loadPicture(){let e=this.pageContent.length;return new Promise(n=>{if(!e)return n();this.pageContent.forEach(t=>((n,t)=>{const r=()=>--e?e:t();let o=new Image;o.onload=r,o.onerror=r,o.src=n.url})(t,n))})}

這段程式碼壓縮到最後，總共減少了 46.48% 的大小，是不是很驚人呢？

除了程式之外，多媒體的內容大小也是另一個重點；例如小動畫，其實與其用 Gif，還不如換成 MP4 等影片格式，整體的影片品質不但比較好，所佔容量也會下降。圖檔的部分，最基本的就是不要用超過顯示尺寸的圖，畢竟尺寸越大，所需要下載的內容也越多，但顯示時卻只放在一個小區塊中呈現，瀏覽器下載完還要計算如何顯示，一來一往造成大量的冗餘運算。另外，大部分的圖檔在網頁中顯示時，其實可以犧牲一部分的品質細節，換來更小的檔案容量；例如以下兩張圖：

其中有一張是經過 imagecompressor.com 處理的圖片，且大小只有原本的 46%，讀者您看得出來哪一張圖被壓縮過了嗎？

只拿必要的檔案

把無意義的的內容都拿掉了，剩下就全都是這個網站需要的內容了嗎？其實不然，例如讀者您造訪一次 Instagram 或 Facebook，可能只會從眾多的功能之中使用一小部分，並不會全部功能都使用對吧？如果可以在使用者需要的時候，才將必要的資源提供給使用者，就可以進一步減少傳輸內容的數量。

在程式碼的部份，我們可以將整個網站共用的部分，以及彼此沒有相關聯的程式分成幾個大部分（chunk），在使用者造訪指定頁面時，只提供該頁面所需要的部分即可；例如一個網站有 10 個頁面，使用者看 A 頁面時給予 A 頁面所有需要的部分，看 B 頁面時也僅須傳遞 B 頁面的部份，其他未造訪、對使用者來說無意義的頁面內容，也就不用浪費資源傳遞，這樣的解決方案，在前端 SPA 中非常常見，也是能有效降低下載量的方法。

再仔細切分下去，使用者即使看了這個頁面，其實也不一定會整頁看完對吧？因此其實也不需要把整個頁面內的內容全都載下來；例如 FaceBook 的動態牆，也不會一口氣就載入個 50、100 則近況更新吧？而是在你向下滑動閱覽的同時，持續的載入更多新的內容；同樣的，我們只需要在資源需要顯示之前，將內容準備好即可，不用一口氣全部下載。

例如佔流量最大宗的圖檔，我們可以透過 Web API 的 Intersection Observer，建立一個觀察者，當圖檔區塊即將進入視窗時，替換掉圖檔的 src 屬性，達到圖片延遲加載（lazy loading）的目的。

最後，再更進一步的思考，頁面中總有些資料是不太會變動的，例如城市區域選單、郵遞區號選單的資料等等，如果使用者以前就曾經來過這個頁面，是不是可以讓使用者不要再次下載呢？

沒錯，就是快取（Cache）的機制，除了瀏覽器本身的快取機制外，如果真的必要，也可以透過 Web Storage，自行建立固定資料的儲存機制，就不用每次造訪頁面都重新下載，大幅度減少重複的資料傳遞。

優化渲染

優化完下載的部分，接著是渲染的優化。首先先複習一下先前提過的渲染流程，可以參考下圖：

rendering

其實在本系列文先前的內容中，我們就已經聊到不少關於優化渲染的方法，包含這一篇提到的一般的 <script> 載入資源時會阻礙畫面渲染，應該要加上 defer 或 async屬性；以及在這一篇提到的，盡量使用樣式屬性的變動來取代排版屬性的變動，避免造成 Reflow，還有這一篇也有小小聊到要注意圖層數量，過多時也會影響效能等等，這些內容讀者可以回頭參考相關文章，就不做重複說明了。

除了上述內容之外，還有一個先前比較少提到的，就是要讓出 JavaScript 的主執行緒（Main Thread）；由於 JavaScript 是單執行緒的程式語言，現代網站也往往會利用 JavaScript 做一些複雜的視覺處理；當有複雜的運算卡住主執行緒時，需要由程式觸發的畫面效果便會無法正確呈現。解決方法的部分，可以利用 Web Worker 代為處理較複雜且長時間的計算。