悟空活动中台 - H5 活动加载优化
一、背景
通过之前悟空活动中台系列文章，大家对微组件、动态布局等技术方案有了一定的了解。本篇我们带大家了解下悟空H5专题性能优化之路。
在移动互联网时代，H5页面加载体验至关重要。消费者行为和观念也会受到页面加载时间的产生显着影响，最明显的就是我们现在很难去等待一个页面加载超过三秒的页面，尤其是年轻人。专注性能测试的SOASTA公司曾发表过结论：移动端加载每耗时1秒， 影响转化率最高可达 20%。
在营销中台业务快速发展过程中，悟空始终把网站响应速度和用户体验放在第一位，通过技术创新，不断寻找最优加载方案，取得了很好的效果。下面我们就一起来探索下。
二、优化历程
每谈到性能优化，前端er就能联想到一道经典面试题：从输入URL到页面加载，浏览器都执行了什么？
体验优化的历程和这道题一样，需要系统化梳理、体系化实践。我们从网络、资源、渲染、执行层出发，不断探索加载优化方案。
1、网络层优化
（1）DNS 处理：增加 dns-prefetch
浏览器对网站第一次的域名 DNS 解析查找流程依次为：浏览器缓存 >> 系统缓存 >> 路由器缓存 >> ISP DNS 缓存 >> 递归搜索。
移动端环境下，DNS 请求带宽非常小，但延迟很高。针对该问题，我们采取预读取DNS方案，该方案能显著降低延迟，平均加载时长可减少1秒左右。
为帮助浏览器对某些域名进行预解析，我们对上线活动 html 文档中新增 dns-prefetch标签。加入该标签后，浏览器解析步骤如下：
第一步：用 meta 信息来告知浏览器，当前页面要做 DNS 预解析：
<meta http-equiv="x-dns-prefetch-control" content="on" />（滑动可查看）
第二步：在页面 header 中使用 link 标签来强制对 DNS 预解析:：
<link rel="dns-prefetch" href="//topicstatic.vivo.com.cn" />（滑动可查看）
悟空在上线H5资源需要根据不同区域，生成不同的dns-prefetch地址，编译活动脚手架link标签新增逻辑如下：
<% if (国内活动) {%> <link rel="dns-prefetch" href="//topic.vivo.com.cn"> <link rel="dns-prefetch" href="//cmsapi.vivo.com.cn"> <link rel="dns-prefetch" href="//topicstatic.vivo.com.cn"> <% } else if(印度活动) {%> <link rel="dns-prefetch" href="//in-goku.vivoglobal.com"> <link rel="dns-prefetch" href="//topicstatic.vivo.com.cn"> <link rel="dns-prefetch" href="//in-gokustatic.vivoglobal.com"> <% } else { %> <link rel="dns-prefetch" href="//asia-goku.vivoglobal.com"> <link rel="dns-prefetch" href="//asia-gokustatic.vivoglobal.com"> <link rel="dns-prefetch" href="//asia-wukongapi.vivoglobal.com"><% } %>（滑动可查看）
（2） CDN 分发优化
下图展示终端用户访问页面时，CDN获取过程：
缓存对于CDN服务至关重要，合适的缓存策略能够降低源站的请求压力，从而提升页面加载速度，因此我们需要优化静态资源存储方式和缓存策略。
CDN资源缓存配置如下：
悟空将H5专题的静态资源上传至CDN，带来如下提升：
通过 CDN 向用户分发传输相关库的静态资源文件，可以降低我们自身服务器的请求压力。
大多数 CDN 在全球都有服务器，所以 CDN上的服务器在地理位置上可能比你自己的服务器更接近你的用户。用户直接访问边缘缓存，极大地提升页面资源的响应速度。
不缓存HTML入口文件，只缓存js、css的策略，避免资源不更新的同时，加快了专题资源的获取速度。
不缓存HTML入口文件的目的是防止客户端缓存策略，导致主入口资源不更新，导致线上升级失败。
（3）HTTP/2
HTTP/2 的定义为：
（超文本传输协议第 2 版，最初命名为HTTP 2.0），简称为h2（基于 TLS/1.2 或以上版本的加密连接）或h2c（非加密连接）[1]，是HTTP协议的的第二个主要版本，使用于万维网。
将 HTTP 消息分解为独立的帧，交错发送，然后在另一端重新组装是 HTTP 2 最重要的一项增强。事实上，这个机制会在整个网络技术栈中引发一系列连锁反应，从而带来巨大的性能提升：
1.0 | 1.1 | 2.0 | |
长连接 | 需要使用keep-alive 参数来告知服务端建立一个长连接 | 默认支持 | 默认支持 |
HOST 域 | 不支持 | 支持 | 支持 |
多路复用 | 不支持 | - | 支持 |
数据压缩 | 不支持 | 不支持 | 使用HAPCK算法对 header 数据进行压缩，使数据体积变小，传输更快 |
服务器推送 | 不支持 | 不支持 | 支持 |
HTTP2.0开启方式如下：
server { listen 443 **ssl** **http2**; server_name yourdomain; …… ssl on**; …… }（滑动可查看）
开启 HTTP 2监听：
listen 443 ssl http2;多路复用代替原有的序列以及阻塞机制，使得多个资源可以在一个连接中并行下载，不受浏览器同一域名资源请求限制，提升整站的资源加载速度。
（4）动态字体压缩
字体文件大小普遍在2M左右，H5活动页面字体量有限，但仅仅为少量特殊文字全量引入字体文件，页面性能损耗非常大。与此同时，由于营销活动的复杂性与多样性，单纯的图片字体很难满足多变的运营需求。
寻找满足字体多样性的同时，保证字体大小，是平台需攻克的技术难点，最终，我们探索出一套适用平台的动态字体压缩方案。
字体压缩，也可以被称为字体子集化，可以理解为通过特定方式将中英文字从大字体文件中剥离，组合成小字体文件供页面使用。
概念看上去有点抽象，我们先直观感受下压缩前后效果：
接下来会重点讲述悟空基于业务场景的字体压缩方案，压缩字体的核心诉求是：可压缩字体文件，可动态更换文本内容进行压缩。
基于悟空微组件动态打包上线方式，我们选择使用 fontmin 来完成动态压缩字体。
动态压缩字体分为以下几个步骤：
第一步，读取特定配置文件中的 id，预先请求到对应页面接口数据，进行数据归集处理。部分代码示例：
const request = require('request')request(url, (error, response, data) => { if (error) { console.error(err); return } const res = JSON.parse(data) if (res.code === 0) { //获取专题配置数据 const config = JSON.parse(URLDecode(res.data.config)) const pages = config.pages let str = '' const familyList = new Set() pages.forEach(page => { const items = page.items items.forEach(item => { //根据配置，拼接需加载字体的字符串和字体类型 if (item.pluginInfo.enName === 'site-text') { str += item.pluginConfig.pureText familyList.add(item.pluginConfig.typeFace) } }) }); //处理字体 handleFont(str, familyList) }});（滑动可查看）
第二步，遍历字体类型列表 familyList，利用 fontmin 进行字体文件压缩。这一步要求我们预先将字体的本地文件放入编译脚手架中。在压缩的同时，需要通过webpack插件来生成对应的 css 文件:
字体动态压缩处理逻辑：
const compressFont = (fontText, fontName) => { const srcPath = `dist/${siteId}/font/${fontName}.ttf`; const destPath = `dist/${siteId}/compressFont`;
const fontmin = new Fontmin() .src(srcPath) // 输入配置 .use(Fontmin.glyph({ // 字形提取 text: fontText // 动态注入文字 })) .use(Fontmin.ttf2eot()) // eot转换 .use(Fontmin.ttf2woff()) // woff转换 .use(Fontmin.ttf2svg()) // svg转换 .use(Fontmin.css({ fontPath: `/compressFont/`, fontFamily: fontName, })) .dest(destPath); // 输出文件
fontmin.run(function (err, files, stream) { if (err) { console.error(err); return } // 读取生成后的对应的 css 文件内容并合成 const fontCss = fs.readFileSync(path.join(__dirname, `../dist/${siteId}/compressFont/${fontName}.css`)).toString() fontStyleStr += fontCss loadHtml(fontStyleStr) })}
const handleFont = (fontText, familyList) => { familyList.forEach(name => { compressFont(fontText, name) })}（滑动可查看）
2、资源优化
（1）图片懒加载
图片懒加载是一种很好的优化网页或应用的方式，它能够在用户滚动页面时自动获取更多的数据，新获取的图片不会影响到页面呈现，同时视口外的图片有可能永远不需要被加载，能够极大的节约用户流量以及服务器资源。'
懒加载的一般形式表现为：
打开首页，滑动页面
懒加载图片展示默认图
默认图替换为真实图片
根据悟空现有的技术栈，我们选择vue-lazyload 去支撑位组件的图片来加载：
对 vue 的原生支持，平台扩展后所有组件都可使用
方便快捷的指令式开发，img 标签的 src 改为 v-lazy 就可以实现图片懒加载
功能符合预期，支持背景图片懒加载，支持图片 url 动态修改为 webp
悟空提供给组件开发者资源懒加载指令，用户无需感知具体的加载逻辑，通过悟空的内置能力即可实现专题图片懒加。具体用法如下：
<template> <div> <img v-lazy="imgUrl" /> <div v-lazy:background-image="imgUrl"></div>
<!-- with customer error and loading --> <img v-lazy="imgObj" /> <div v-lazy:background-image="imgObj"></div>
<!-- Customer scrollable element --> <img v-lazy.container="imgUrl" /> <div v-lazy:background-image.container="img"></div>
<!-- srcset --> <img v-lazy="'img.400px.jpg'" data-srcset="img.400px.jpg 400w, img.800px.jpg 800w, img.1200px.jpg 1200w" /> <img v-lazy="imgUrl" :data-srcset="imgUrl' + '?size=400 400w, ' + imgUrl + ' ?size=800 800w, ' + imgUrl +'/1200.jpg 1200w'" /> </div></template><script>export default { data() { return { imgObj: { src: 'http://xx.com/logo.png', error: 'http://xx.com/error.png', loading: 'http://xx.com/loading-spin.svg', }, imgUrl: 'http://xx.com/logo.png', // String } },}</script>（滑动可查看）
（2）图片压缩
在移动端环境下，图片加载一直是需要重点优化的关键项，所以才延伸出懒加载这种交互方案来提高用户体验。
当该方案优化到了落地后，我们下一步考虑如何在保证图片质量的前提下，尽量压缩图片体积，提升图片加载效率。
WebP 是 Google 推出的一种同时提供了有损压缩与无损压缩（可逆压缩）的图片文件格式。相比于其他相同大小不同格式的压缩图像，WebP 格式的图片拥有更小的体积以及更高的质量，所以它的优势十分明显。
WebP 是 Google 推出的一种同时提供了有损压缩与无损压缩（可逆压缩）的图片文件格式。相比于其他相同大小不同格式的压缩图像，WebP 格式的图片拥有更小的体积以及更高的质量，所以它的优势十分明显。
在使用 WebP 进行有损压缩后，我们大概可以将原本的图片大小压缩至原来的十分之一左右，而图片质量却没有大的损失。这确实是一个惊人的效率。
我们可以看下一组数据来看下 webp 有损压缩效果：
Webp 有损压缩（75%质量比）
await execFileSync(cwebp, ['-q', '75', filePath, '-o', webpPath]);（滑动可查看）
原大小 | 压缩时间(ms) | 压缩后大小 |
999kb | 237 | 38kb |
999kb | 221 | 38kb |
999kb | 228 | 38kb |
999kb | 228 | 38kb |
999kb | 261 | 38kb |
在转换结束后，悟空会将原图片和转换后的 webp 图片都上传到 cdn 上，做一个备份的能力，实际业务场景可以根据需求去选择是否使用 Webp 图片。
下图展示 Webp 压缩前后效果，右侧展示压缩后图片，图片大小从215k减小至17k。
悟空在使用 Webp 压缩时，也遇到种种问题，如下：
为什么悟空选择 75% 的压缩质量？
什么特征的图片不适合Webp压缩？
部分图片压缩后资源变大
后续文章《悟空活动中台 - 基于Webp的图片高效加载方案》会详细叙述悟空如何从平台角度提供 Webp压缩方案。
（3）跨域避免 option 请求
悟空H5专题采用的是前后端分离方案，服务器域名和专题域名不一致，会受到浏览器同源策略影响。
我们发现数据主接口会发起两次，其中第一个请求为预检请求。
一般来说使用 application/json 的 post 请求是必然会带入 OPTION 请求，何为 OPTION 预检：
用于获取目的资源所支持的通信选项。客户端可以对特定的 URL 使用 OPTIONS 方法，也可以对整站（通过将 URL 设置为“*”）使用该方法。
在 CORS 中，可以使用 OPTIONS 方法发起一个预检请求，以检测实际请求是否可以被服务器所接受。预检请求报文中的 Access-Control-Request-Method 首部字段告知服务器实际请求所使用的 HTTP 方法；Access-Control-Request-Headers 首部字段告知服务器实际请求所携带的自定义首部字段。服务器基于从预检请求获得的信息来判断，是否接受接下来的实际请求。
有趣的是专题详情为 GET 接口，为何 GET 请求也会发起 option 预检？
这个原因得从简单请求和复杂请求说起，跨域请求分为简单和复杂两种：
简单请求:
请求方式为如下之一：
HEAD
GET
POST
HTTP 请求头只能包含如下信息：
Accept
Accept-Language
Content-Language
Last-Event-ID
Content-Type，但仅能是下列之一
application/x-www-form-urlencoded
multipart/form-data
text/plain
任何一个不满足上述要求的请求，即被认为是复杂请求。一个复杂请求不仅有包含通信内容的请求，同时也包含预检信息。
专题配置接口请求头中带有自定义 header，浏览器会认定为非简单请求，需要向服务器发出检查，判断该域名是否允许跨域。
经过分析发现，自定义 header 其实在此业务场景中非必传自带，发出预检请求至少会有 100ms 的耗时，无形中延长页面绘制时间。
最终解决方案：去除自定义header，修改为简单请求，避免该请求发出预检。
3、渲染执行优化
在网络层以及资源压缩优化落地后，接下来探索浏览器渲染执行优化点，涉及到浏览器，一定会联想到网页解析过程，下图清晰的展示静态资源如何通过浏览器最终显示：
当dom元素变化会导致浏览器重新执行渲染树生成、绘制，我们称之为重排重绘。
什么是重排？当 render tree 中的一部分(或全部)因为元素的规模尺寸，布局，隐藏等改变而需要重新构建。这就称为重排（回流）。每个页面至少需要一次回流，就是在页面第一次加载的时候。
（1）避免重排
浏览器结构示意图：
可以看到浏览器有负责解析、渲染请求内容的渲染引擎，哪些动作会导致浏览器重排：
（1）增加或删除 DOM 节点；
（2）display:none（重排并重绘）；
visibility:hidden（重绘）；
（3）移动页面中的元素；
（4）改变元素尺寸（宽、高、内外边距、边框等）；
（5）用户改变窗口大小，滚动页面等；
（6）页面初始渲染；
（7）改变元素内容（文本或图片等）。
offsetTop, offsetLeft，...scrollTop, scrollLeft, ...clientTop, clientLeft, ...getComputedStyle() (currentStyle in IE)（滑动可查看）
这些属性都需要实时回馈给用户的几何属性或者是布局属性，浏览器不得不立即执行渲染队列中的“待处理变化”，并随之触发重排返回正确的值。
document.body.style.minWidth = '12OOpx'document.body.style.overflow = 'hidden'//获取某div的偏移量document.querySelector('xxx').offsetTop（滑动可查看）
我们优化活动代码执行逻辑，将上述直接操作 dom 的操作修改为 class 样式操作，减少加载过程中重复的dom操作。
（2）善用 Vue 生命周期
善用 Vue 组件生命周期，在合适的 hook 去初始化数据，操作dom，能够大幅提升加载体验。
在mounted 阶段，浏览器已经完成 dom 与 css 规则树的 render，并完成 render tree布局，这时候再去发送数据请求，会拉长请求时间和渲染周期，所以建议在beforeCreate中执行，以此达到预渲染和请求的并行进行。
我们将活动初始化数据的动作放在 beforeCreate 阶段，并将对 dom 的操作和监听挂载在 mounted 中。
{ beforeCreate(){ fetch({ url: topicUrl, params: { //... } }).then(res=>{ //数据处理 //... }) }, mounted() { // global listener window.addEventListener('xxx'); // get dom element by refs this.$refs.xxx // get dom element use native api document.querySelector }}（滑动可查看）
对浏览器来说，整个渲染流程尚未开始或者说准备开始，对 vue 来说，实例尚未被初始化，data observer 和 event/watcher 也还未被调用，这个时候请求页面初始化数据时机是比较成熟的。
（3）减少白屏时间
相比 Native 页面，H5 页面体验问题主要是：打开一个 H5 页面需要做一系列处理，会有一段白屏时间，体验糟糕。
白屏时间是指浏览器从响应用户输入网址地址，到浏览器开始显示内容的时间。
本次专题优化，我们采用如下方式去减少白屏时间：
骨架屏，html直接渲染过渡效果
改造第三方 JS 引入顺序
使用 SplitChunksPlugin 拆分公共代码；
使用动态 import，切分页面代码，减小首屏 JS 体积
其中改造骨架的方式是一种成本低，效果非常卓越的方式，更进阶的方式有服务端直出等。由于悟空活动专题有快，灵的特点，配置改变需实时生效，所以前期我们权衡方案利弊，采用骨架，直接渲染过渡效果的方案。
页面加载html后直接显示加载效果，在底版本andriod手机中，webwiew初始化过程会有一个高度切换过程，加载后出现Native的titleBar，导致过渡效果会产生位置移动场景。
为了解决该问题，我们使用css3动画来实现过渡效果延迟出现，避免与webview初始化冲突。
animation: loading 1s linear 300ms infinite;···@keyframes loading{ from { opacity: 1; } to { opacity: 1; }}（滑动可查看）
这一现象能侧面反映出，loading出现基本于webview初始化同期进行，速度很快。为了解决loaidng瞬移的问题，我们采用纯css3实现loading延迟出现，不与webview初始化冲突。
三、优化成果
1、同一专题优化前后数据对比
下述表格展示同一微组件和配置的活动在整体优化前后网站整体体验评分，评分来自PageSpeed Insights。
国内活动 | 优化前 | 优化后 |
首次绘制 | 2.8s | 1.3s |
速度指数 | 4s | 3.8s |
绘制耗时 | 12s | 2.3s |
综合得分（满分 100） | 44 | 90 |
海外活动 | 优化前 | 优化后 |
首次绘制 | 3.5s | 1.3s |
速度指数 | 5.6s | 3.3s |
绘制耗时 | 3.5s | 2.8s |
综合得分（满分 100） | 67 | 92 |
2、国内活动效果
相同配置专题：
3、海外活动效果
相同配置专题：
四、性能数据收集
1、常用指标
关于指标，业界有非常多的方案和数据：
页面加载时长
首屏加载时长
Dom Ready 时长
Dom Complete 时长
首页渲染时长
首页内容渲染时长
首页有效渲染时长
.......
基于活动的特点以及业务常关注点：我们对页面白屏时间以及首次渲染时长以及一些个性化指标进行了收集，目的是统计活动专题加载时长，寻找优化空间。
2、如何计算
静态资源的加载速度，可以利用 performance Timing API 取得
白屏时间：
白屏时间 = 开始渲染时间（首字节时间+HTML 下载完成时间）= responseStart - navigationStart
首次渲染时长 = 全部事件注册时长 = loadEventEnd - navigationStart
页面绘制时间=获取数据到加载结束 = loadEventEnd - fetchEnd(自行记录)
3、上报方法
关于性能数据的上报方式，平台使用 sendBeacon 进行无阻塞性能数据上报
navigator.sendBeacon() 方法可用于通过HTTP将少量数据异步传输到 Web 服务器。
这个方法主要用于满足统计和诊断代码的需要，发送代码通常尝试在卸载（unload）文档之前向 web 服务器发送数据。
function stat() { navigator.sendBeacon('/path', analyticsData)}（滑动可查看）
sendBeacon 发出的是异步请求，请求作为浏览器任务执行，与当前页面脱钩。因此该方法不会阻塞页面加载流程，也不会延迟页面加载。
五、思考与展望
在上述探索的同时，我们同时在进行专题 SSR 、秒开、CSR的方案探索，不断尝试提升 H5 体验的方式，追求卓越。
在笔者看来，性能优化不是一种手段，而是一种意识，开发者在实际开发过程中需要建立意识，在各处细节上去保证用户体验。
六、参考文献
END
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