前端性能优化
下面是我认知的前端性能优化的策略，本书主要着手 JavaScript 优化展开阐述。
- JavaScript优化
- 非核心代码异步加载
- 浏览器缓存
- 使用CDN
- DNS预解析
- 优化资源
- 清理不必要的依赖
本文目录
高性能JavaScript
早期，IE浏览器的JS引擎基于“静态垃圾回收机制（Static Garbage Collection）”，该引擎监视内存中固定数量的对象来确定何时进行垃圾回收。随着Web应用的日益发展，JS引擎吃不消了。
虽然其他浏览器有着更加完善的GC和更好的性能，但大多数都是使用JS解释器来执行。
这也正解释了开篇刷 LeetCode 题时的困惑，解释型代码为什么没有编译型代码快？
因为，解释型代码必须经历把代码转换成计算机指令的过程。无论解释器多么智能，都会带来一些性能的消耗。
而编译器已经有了各种各样的优化，可以基于词法分析去判断代码想实现什么，产生完成任务的运行最快的机器码。解释器很少有这样的优化，往往代码怎么写就怎么被执行。
2008年，JS引擎收获最大的一次性能升级，该引擎的研发代号为V8。V8是一款为 JavaScript 打造的实时（JIT）编译引擎，它把 JavaScript 代码转化为机器码来执行。紧接着其他浏览器也优化了JS引擎，这些只是编译器层面的优化，代码的性能依然需要开发人员关注。
一、浏览器中的 JavaScript
浏览器中js代码的执行可能会阻塞浏览器的其他进程，下边列出了几点棘手的问题以及优化方式。
脚本阻塞：将<script>标签放在页面底部，</body>闭合标签之前。
-
延迟时间：
- 内嵌<script>不紧跟<link>标签
- 运用打包工具，合并js文件
-
无阻塞加载js：关键是在window对象的load事件触发后再下载脚本
使用<script>标签的defer属性
注意：defer属性仅当src属性声明时才生效动态脚本加载：使用动态创建的<script>元素来下载并执行代码
注意：需要通过侦听事件，跟踪并确保脚本下载完成并准备就绪
优势是跨浏览器兼容性和易用，也是最通用的无阻塞加载的策略。-
使用 XHR 对象下载 JavaScript 代码并注入页面中
局限性：JavaScript 文件必须和所请求的页面同域，不适用大型Web项目。
无阻碍脚本加载工具：YUI3、LazyLoad、LABjs
通过以上策略，可以极大地提高JavaScript的Web应用的性能。
此外，还有一些策略例如：减少js文件的大小、限制HTTP请求数。这两点策略，随着Web应用的日益复杂，可行性也随之降低，也不是做的越极致效果越好，需要实际情况具体分析。
二、数据存储的位置
数据存储的位置关系到数据的检索速度，直接影响代码执行的效率。JavaScript 有以下四种基本的数据存储位置：
- 字面量：值的记法，包括：字符串、数字、布尔值、对象、数组、函数、正则表达式，还有特殊的 null 和 undefined 值
- 本地变量：使用 var/let/const 关键字定义的数据存储单元
- 数组元素：以数字为索引，存储在 JavaScript 数组对象内部
- 对象成员：以字符串作为索引，存储在 JavaScript 对象内部
标识符解析的性能
在函数的执行过程中，每遇到一个变量，都会经历一次标识符解析过程以决定从哪里获取或存储数据。该过程的搜索执行环境是作用域链，这个搜索过程会影响性能。
注意：总的趋势是，标识符所在位置越深，它的读写速度越慢。若采用优化过的 JavaScript 引擎的浏览器性能损失会大大减少。
原型链和嵌套成员也遵从此关系。
注意作用域链的改变
可以在执行时改变作用域链，影响性能的语句：
with 语句：会导致一个新的变量对象被置于作用域链的首位，造成访问特定对象的属性非常快，而访问局部变量则变慢。
建议：弃用try-catch语句中的 catch 子句：会把异常对象推入一个变量对象并置于作用域的首位。
建议：将错误委托给一个函数处理
闭包
闭包的[[scope]]属性包含了与执行环境作用域链相同的对象的引用，同时会影响内存开销和执行速度，应小心使用闭包。
策略
可以通过把常用的数组元素、跨域变量保存在局部变量中来改善性能。
这种策略不推荐用于对象的成员方法，会改变this的值。
三、DOM 编程
浏览器中通常会把 DOM 和 JavaScript 独立实现，所以访问DOM元素消耗很大。
策略：减少访问DOM的次数，把运算留给ECMAScript一端。
innerHTML 对比 DOM 方法
旧版浏览器中，使用innerHTML会更快一些。在基于 WebKit 内核的新版浏览器中，用DOM略胜一筹。
策略：根据可读性、稳定性、团队习惯、代码风格来综合决定。
节点克隆
节点克隆element.cloneNode()比创建新元素document.createElement更有效率，但不明显。
HTML集合
返回值是集合的方法：
- document.getElementByName()
- document.getElementByClassName()
- Document.getElementByTagName()
返回值是集合的属性：
- document.images
- document.links
- document.forms
- document.forms[0].elements
HTML集合是包含DOM节点引用的类数组对象。和数组的区别是没有push和slice方法，有length属性和数字索引的方式访问元素。
HTML集合低效之源：假定实时态 assumed to be live
策略：
把集合的长度缓存到一个局部变量中，在循环条件的退出语句中使用该变量。
-
使用数组拷贝。
function toArr() { for (var i = 0, arr = [], len = coll.length; i < len; i++) { arr[i] = coll[i]; } return arr; }
遍历DOM
| 属性名 | 被替代的属性 |
|---|---|
| children | childNodes |
| childElementCount | childNodes.length |
| firstElementChild | firstChild |
| lastElementChild | lastChild |
| nextElementSibling | nextSibling |
| previousElementSibling | previousSibling |
选择器API
queryAelectorAll()和firstElementChild()方法使用CSS选择器作为参数并返回一个NodeList，不会返回HTML集合。适合处理大量组合查询。
重排和重绘
在浏览器的渲染过程中，浏览器会在下载完页面所有组件之后，解析并生成两个数据结构：
- DOM Tree（DOM树）
- Render Tree（渲染树）
一旦上述两种结构构建完成，浏览器就开始绘制(paint)页面元素。
注：对重排和重绘的理解是非常必要的
重排 Reflow
定义：当DOM结构的变化影响了元素的几何属性，浏览器需要根据样式来重新计算元素出现的位置。浏览器会使渲染树中受到影响的部分失效，并重新构造渲染树。
触发Reflow的条件：
- 添加或删除可见的DOM元素
- 元素位置改变：如，添加动画效果
- 元素尺寸改变：如，改变边框宽高、内外边距等
- 内容改变：如，改变段落文字行数、图片替换等
- 浏览器Resize窗口(移动端不会出现)
- 修改默认字体
- 页面渲染器初始化
特别的：当滚动条出现时，会触发整个页面的重排
重绘 Repaint
定义：完成重排后，浏览器会根据渲染树重新绘制受影响的部分到屏幕中。
不是所有的DOM变化都会影响几何属性，例如改变一个元素的背景色只会发生一次重绘。
特别的，要注意分析改变所影响的阶段是重排还是重绘。
综上，重排和重绘都是昂贵的操作，会导致Web应用反应迟钝。所以，应该尽可能减少这类过程的发生。
渲染树的变化的排队和刷新
浏览器会通过队列化批量执行来优化重排过程。
以下获取布局的操作会导致队列刷新：
- offsetTop、offsetLeft、offsetWidth、offsetHeight
- scrollTop、scrollLeft、scrollWidth、scrollHeight
- clientTop、clientLeft、clientWidth、clientHeight
- getComputedStyle()
修改样式时，应避免以上属性。
策略：不要在布局信息改变时操作它。
最小化重排和重绘
策略：
-
合并多次对DOM和样式的修改，然后一次处理掉。(n -> 1)
如：cssText属性，className属性等。
尽量减少offsets等布局信息的获取次数，方法是获取一次起始位置的值，在动画循环中，直接使用变量。
-
让元素脱离动画流：拖放代理
- 使用绝对定位页面上的动画元素，将其脱离文档流。
- 让元素动起来，这时会临时覆盖部分页面，只会发生小规模重绘。
- 当动画结束时恢复定位，从而只会下移一次文档的其他元素。
在元素很多时，避免使用:hover
批量修改DOM
关键：“离线”操作DOM树，使用缓存，减少访问布局信息的次数。
策略：
- 使元素脱离文档流
- 隐藏元素(display:none)，应用修改，重新显示。
- 使用文档片段在当前DOM之外构建一个子树(document.createDocumentFragment())，再把它拷贝回文档。(推荐)
- 将原始元素拷贝到一个脱离文档流的节点中，修改副本，完成后再替换原始元素。
- 对其应用多重改变
- 把元素带回文档中
事件委托
之前写过一篇<理解DOM事件处理程序和事件委托>的文章，涉及事件模式的基本概念、事件流、事件委托的实现等的阐述，如果大家对以上概念有所遗忘，欢迎点击链接查看原文。
每绑定一个事件处理器都会加重页面负担、延长执行时间、消耗更多的内存（因为浏览器会跟踪每个事件处理器）。
一个优雅的策略就是利用事件委托。
可以将冗长的浏览器兼容性代码移入可重用的类库：
- 访问事件对象，判断事件源
- 取消文档树中的冒泡
- 阻止默认动作
四、算法和流程控制
大部分性能问题的来源是低效的算法或工具编写出的糟糕代码。
循环
代码执行的大部分消耗在循环。
JS循环的类型：
-
for循环
image
注：for循环初始化中var语句会创建一个函数级的变量，应尽可能使用ES6中的let语句定义循环级变量。
- while 循环：和for类似，是最简单的前测循环
- do-while 循环：唯一的后测循环，循环体至少运行一次。
- for-in 循环：枚举任何对象的属性名key
- for-of 循环：ES6新特性，枚举任何对象的值value
拓展知识：for-in 和 for-of 区别
所返回的属性：
- 对象的实例属性
- 从原型链中继承的属性
循环性能：for-in 明显慢
由于每次操作会同时搜索实例和原型属性，查询散列键，会产生更多开销。所以，除了明确需要迭代一个属性数量未知的对象，其他情况应避免使用for-in。
若其他循环的性能都差不多，其实只有两个因素可以提升整体性能：
- 减少每次迭代的工作量：限制循环中的耗时操作总数
- 最小化属性查找
关键：减少对象成员及数组项的查找次数
策略：只查找一次属性，并把值存到一个局部变量中。例如：var len = items.length; - 倒序循环
通常，数组项的顺序与所要执行的任务无关。倒序循环是编程语言中一种通用的性能优化方式。
- 最小化属性查找
当循环复杂度为O(n)时，减少每次迭代的工作量是最有效的。当复杂度大于O(n)，建议着重减少迭代次数。
- 减少迭代的次数
达夫设备（Duff's Device）：循环体展开技术，一次迭代中实际执行了多次迭代的操作。
迭代数超过1000，使用 Duff's Device 的执行效率将明显提升。
基于函数的迭代 forEach() 明显慢
原因：对每个数组项调用外部方法所带来的额外开销。
条件语句
if-else 对比 switch
基于测试条件的数量选择：条件数量越大，越倾向于使用switch，易读性强且速度快。
大多数语言对 switch 语句的实现都采用了 branch table（分支表）索引进行优化。
优化 if-else
- 最小化到达正确分支前所需条件判断的次数
策略：条件语句按照从大概率到小概率的顺序排列 - 把 if-else 组织成一系列嵌套的if-else 语句
策略：二分法把值域分成一系列区间，逐步缩小范围。
适用范围：有多个值域需要测试。
查找表
当条件语句数量很大或有大量散离值需要测试时，使用数组和普通对象构建查找表访问数据比较快。
优点：当单个键和单个值之间存在逻辑映射时，随着候选值增加，几乎不产生额外开销。
递归
传统算法的递归实现：阶层函数
潜在问题;
- 假死
策略：为了安全在浏览器工作，可以迭代和Memoization结合使用。 - 浏览器调用栈大小限制 Call stack size limites
当超过最大调用栈容量时，浏览器会报错，可以用try-catch定位。
策略：ES6中使用尾递归就不会发生栈溢出，相对节省性能。
五、字符串和正则表达式
字符串连接
| 方法 | 示例 |
|---|---|
| The + operator | str = "a" + "b" + "c"; |
| The += operator | str = "a"; str += "b"; str += "c"; |
| array.join() | str = ["a", "b", "c"].join(""); |
| string.concat() | str = "a"; str = str.concat("b","c"); |
| 转义字符"" | 在每一行的最后，都加上转义斜线 \ |
| 使用es6模版字符串 | 使用键盘1左边的字符 ` 拼接 |
字符串连接优化
str += 'zhu' + 'yue'; //2个以上的字符串拼接，会在内存中产生临时字符串
str = str + 'zhu' + 'yue'; //推荐，直接附加内容给str，提速10%~40%
浏览器合并字符串时分配的方法：除IE外，为表达式左侧的字符串分配更多的内存，然后简单地将第二个字符串拷贝至它的末尾。
正则表达式优化
使用正则表达式和倒序循环可以简单实现trim方法，去首尾空白。
优化正则表达式的策略：
- 具体化分隔符之间的字符串匹配模式
- 使用预查和反向引用的模拟原子组
- 避免嵌套量词与回溯失控
- 关注如何让匹配更快失败
- 以简单必需的字元开始
- 使用量词模式，使它们后面的字元互斥
- 较少分支数量，缩小分支范围
- 把正则表达式赋值给变量并重用
- 化繁为简
何时不使用正则表达式
- 在特定位置上提取并检查字符串的值：slice、substr、substring
- 查找特定字符串位置，或者判断它们是否存在：indexOf、lastIndexOf
六、快速响应的用户界面
Web Workers 引入了一个接口，能使代码运行且不占用浏览器线程的时间。
Worker的运行环境：
- 一个 navigator 对象，只包括四个属性：appName、appVersion、user Agent 和 platform
- 一个 location 对象（与window.location 相同，不过所有属性都是只读的）
- 一个 importScripts() 方法，用来加载 Worker 所用到的外部 JavaScript 文件
- 所有的 ECMAScript 对象
- XMLHTTPRequest 构造器
- setTimeout() 和 setInterval() 方法
- 一个 close() 方法，可以立即停止 Worker 运行。
Web Workers 实际应用
Web Workers 适用于：
- 处理纯数据
- 与浏览器无关的长时间运行脚本
- 编码/解码大字符串
- 复杂数学运算，如：图像和视频
- 大数组排序
例子：解析一个很大的JSON字符串
var worker = new Worker("jsonParser.js");
//数据就位时，调用事件处理器
worker.onmessage = function (event) {
//JSON结构被回传回来
var jsonData = event.data;
//使用JSON结构
evaluateData(jsonData);
};
//传入要解析的大段JSON字符串
worker.postMessage(jsonText);
jsonParser.js文件中 Worker 中负责解析JSON的代码：
//当JSON数据存在时，该事件处理器会被调用
self.onmessage = function (event) {
//JSON字符串由event.data传入
var jsonText = event.data;
//解析
var jsonData = JSON.parse(jsonText);
//回传结果
self.postMessage(jsonData);
}
超过100毫秒的处理过程，应该考虑 Worker 方案。
七、AJAX
常常使用XMLHttpRequest(XHR)、Dynamic script tag insertion、multipart XHR技术向服务器请求数据。
XMLHttpRequest：可以参考之前写过的文章 用原生JS封装AJAX
Dynamic script tag insertion：可以跨域请求数据
multipart XHR：将服务端资源打包成约定好的字符串分割的长字符串，并发送到客户端。
数据格式：JSON
此章节优化主要是有效的利用浏览器缓存，还有本章没有提及的现在逐渐开始流行的 fetch API也值得讨论。
八、编程实践
- 避免双重求值，即在JavaScript代码中执行另一段JavaScript代码，是JavaScript运行期性能优化的关键。
- 使用 Object/Array 直接量
- 通过延迟加载和条件预加载，避免重复工作
- 使用语言中速度快的部分，如：位操作(
& | ^ ~)、原生方法
九、构建并部署高性能JavaScript应用
构建和部署的过程对基于js的web应用的性能有着巨大影响。这个过程中最重要的步骤有：
- 使用Gzip合并、压缩js文件，能够减少约70%的体积。
- 通过正确设置HTTP响应头来缓存js文件，通过向文件名增加时间戳来避免缓存问题。
- 使用CDN提供js文件；CDN不仅可以提升性能，也帮助管理文件的压缩与缓存。
- 使用Webpack构建。
拓展：前端构建工具的发展
