摘要：譯文地址譯唯快不破應用的個優化步驟前端的逆襲知乎專欄原文地址時過境遷，應用比以往任何時候都更具交互性。使用負載均衡方案我們在之前討論緩存的時候簡要提到了內容分發網絡。換句話說，元素的串形訪問會削弱負載均衡器以最佳形式

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譯文地址：【譯】唯快不破：Web 應用的 13 個優化步驟 - 前端的逆襲 - 知乎專欄
原文地址：12 Steps to a Faster Web App -- Auth0

時過境遷，Web 應用比以往任何時候都更具交互性。搞定性能可以幫助你極大地改善終端用戶的體驗。閱讀以下的技巧并學以致用，看看哪些可以用來改善延遲，渲染時間以及整體性能吧！

優化 Web 應用是一項費勁的工作。Web 應用不僅處于客戶端和服務器端的兩部分組件當中，通常來說也是由多種多樣的技術棧構建而成：數據庫，后端組件（一般也是搭建在不同技術架構之上的），以及前端（HTML + JavaScript + CSS + 轉化器）。運行時也是變化多端的：iOS，Android，Chrome，Firefox，Edge。如果你曾經工作在一個不同的單一龐大的平臺之上，通常情況下性能優化只針對于單一目標（甚至只是目標的單一版本而已），但是現在的話你就可能會意識到任務復雜度要遠超于此。這就對了。但這兒也有一些通用的優化指南可以大大優化一個應用。我們將會在接下來的章節中探討這些指南的內容。

一份 Bing 的研究表明，頁面加載時間每增加 10ms，網站的年收入就會減少 25 萬美元。 —— Rob Trace 和 David Walp，微軟高級程序經理

優化最難的地方就是如何在開發生命周期中最適當的時候去做優化。Donald Knuth 有一句名言：_「過早優化乃萬惡之源」_。這句話背后的原因非常簡單：因為一不小心就會浪費時間去優化某個 1% 的地方，但是結果卻并不會對性能造成什么重大影響。與此同時，一些優化還妨礙了可讀性或者是可維護性，甚至還會引入新的 Bug。換句話說，優化不應當被認為是「意味著得到應用程序的最佳性能」，而是「探索優化應用的_正確的方式_，并得到_最大的效益_」。再換句話說，盲目的優化可能會導致效率的丟失，而收益卻很小。在你應用以下技巧的時候請將此銘記在心。你最好的朋友就是分析工具：找到你可以進行通過優化獲得最大程度改善的性能點，而不用損害應用開發的進程或者可維護性。

程序員們浪費了大量時間來思考，或者說是擔憂，他們的程序中非關鍵部分的運行速度。并且他們對于性能的這些嘗試，實際上卻對代碼的調試和維護有著非常消極的影響。我們應當忘記那些不重要的性能影響，在 97% 的時間里都可以這么說：過早優化乃萬惡之源。當然我們也不應當在那關鍵的 3% 上放棄我們的機會。—— Donald Knuth

JavaScript 應用是以源碼形式進行分發的，而源碼解析的效率是要比字節碼低的。對于一小段腳本來說，區別可以忽略不計。但是對于更大型的應用，腳本的大小會對應用啟動時間有著負面的影響。事實上，寄期望于使用 WebAssembly 而獲得最大程度的改善，其中之一就是可以得到更快的啟動時間。

另一方面，模塊打包則用于將不同腳本打包在一起并放進同一文件。更少的 HTTP 請求和單個文件解析都可以減少加載時間。通常情況下，多帶帶一種工具就可以處理打包和壓縮。Webpack 就是其中之一。

示例代碼：

function insert(i) {
    document.write("Sample " + i);
}

for(var i = 0; i < 30; ++i) {
    insert(i);
}

結果如下：

!function(r){function t(o){if(e[o])return e[o].exports;var n=e[o]={exports:{},id:o,loaded:!1};return r[o].call(n.exports,n,n.exports,t),n.loaded=!0,n.exports}var e={};return t.m=r,t.c=e,t.p="",t(0)}([function(r,t){function e(r){document.write("Sample "+r)}for(var o=0;30>o;++o)e(o)}]);
//# sourceMappingURL=bundle.min.js.map

你也可以使用 Webpack 打包 CSS 文件以及合并圖片。這些特性都可以有助于改善啟動時間。研究一下 Webpack 文檔來做些測試吧！

資源（特別是圖片）的按需加載或者說_惰性加載_，可以有助于你的 Web 應用在整體上獲得更好的性能。對于使用大量圖片的頁面來說惰性加載有著顯著的三個好處：

減少向服務器發出的并發請求數量（這就使得頁面的其他部分獲得更快的加載時間）

減少瀏覽器的內存使用率（更少的圖片，更少的內存）

減少服務器端的負載

大體上的理念就是只在必要的時候才去加載圖片或資源（如視頻），比如在第一次被顯示的時候，或者是在將要顯示的時候對其進行加載。由于這種方式跟你建站的方式密切相關，惰性加載的解決方案通常需要借助其他庫的插件或者擴展來實現。舉個例子，react-lazy-load 就是一個用于處理 React 惰性加載圖片的插件：

const MyComponent = () => (
  

    Scroll to load images.
    

    
      
    
    (...)

一個非常好的實踐范例就像 Goggle Images 的搜索工具一樣。點擊前面的鏈接并且滑動頁面滾動條就可以看到效果了。

如果你正在使用 React，Ember，Angular 或者其他 DOM 操作庫，使用 array-ids（或者 Angular 1.x 中的 track-by 特性）非常有助于實現高性能，對于動態網頁尤其如此。我們已經在上一篇程序衡量標準的文章中看到這個特性的效果了： More Benchmarks: Virtual DOM vs Angular 1 & 2 vs Mithril.js vs cito.js vs The Rest (Updated and Improved!)。

此特性背后的主要概念就是盡可能多地重用已有的節點。Array ids 使得 DOM 操作引擎可以「知道」在什么時候某個節點可以被映射到數組當中的某個元素。沒有 array-ids 或者 track-by 的話，大部分庫都會進行重新排序而摧毀已有的節點并重新創建新的。這就非常損耗性能了。

Caches 是用于存儲那些被頻繁存取的靜態數據的組件，便于隨后對于這個數據的請求可以更快地被響應，或者說請求方式更加高效。由于 Web 應用是由很多可拆卸的部件組合而成，緩存就可以存在于架構中的很多部分。舉例來說，緩存可以被放在動態內容服務器和客戶端之間，就可以避免公共請求以減少服務器的負載，與此同時改善響應時間。其他緩存可能被放置在代碼里，以優化某些用于腳本存取的通用模式，還有些緩存可能被放置在數據庫或者是長運行進程之前。

簡而言之，在 Web 應用中使用緩存是一種改善響應時間和減少 CPU 使用的絕佳方式。難點就在于搞清楚哪里才是在架構中存放緩存的地方。再一次，答案就是性能分析：常見的瓶頸在哪里？數據或者結果可緩存嗎？他們都太容易失效嗎？這都是一些棘手的問題，需要從原理上來一點一點回答。

緩存的使用在 Web 環境中富有創造性。比如，basket.js 就是一個使用_Local Storage_ 來緩存應用腳本的庫。所以你的 Web 應用在第二次運行腳本的時候就可以幾乎瞬間加載了。

如今一個廣受歡迎的緩存服務就是亞馬遜的 CloudFront。CloudFront 就跟通常的內容分發網絡（CDN）用途一樣，可以被設置作為動態內容的緩存。

越來越多的瀏覽器都開始支持 HTTP/2。這可能聽起來沒有必要，但是 HTTP/2 為同一服務器的并發連接問題帶來了很多好處。換句話說，如果有很多小型資源需要加載（如果你打包過的話就沒有必要了），在延遲和性能方面 HTTP/2 秒殺 HTTP/1。試試 Akamai 的 HTTP/2 demo，可以在最新的瀏覽器中看到區別。

性能分析是優化任何應用程序時的重要一步。就像介紹中所提到的那樣，盲目嘗試優化應用經常會導致效率的浪費，微不足道的收益和更差的可維護性。執行性能分析是識別你的應用問題所在的一個重要步驟。

對于 Web 應用來說，延遲時間是最大的抱怨之一，所以你需要確保數據的加載和顯示都盡可能得快。Chrome 提供了非常棒的性能分析工具。特別是 Chrome Dev Tools 中的時間線和網絡視圖都對于定位延遲問題有著很大的幫助：

時間線視圖可以幫忙找到運行時間較長的操作。

網絡視圖可以幫助識別出額外的由緩慢請求導致的延遲或對于某一端點的串行訪問。

正確分析的話，內存則是另一塊可能獲得收益的部分。如果你正在運行著一個擁有很多虛擬元素的頁面（龐大的動態表格）或者可交互式的元素（比如游戲），內存優化可以獲得更少的卡頓和更高的幀率。從我們最近的文章 4 Types of Memory Leaks in JavaScript and How to Get Rid Of Them 中，對于如何使用 Chrome 的開發工具有著進一步的深度理解。

CPU 性能分析也可以在 Chrome Dev Tools 中找到。看看這篇來自 Google 官方文檔中的文章 Profiling JavaScript Performance。

找到性能損耗的中心可以讓你有效率地達到優化的目標。

對后端的性能分析會更加困難。通常情況下，確認一個耗費較多時間的請求可以讓你明確應該優先分析哪一個服務。對于后端的分析工具來說，則取決于所構建的技術棧。

在大多數情況下，選擇一個更優的算法，比圍繞著小成本中心所實現的具體優化策略能夠獲得更大的收益。在某種程度上，CPU 和內存分析應該可以幫你找到大的性能瓶頸。當這些瓶頸跟編碼問題并不相關時，則是時候考慮考慮不同的算法了。

我們在之前討論緩存的時候簡要提到了內容分發網絡（CDNs）。把負載分配到不同的服務器（甚至于不同的地理區域）可以給你的用戶提供更好的延遲時間，但是這條路還很漫長，特別是在處理很多的并發連接的時候。

負載均衡就跟使用某個 round-robin（循環）解決方案一樣簡單，可以基于一個 nginx 反向代理 ，或者基于一個成熟的分布式網絡，比如 Cloudflare 或者 Amazon CloudFront。

以上的圖來自于 Citrix。 為了使負載均衡真正有效，動態內容和靜態內容都應該被拆分成易于并發訪問的。換句話說，元素的串形訪問會削弱負載均衡器以最佳形式進行分流的能力。與此同時，對于資源的并發訪問可以改善啟動時間。

雖然負載均衡可能會很復雜。對最終一致性算法不友好的數據模型，或者緩存都會讓事情更加困難。幸運的是，大多數應用對于已簡化的數據集都只需要保證高層次的一致性即可。如果你的應用程序沒有這樣設計的話，就有必要重構一下了。

改善 Web 應用程序觀感的方式之一，就是減少啟動時間或者減少首頁渲染時間。這對于新興的單頁面應用尤為重要，其需要在客戶端執行大量任務。在客戶端做更多事情通常就意味著，在第一次渲染被執行之前就需要下載更多的信息。同構 JavaScript 可以解決這個問題：自從 JavaScript 可以同時運行在客戶端和服務器端，這就讓在服務器端來執行頁面的首次渲染成為可能，先把已渲染的頁面發送出去然后再由客戶端的腳本接管。這限制了所使用的后端（必須使用支持該特性的 JavaScript 框架），但卻能獲得更好的用戶體驗。舉例來說，React 就很適合于做這個，就像以下代碼所示：

var React = require("react/addons");
var ReactApp = React.createFactory(require("../components/ReactApp").ReactApp);

module.exports = function(app) {

    app.get("/", function(req, res){
        // React.renderToString takes your component
        // and generates the markup
        var reactHtml = React.renderToString(ReactApp({}));
        // Output html rendered by react
        // console.log(myAppHtml);
        res.render("index.ejs", {reactOutput: reactHtml});
    });

};

Meteor.js 對于客戶端和服務器端的 JavaScript 混用有著非常棒的支持。

if (Meteor.isClient) {
  Template.hello.greeting = function () {
    return "Welcome to myapp.";
  };

  Template.hello.events({
    "click input": function () {
      // template data, if any, is available in "this"
      if (typeof console !== "undefined")
        console.log("You pressed the button");
    }
  });
}

if (Meteor.isServer) {
  Meteor.startup(function () {
    // code to run on server at startup
  });
}

但是，為了支持服務器端渲染，需要像 meteor-ssr 這樣的插件。

謝謝 gabrielpoca 在評論中指出這一點。如果你有復雜的或者中等大小的應用需要支持同構部署，試試這個，你可能會感到驚訝的。

如果你需要解決數據庫查詢耗費大量時間的問題（分析你的應用看看是否是這種情況！），是時候找出加速數據庫的方法了。每個數據庫和數據模型都有自己的權衡。數據庫優化在每一方面都是一個主題：數據模型，數據庫類型，具體實現方案，等等。提速可能不是那么的簡單。但是這兒有個建議，可能可以對某些數據庫有所幫助：索引。索引是一個過程，即數據庫所創建的快速訪問數據結構，從內部映射到鍵（在關系數據庫中的列），可以提高檢索相關數據的速度。大多數現代數據庫都支持索引。索引并不是文檔型數據庫（比如 MongoDB）所獨有的，也包括關系型數據庫（比如PostgreSQL）。

為了使用索引來優化你的查詢，你將需要研究一下應用程序的訪問模式：什么是最常見的查詢，在哪個鍵或列中執行搜索，等等。

JavaScript 軟件技術棧一如既往的復雜。而改善語言本身的需求則又增加了復雜度。不幸地是，JavaScript 作為目標平臺又會被用戶的運行時所限制。盡管很多改進已經以 ECMAScript 2015（2016正在進行）的形式實現了，但是通常情況下，對客戶端代碼來說又不可能依賴于這個版本。這種趨勢促使了一系列的_轉譯器_：用于處理 ECMAScript 2015 代碼的工具和只使用 ECMAScript 5 結構實現其中所缺失的特性。與此同時，模塊綁定和壓縮處理也已經被集成到這個生產過程中，被稱為_為發布而構建_的代碼版本。這些工具可以轉化代碼，并且能夠以有限的方式影響到最終代碼的性能。Google 開發者 Paul Irish 花了一些時間來尋找這些轉譯方案會如何影響性能和最終代碼的大小。盡管大多數情況下收益會很小，但也值得在正式采用某個工具棧之前看看這些數據。對于大型應用程序來說，這種區別可能會影響重大。

JavaScript 和 CSS 資源都會阻塞頁面的渲染。通過采取某些的規則，你可以保證你的腳本和 CSS 被盡可能快速地處理，以便于瀏覽器能夠顯示你的網站內容。

在 CSS 的情況下這是非常重要的，所有的 CSS 規則都不能與特定媒體直接相關，規則只用于處理你準備在頁面上所顯示內容的優先級。這可以通過使用 CSS 媒體查詢來實現。媒體查詢告訴瀏覽器，哪些 CSS 樣式表應用在某個特定的顯示媒體上。舉個例子，用于打印的某些規則可以被賦予比用于屏幕顯示更低的優先級。

媒體查詢可以被設置成 標簽屬性：

輪到 JavaScript 了，關鍵就在于遵循某些用于內聯 JavaScript 的規則（比如內聯在 HTML 文件當中的代碼）。內聯 JavaScript 應該盡可能短，并將其放在不會阻塞頁面剩余部分解析的地方。換句話說，被放在 HTML 樹中間的內聯 JavaScript 將會在這個地方阻塞解析器，并強制其等待直到腳本被執行完畢。如果在 HTML 文件中隨意放了一些大的代碼塊或者很多小的代碼塊，對于性能來說這會成為性能殺手。內聯可以有效減少額外對于某些特定腳本的網絡請求。但是對于重復使用的腳本或者大的代碼塊來說，這個好處就可以忽略不計了。

防止 JavaScript 阻塞解析器和渲染器的一種方法就是將 12. 用于未來的一個建議：使用 service workers + 流

Jake Archibald 最近的一篇博文詳細描述了一種有趣的技術，可以用于加速渲染時間：將 service workers 和流結合起來。結果非常令人嘆服：

不幸的是這個技術所需要的 APIs 都還不穩定，這也是為什么這是一種有趣的概念但現在還沒有真正被應用的原因。這個想法的主旨就是在網站和客戶端之間放置一個 service worker。這個 service worker 可以在獲取缺失信息的同時緩存某些數據（比如 header 和一些不會經常改變的東西）。缺失的內容就可以盡可能快速地流向被渲染的頁面。

https://www.youtube.com/watch?v=Cjo9iq8k-bc

我們的一個讀者指出了一個非常重要的遺漏：圖片編碼優化。PNGs 和 JPGs 在 Web 發布時都會使用次優的設置進行編碼。通過改變編碼器和它的設置，對于需要大量圖片的網站來說可以獲得有效的改善。流行的解決方案包括 OptiPNG 和jpegtran。

A guide to PNG optimization 詳細描述了 OptiPNG 可以如何用于優化 PNGs。

The man page for jpegtran 對它的一些特性提供了很好的介紹。

如果你發現這些指南相對于你的要求來說都太復雜了的話，這兒有一些在線網站可以提供優化服務。也有一些像 RIOT 一樣的圖形化界面，非常有助于批量操作和結果檢查。

你可以在下面的鏈接中閱讀更多信息，以及找到有助于優化網站的工具：

Best Practices for Speeding up Your Website - Yahoo Developer Network

YSlow - a tool that checks for Yahoo"s recommended optimizations

PageSpeed Insights - Google Developers

PageSpeed Tools - Google Developers

HTTP/2: The Long-Awaited Sequel

我們是一個 Web 公司。就以這種身份來說，我們為我們的基礎設施的某些部分部署了一些特定的優化。舉例來說，在登錄頁面你可以發現，在我們域名的 /learn 路徑下（比如，登錄頁面的單點登錄），我們采用了一種特別的優化：為了方便我們使用 CMS 來創建每篇文章。因為文章都沒有中心索引，但是為了能夠被搜索引擎發現，使用了 webtask 的爬蟲來預渲染每個頁面并生成了一個靜態版本然后上傳到我們 CDN。這減少了我們在服務器端上的壓力，因為無須為每個訪客都生成動態的服務器端內容。與此同時還改善了延遲（并且隔離了我們發現與 CMS 相關的安全問題）。

對于文檔部分，我們正在使用_同構 JavaScript_，這讓我們獲得了非常棒的啟動時間，并且使我們的后端和前端團隊能夠輕松集成。

由于應用程序變得越來越大和越來越復雜，性能優化對于 Web 開發來說正在變得越來越重要。在做出任何值得的時間和潛在的未來成本的優化嘗試時，有針對性的改進都是必不可少的。Web 應用程序早已突破了大多數靜態內容的邊界，學習常見模式進行優化則是令人愉悅的應用和完全不可用的應用之間最大的區別（這是讓你的訪客留下來的長遠之計！）。沒有什么規則是絕對的，但是：性能分析和研究特定軟件技術棧的錯綜復雜之處，是找出如何優化它的唯一方式。你曾經發現過對你的應用產生巨大影響的其他建議嗎？請留言讓我們知道。Hack on！

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