英文原文链接:web.dev/optimize-lo…
系统网站应用出现过卡顿
,但却不知道如何优化。本文是国内第一篇讲如何减少卡顿的代码级别详细文章,也是本人文章中有关性能优化系列文章中的一篇,欢迎关注,我将持续输出更多的文章。
本文最新文章记一次前端深度性能调优的实际案例-小白也能用得上。
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正文
本文可以说是巧用 “ 火焰图 ” 快速分析链路性能的姊妹篇,欢迎点赞、关注,也欢迎对其中的内容评论,您的点赞是我持续不断更文的动力。
经常听人说,“不要阻塞主线程”,或者“减少长耗时”,该如何做呢?
聊网站性能的文章有很多,通常为了提高js性能,避不开这两点:
- 不要阻塞主线程
- 减少长耗时
该怎么做呢?很明显,精简js代码有好处,但更少的代码量是否就一定意味着用户界面的体验会更顺畅?可能会,但也可能恰恰相反。
要弄懂优化js中任务的重要性,首先需要了解什么是任务、任务的角色以及浏览器的任务处理机制。
浏览器中的任务
浏览器执行的任务之间是相互独立的,像页面渲染,html和css的解析,以及执行js代码都属于任务的范畴。虽然开发者不能直接控制这些任务,但毫无疑问的是,浏览器中的任务主要源自开发者编写和部署的代码。
上图中的任务便是chrome DevToos性能剖析中点击事件触发的。从图中能看到,任务在顶端,任务下面列出了点击事件、调用的函数,此外还调用很多其他方法。
任务能影响性能的方式很多,比如在打开网站时下载js代码,浏览器会把任务放到队列中不执行,而是准备解析和编译js而防止阻塞js。之后网站上的任务才会因为用户交互驱动事件处理器、js动画以及分析收集的后台活动等js活动而触发。(web worker这种情况例外)
什么是主线程?
浏览器绝大多的任务都发生在主线程,其主线程名称的由来也主要是因为:几乎所有js都在主线程运行。
主线程每次只能处理一个任务,当任务耗时超过特定时间,比如50ms就会被归类为长耗时。如果发生长耗时时存在用户交互,或者关键渲染更新时,浏览器就会延后再处理用户交互,这会直接导致用户交互或者渲染出现延迟。
谷歌性能剖析中的长耗时如图所示,一般会在任务角上用红色三角形标出来,其中被阻塞的任务部分用红色细斜条纹标出来(如上图所示)。
优化长耗时,意味着将单个长耗时任务拆解成几个耗时相对短的小任务,可以查看下图。
在上图中能看到单个长任务和被拆分成了5个短任务。
为什么需要拆分任务非常重要?因为拆分长任务后,浏览器就有了更多的机会,可以去处理优先级别更高的工作,其中就包括用户交互行为。
如果任务非常长,浏览器对用户交互的展示如图所示,这时候浏览器就没法快速处理用户交互,但拆分长任务后的从图中能看到效果就不一样。
因为长任务的缘故,用户交互产生的事件处理就必须排队,等待长任务执行完后才能执行。这个时候就会导致用户交互的延迟。当拆分成较短的任务后,事件处理器就有机会更快的触发。 因为事件处理器能够在短任务之间得以执行,也就比长任务耗时更短。在长耗时的图片中,用户可能就会感到卡顿;长任务拆分后,用户可能就感觉体验很流畅。
然而问题来了,那就是 减少长耗时到底该怎么做,不要阻塞主线程写的也不够明确。这篇文章便为你解开这些神秘的面纱。
任务管理策略
软件架构中有时候会将一个任务拆分成多个函数,这不仅能增强代码可读性,也让项目更容易维护,当然这样也更容易写测试。
function saveSettings () {
validateForm();
showSpinner();
saveToDatabase();
updateUI();
sendAnalytics();
}
在上面的例子中,该函数saveSettings
调用了另外5个函数,包括验证表单、展示加载的动画、发送数据到后端等。理论上讲,这是很合理的架构。如果需调试这些功能,也只需要在项目中查找每个函数即可。
然而,这样也有问题,就是js并不是为每个方法开辟一个单独的任务,因为这些方法都包含在saveSetting
这个函数中,也就是说这五个方法在一个任务中执行
重点提示
js遵循执行才编译的原理,也就是说,只有一个任务结束才会执行下一个任务,而且不论这个任务会阻塞主线程多久。
saveSetting
这个函数调用5个函数,这个函数的执行看起来就像一个特别长的长的任务。
在很多场景中,单个函数耗时可能会超过50ms,从而使得整体任务耗时更长。如果测试场景比较差,特别是在“资源受限”场景下测试的设备,每个函数可能耗时都会更久。接下来,将会分享优化的策略。
使用代码延迟任务执行
为了拆分长任务,开发者经常使用定时器setTimeout。通过把方法传递给setTimeout,也就等同于重新创建了一个新的任务,延迟了回调的执行,而且使用该方法,即便是将delay时间设定成0,也是有效的。
function saveSettings () {
// Do critical work that is user-visible:
validateForm();
showSpinner();
updateUI();
// Defer work that isn't user-visible to a separate task:
setTimeout(() => {
saveToDatabase();
sendAnalytics();
}, 0);
}
如果需执行的函数先后关系是很明确,这个方法会非常有效,然而并不是所有场景都能使用这个方法。比如,如需要在循环中处理大数据量的数据,这个任务的耗时可能就会非常长(假设有数百万的数据量)
function processData () {
for (const item of largeDataArray) {
// Process the individual item here.
}
}
此时,使用setTimeout就会出错,因为效率原因无法实行,而且虽然单独处理每个数据耗时很短,但整个数组可能花费特别长的时间。综合来看,setTimeout就不能算是特别有效的工具。
除了setTimeout
的方式,确有一些api能够允许延迟代码到随后的任务中执行。其中一个方式便是使用postMessage
替代定时器;也可以使用requestIdleCallback
,但是需要注意这个api编排的任务的优先级别最低,而且只会在浏览器空闲时才会执行。当主线程繁忙时,通过requestIdleCallback
这个api编排的任务可能永远不会执行。
使用async、await来创造让步点
在本文会出现一个新词让步
,这个词的定义、用法和意义可以通过代码和介绍进行阐述。
重点提示
当让步于主线程后,浏览器就有机会处理那些更重要的任务,而不是放在队列中排队。理想状态下,一旦出现用户界面级别的任务,就应该让步给主线程,让任务更快的执行完。让步于主线程让更重要的工作能更快的完成
分解任务后,按照浏览器内部的优先级别划分,其他的任务可能优先级别调整的会更高。一种让步于主线程的方式是配合用了setTimeout的promise。
function yieldToMain () {
return new Promise(resolve => {
setTimeout(resolve, 0);
});
}
注意
尽管这个例子在返回promise中通过setimeout来调用resolve,但此时并不是新开一个任务让promise执行后续代码,而是通过setTimeout调用。因为promise的回调属于微任务,因此不会让步于主线程。
在saveSettings
的函数中,可以在每次await
函数yieldToMain
后让步于主线程:
async function saveSettings () {
// Create an array of functions to run:
const tasks = [ validateForm, showSpinner, saveToDatabase, updateUI, sendAnalytics ]
// Loop over the tasks:
while (tasks.length > 0) {
// Shift the first task off the tasks array:
const task = tasks.shift();
// Run the task:
task();
// Yield to the main thread:
await yieldToMain();
}
}
重要提示
并不是所有函数调用都要让步于主线程。如果两个函数的结果在用户界面上有重要的更新,最好就不要这样做。如果可以,可以想让任务执行,然后考虑在那些不重要的函数或者能在后台运行的函数之间
让步
。
这样的好处是,就能看到单个大的长任务被拆分成了多个独立的任务。
现在能看到,saveSetting
这个函数内的函数现在成为了单独的任务。
通过使用promise
这种方式,和手动写setTimeout
这种定时器方式相比,在工程上有跟多的好处。让步的时间点变成了声明式,因此这种代码写起来更容易,阅读和理解也更轻松。
只在必要时让步
假如有一堆的任务,但是只想在用户交互的时候才让步,该怎么办?正好有这种api–isInputPending
isInputPending
这个函数可以在任何时候调用,它能判断用户是否要与页面元素进行交互。调用isInputPending会返回布尔值,true
代表要与页面元素交互,false
则不交互。
比如说,任务队列中有很多任务,但是不想阻挡用户输入,使用isInputPending
和自定义方法yieldToMain
方法,就能够保证用户交互时的input不会延迟。
async function saveSettings () {
// 函数队列
const tasks = [ validateForm, showSpinner, saveToDatabase, updateUI, sendAnalytics ];
while (tasks.length > 0) {
// 让步于用户输入
if (navigator.scheduling.isInputPending()) {
// 如果有用户输入在等待,则让步
await yieldToMain();
} else {
// Shift the the task out of the queue:
const task = tasks.shift();
// Run the task:
task();
}
}
}
在saveSetting
执行过程中,会逐个循环队列中的任务。如果循环时isInputPending
结果返回真,saveSetting
就会调用yieldToMain
函数,这样就能处理用户输入的事件,反之,就会走到队列继续执行下一个,直到队列执行完。
saveSetting
这个任务队列中有5个任务,但此时如果正在执行第二个任务而用户想打开某个菜单,于是点击了这个菜单,isInputPending
就会让步,让主线程处理交互事件,同时也会稍后执行后面剩余的任务。
用户输入后isInputPending
的返回值不一定总是“true”,这是因为操作系统需要时间来通知浏览器交互结束,也就是说其他代码可能已经开始执行,比如截图例子中的saveToDatabase
这个方法可能已经在执行了。即便使用isInputPending
,还是需要在每个方法限制任务中的方法数量。
使用isInputPending
配合让步的策略,能让浏览器有机会响应用户的重要交互,这在很多情况下,尤其是很多执行很多任务时,能够提高页面对用户的响应能力。
另一种使用isInputPending
的方式,特别是担心浏览器不支持该策略,就可以使用另一种结合时间的方式。
async function saveSettings () {
// A task queue of functions
const tasks = [ validateForm, showSpinner, saveToDatabase, updateUI, sendAnalytics ];
let deadline = performance.now() + 50;
while (tasks.length > 0) {
// Optional chaining operator used here helps to avoid
// errors in browsers that don't support `isInputPending`:
if (navigator.scheduling?.isInputPending() || performance.now() >= deadline) {
// There's a pending user input, or the
// deadline has been reached. Yield here:
await yieldToMain();
// Extend the deadline:
deadline += 50;
// Stop the execution of the current loop and
// move onto the next iteration:
continue;
}
// Shift the the task out of the queue:
const task = tasks.shift();
// Run the task:
task();
}
}
使用这种方式,通过结合时间来兼容不支持isInputPending
的浏览器,尤其是使用截止时间或者在特定时间点,让工作能在适当时候中断,不论是通过让步于用户输入还是在特定时间节点。
几个API的差异
目前提到的api对于拆解任务都有帮助,但也有弊端:让步与主线程则意味着延迟代码稍后执行,即该部分代码被添加到稍后的事件队列中去了。
如果能控制页面中所有的代码,就可以编排各个任务的优先级,但是第三方js脚本可能不会服从安排。实际上,也不可能真正意义上给所有的任务排优先级,而是只能让他们成堆,或者是让步于特定的用户交互行为。
幸运的是,有一个专门编排优先级的api正在开发中,相信能够解决这些问题。
专门编排优先级的api
目前在书写本文时该api提供postTask
的功能,对于所有的chromium浏览器和firefox均可使用。postTask
允许更细粒度的编排任务,该方法能让浏览器编排任务的优先级,以便地优先级别的任务能够让步于主线程。目前postTask
使用promise,接受优先级这个参数设定。
postTask
方法有三个优先级别:
background
级,适用于优先级别最低的任务user-visible
级,适用于优先级别中等的任务,如果没有入参,也是该函数的默认参数。user-blocking
级,适用于优先级别最高的任务。
拿下面的代码来举例,postTask
在三处分别都是最高优先级别,其他的另外两个任务优先级别都是最低。
function saveSettings () {
// Validate the form at high priority
scheduler.postTask(validateForm, {priority: 'user-blocking'});
// Show the spinner at high priority:
scheduler.postTask(showSpinner, {priority: 'user-blocking'});
// Update the database in the background:
scheduler.postTask(saveToDatabase, {priority: 'background'});
// Update the user interface at high priority:
scheduler.postTask(updateUI, {priority: 'user-blocking'});
// Send analytics data in the background:
scheduler.postTask(sendAnalytics, {priority: 'background'});
};
在上面例子中,通过这些任务的优先级的编排方式,能让高浏览器级别的任务,比如用户交互等得以触发。
当saveSettings
方法在执行时,会使用postTask
来编排每个方法。关键的用户侧任务优先级别高,当然用户并不知道的任务按照background的级别,这就可以up和提高优先级。
这是如何使用postTask
的非常简单的例子。可以用不同的TaskController
对象来区分,这样能在不同的人物之间共享优先级别,也能为不同的TaskController
的实例变更优先级。
重点提示
postTask()
is not supported in all browsers. You can use feature detection to see if it’s available, or consider using a polyfill.
postTask
并不是所有浏览器都支持。可以检测是否空,或者考虑使用polyfill
。
内置不中断的让步方法
还有一个编排api目前还在提议阶段,还没有内置到任何浏览器中。它的用法和本章和开始讲到的yieldToMain
这个方法类似。
async function saveSettings () {
// Create an array of functions to run:
const tasks = [
validateForm,
showSpinner,
saveToDatabase,
updateUI,
sendAnalytics
]
// Loop over the tasks:
while (tasks.length > 0) {
// Shift the first task off the tasks array:
const task = tasks.shift();
// Run the task:
task();
// Yield to the main thread with the scheduler
// API's own yielding mechanism:
await scheduler.yield();
}
}
这和之前的代码大部分相似,但我们也能看到上面代码并没有使用yieldToMain
,而是使用了await scheduler.yield
方法。
下面三幅图分别是不使用yield,使用yield,以及使用yield且不中断。不使用yield,出现了长耗时任务。使用yield,短任务数量变多了,而且还能被其他不相关的任务打断。使用yield且不中断,里面的短任务更多,但是执行顺序是固定的。
上面便是三种情况的效果图。使用scheduler.yield
方法时,任务能在每次让步停止后重新开始。
使用scheduler.yield的好处是不中断,也就意味着如果是在一连串任务中yield,那么从yield的时间点开始,其他编排好的任务的执行会继续。这就能避免第三方js脚本代码阻塞代码的执行
结语
虽然管理任务富有挑战,但管理任务却能受益颇多,网站能有更快的用户交互体验。管理和调优没有万灵药,但确有一系列不同的技巧。最后总结重申一下,管理任务时主要需要考虑以下几点:
- 遇到关键任务和用户侧的任务需要让步于主线程
- 使用isInputPending来让步主线程让用户可以与页面交互
- 适应postTask来调整任务的优先级
- 最后,每个函数尽可能地减少活动
使用以上一个或多个方法,就能够将应用中的任务进行管理,根据用户需要调整优先级,同时能保证相对不那么重要的工作得以继续执行,这样给创造更好的用户体验,网站响应更快,使用更令人愉悦。
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参考链接
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