从前端角度浅谈性能 | 京东物流技术团队
1 前言
自网站诞生以来，页面白屏时间、用户交互的响应速度等一直都是开发者关心的问题，这直接影响了一个网站能否为用户的浏览提供舒适的服务，而这种舒适度，直接关系着对用户的吸引力，毕竟谁都不能忍受一个页面长达10秒的空白屏时间，更别说点击按钮后，页面长时间的毫无反应。
web 的性能一定程度上影响了用户留存率，Google DoubleClick 研究表明：如果一个移动端页面加载时长超过 3 秒，用户就会放弃浏览。BBC 发现网页加载时长每增 1 秒，用户就会流失 10%。在2006年，Amazon曾做过一个报道，响应时间每提高100ms，他们便会增加1%的收入。从中可以看出，页面性能的重要性，但是到底多快才是快呢。
Google 开发者提出了一种RAIL模型来衡量应用性能，这是一种以用户为中心的性能模型，它提供了一种考虑性能的结构。该模型将用户体验分解为关键操作（例如，点击、滚动、加载），并帮助您为每个操作定义性能目标。
2 RAIL模型
RAIL代表着 web 应用生命周期的四个不同方面，即：Response(响应)、Animation(动画)、Idle(空闲)、Load(加载)。
最好的性能指标是：100ms 内响应用户输入；动画或者滚动需在 10ms 内生成每一帧；最大化空闲时间；页面加载时长不超过 5秒。
不同的用户对RAIL中的每一个都有不同的性能期望，因此性能指标是根据上下文和关于用户如何感知延迟的用户体验研究来定义的。
2.1 用户感知性能延迟的关键指标
用户对性能延迟的感知有所不同，具体取决于网络条件和硬件。例如，通过快速 Wi-Fi 连接，在功能强大的台式机上加载站点时，通常只需不到 1 秒时间，用户已经习以为常。通过速度较慢的 3G 网络连接，在移动设备上加载站点则需要更长的时间，因此，移动用户通常会更有耐心。在移动设备上，5 秒钟内完成加载是更现实的目标。
以上，我们了解了用户是如何感知性能延迟的，下面介绍关于RAIL模型中的关键性能指标。
2.2 Response：100毫秒内响应用户交互
- 为了确保在100毫秒内产生可见响应，需要在 50 毫秒内处理完成用户的交互事件，例如单击按钮、切换表单控件或启动动画。
- 在部分情况下，即时响应用户的交互行为并不一定是正确的做法。可以使用这100 毫秒的时间来执行其他需要消耗大量时间的工作，但要注意不要妨碍用户。如果可能，应在后台工作。
- 对于需要超过50毫秒才能完成的操作，需要为用户随时提供反馈。
2.3 Animation：在10毫秒内生成一帧
- 在 10 毫秒或更短的时间内生成动画中的每一帧。从技术上讲，每帧的最大预算是 16 毫秒（1000 毫秒/每秒 60 帧≈16 毫秒），但是，浏览器需要大约 6 毫秒来渲染每帧，因此准则为每帧 10 毫秒。
- 以视觉平滑为目标。用户会注意到帧速率何时发生变化。
2.4 Idle：最大限度利用空闲时间
- 利用空闲时间完成延缓的工作。例如，对于初始页面的加载，应加载尽可能少的数据，然后利用空闲时间加载其余数据。
- 在空闲时间被利用期间，如果用户与页面交互，则应中断对空闲时间的利用，用户交互始终具有最高优先性。
2.5 Load：在5秒内交互内容并实现可交互
当页面加载缓慢时，用户注意力会分散，他们会认为任务已中断。加载速度快的网站具有更长的平均会话时间、更低的跳出率和更高的广告可见性。
根据用户的设备和网络能力优化相关的快速加载性能。目前，对于首次加载，在使用速度较慢 3G 连接的移动设备上，理想的目标是在 5 秒或更短的时间内实现可交互。
对于后续加载，理想的目标是在 2 秒内加载页面。
以上，提供了一种以用户为中心的性能模型，详细的将用户体验分解到了按键操作（例如点击、滚动、加载）中，为每个操作自定义性能目标。
接下来，我们看一下关于每一个web页面的核心指标。
3 核心web指标
2020年Google 定义的核心Web指标阈值，旨在为网络质量指标提供统一指导，这些指标对于提供出色的网络用户体验至关重要。
3.1 三大核心指标
- LCP（Largest Contentful Paint，最大内容绘制，测量加载性能）：根据页面首次开始加载的时间点，报告可视区域内可见的最大图像或文本块完成渲染的相对时间。
- FID（First Input Delay，首次输入延迟，测量交互性）：测量从用户第一次与页面交互（例如当他们单击链接、点按按钮或使用由 JavaScript 驱动的自定义控件）到浏览器对交互作出响应，并实际能够开始处理事件处理程序所经过的时间。
- CLS（ Cumulative Layout Shift，累积布局偏移，测量视觉稳定性）：测量整个页面生命周期内发生的所有意外布局偏移中最大一连串的布局偏移分数。每当一个可见元素的位置从一个已渲染帧变更到下一个已渲染帧时，就发生了布局偏移。计算方式为：布局偏移分数 = 影响分数 * 距离分数
3.2 其他指标
- FCP（First Contentful Paint，首次内容绘制）：首次内容绘制 (FCP) 指标测量页面从开始加载到页面内容的任何部分在屏幕上完成渲染的时间。对于该指标，”内容”指的是文本、图像（包括背景图像）、
以上，我们完成了对用户性能体验指标、web性能核心指标的介绍，那么你是否想再稍微深入的了解一下一个web页面从输入网址到可交互的过程呢。
4 web加载全过程
从输入url到用户可以使用页面的全过程时间统计，会返回一个PerformanceTiming对象，单位均为毫秒
按触发顺序排列所有属性：
- navigationStart:在同一个浏览器上下文中，前一个网页（与当前页面不一定同域）unload 的时间戳，如果无前一个网页 unload ，则与 fetchStart 值相等
- redirectStart:第一个 HTTP 重定向发生时的时间。有跳转且是同域名内的重定向才算，否则值为 0
- unloadEventStart:前一个网页（与当前页面同域）unload 的时间戳，如果无前一个网页 unload 或者前一个网页与当前页面不同域，则值为 0
- redirectEnd:最后一个 HTTP 重定向完成时的时间。有跳转且是同域名内的重定向才算，否则值为 0
- unloadEventEnd:和 unloadEventStart 相对应，返回前一个网页 unload 事件绑定的回调函数执行完毕的时间戳
注意：开始页面请求
- fetchStart:浏览器准备好使用 HTTP 请求抓取文档的时间，这发生在检查本地缓存之前
- domainLookupStart:DNS 域名查询开始的时间，如果使用了本地缓存（即无 DNS 查询）或持久连接，则与 fetchStart 值相等
- domainLookupEnd:DNS 域名查询完成的时间，如果使用了本地缓存（即无 DNS 查询）或持久连接，则与 fetchStart 值相等
- connectStart:HTTP（TCP） 开始建立连接的时间，如果是持久连接，则与 fetchStart 值相等,如果在传输层发生了错误且重新建立连接，则这里显示的是新建立的连接开始的时间
- secureConnectionStart:HTTPS 连接开始的时间，如果不是安全连接，则值为 0
- connectEnd:HTTP（TCP） 完成建立连接的时间（完成握手），如果是持久连接，则与 fetchStart 值相等,如果在传输层发生了错误且重新建立连接，则这里显示的是新建立的连接完成的时间
注意：这里握手结束，包括安全连接建立完成、SOCKS 授权通过
- requestStart:HTTP 请求读取真实文档开始的时间（完成建立连接），包括从本地读取缓存,连接错误重连时，这里显示的也是新建立连接的时间
- responseStart:HTTP 开始接收响应的时间（获取到第一个字节），包括从本地读取缓存
- responseEnd:HTTP 响应全部接收完成的时间（获取到最后一个字节），包括从本地读取缓存
- domLoading:开始解析渲染 DOM 树的时间，此时 Document.readyState 变为 loading，并将抛出 readystatechange 相关事件
- domInteractive:完成解析 DOM 树的时间，Document.readyState 变为 interactive，并将抛出 readystatechange 相关事件
注意：只是 DOM 树解析完成，这时候并没有开始加载网页内的资源
- domContentLoadedEventStart:DOM 解析完成后，网页内资源加载开始的时间,文档发生 DOMContentLoaded事件的时间
- domContentLoadedEventEnd:DOM 解析完成后，网页内资源加载完成的时间（如 JS 脚本加载执行完毕），文档的DOMContentLoaded 事件的结束时间
- domComplete:DOM 树解析完成，且资源也准备就绪的时间，Document.readyState 变为 complete，并将抛出 readystatechange 相关事件
- loadEventStart:load 事件发送给文档，也即 load 回调函数开始执行的时间,如果没有绑定 load 事件，值为 0
- loadEventEnd:load 事件的回调函数执行完毕的时间,如果没有绑定 load 事件，值为 0
5 各指标计算方式
6 总结
在优化网站性能时，我们发现这些标准有时会相互冲突。例如，一个阈值始终可实现和该阈值始终能提供良好的用户体验之间可能存在矛盾。此外，鉴于人类感知研究通常提供一个范围值，而用户行为指标又显示了行为的逐渐变化，我们发现通常没有唯一”正确”的指标阈值。因此，我们在优化网站的性能时可以参考上诉范围阈值，同时认识到没有一个完美的阈值，毕竟“尽信书不如无书”，并且我们有时可能需要从多个合理的候选阈值中进行选择。我们不是要弄清”完美的阈值是多少”，相反地，我们应该要专注于认清”哪一个候选阈值最符合我们的网站”。
7 后续
本文从前端角度，讲述了用户性能体验的几种核心指标，并总结了相应的标准。同时从输入网址到页面完全加载完毕，系统的介绍了一个web页面的加载全流程。但是这只是作为一个开发者，评估一个页面性能所需要的基础理论知识，后续将努力为大家提供一些实际工作中的实践应用，如性能检测的应用方案，如lighthouse等工具的实际使用；web页面性能优化要知道的二三事。
作者：京东物流 李菲菲
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