性能优化高频面试

性能优化指标

优化指标有哪些

  • First contentful paint (FCP): 测量页面开始加载到某一块内容显示在页面上的时间。
  • Largest contentful paint (LCP): 测量页面开始加载到最大文本块内容或图片显示在页面中的时间。
  • First input delay (FID): 测量用户首次与网站进行交互(例如点击一个链接、按钮、js 自定义控件)到浏览器真正进行响应的时间。
  • Time to Interactive (TTI): 测量从页面加载到可视化呈现、页面初始化脚本已经加载，并且可以可靠地快速响应用户的时间。
  • Total blocking time (TBT): 测量从 FCP 到 TTI 之间的时间，这个时间内主线程被阻塞无法响应用户输入。
  • Cumulative layout shift (CLS): 测量从页面开始加载到状态变为隐藏过程中，发生不可预期的 layout shifts 的累积分数。
  • 找不到“v2-06f8f43480e91fff681027331ca4f10e_720w.webp”。

 Core Web Vitals
LCP
FID
CLS
它们分别代表着：加载、交互、视觉稳定性。

指标如何测量

原生 PerformanceObserver

测量LCP：

new PerformanceObserver((entryList) => {
  for (const entry of entryList.getEntries()) {
    console.log('LCP candidate:', entry.startTime, entry);
  }
}).observe({type: 'largest-contentful-paint', buffered: true});

测量FID：

new PerformanceObserver((entryList) => {
  for (const entry of entryList.getEntries()) {
    const delay = entry.processingStart - entry.startTime;
    console.log('FID candidate:', delay, entry);
  }
}).observe({type: 'first-input', buffered: true});

测量CLS：

new PerformanceObserver((entryList) => {
  for (const entry of entryList.getEntries()) {
    if (!entry.hadRecentInput) {
      cls += entry.value;
      console.log('Current CLS value:', cls, entry);
    }
  }
}).observe({type: 'layout-shift', buffered: true});

原生performance

window.onload = function(){
    setTimeout(function(){
        let t = performance.timing
        console.log('DNS查询耗时 ：' + (t.domainLookupEnd - t.domainLookupStart).toFixed(0))
        console.log('TCP链接耗时 ：' + (t.connectEnd - t.connectStart).toFixed(0))
        console.log('request请求耗时 ：' + (t.responseEnd - t.responseStart).toFixed(0))
        console.log('解析dom树耗时 ：' + (t.domComplete - t.domInteractive).toFixed(0))
        console.log('白屏时间 ：' + (t.responseStart - t.navigationStart).toFixed(0))
        console.log('domready时间 ：' + (t.domContentLoadedEventEnd - t.navigationStart).toFixed(0))
        console.log('onload时间 ：' + (t.loadEventEnd - t.navigationStart).toFixed(0))

        if(t = performance.memory){
            console.log('js内存使用占比 ：' + (t.usedJSHeapSize / t.totalJSHeapSize * 100).toFixed(2) + '%')
        }
    })
}

一、CDN

1. CDN的概念

CDN（Content Delivery Network，内容分发网络）是指一种通过互联网互相连接的电脑网络系统，利用最靠近每位用户的服务器，更快、更可靠地将音乐、图片、视频、应用程序及其他文件发送给用户，来提供高性能、可扩展性及低成本的网络内容传递给用户。

典型的CDN系统由下面三个部分组成：

  • 分发服务系统： 最基本的工作单元就是Cache设备，cache（边缘cache）负责直接响应最终用户的访问请求，把缓存在本地的内容快速地提供给用户。同时cache还负责与源站点进行内容同步，把更新的内容以及本地没有的内容从源站点获取并保存在本地。Cache设备的数量、规模、总服务能力是衡量一个CDN系统服务能力的最基本的指标。
  • 负载均衡系统： 主要功能是负责对所有发起服务请求的用户进行访问调度，确定提供给用户的最终实际访问地址。两级调度体系分为全局负载均衡（GSLB）和本地负载均衡（SLB）。全局负载均衡主要根据用户就近性原则，通过对每个服务节点进行“最优”判断，确定向用户提供服务的cache的物理位置。本地负载均衡主要负责节点内部的设备负载均衡
  • 运营管理系统： 运营管理系统分为运营管理和网络管理子系统，负责处理业务层面的与外界系统交互所必须的收集、整理、交付工作，包含客户管理、产品管理、计费管理、统计分析等功能。

2. CDN的作用

CDN一般会用来托管Web资源（包括文本、图片和脚本等），可供下载的资源（媒体文件、软件、文档等），应用程序（门户网站等）。使用CDN来加速这些资源的访问。

（1）在性能方面，引入CDN的作用在于：

  • 用户收到的内容来自最近的数据中心，延迟更低，内容加载更快
  • 部分资源请求分配给了CDN，减少了服务器的负载

（2）在安全方面，CDN有助于防御DDoS、MITM等网络攻击：

  • 针对DDoS：通过监控分析异常流量，限制其请求频率
  • 针对MITM：从源服务器到 CDN 节点到 ISP（Internet Service Provider），全链路 HTTPS 通信

除此之外，CDN作为一种基础的云服务，同样具有资源托管、按需扩展（能够应对流量高峰）等方面的优势。

3. CDN的原理

CDN和DNS有着密不可分的联系，先来看一下DNS的解析域名过程，在浏览器输入 www.test.com 的解析过程如下： （1） 检查浏览器缓存 （2）检查操作系统缓存，常见的如hosts文件 （3）检查路由器缓存 （4）如果前几步都没没找到，会向ISP(网络服务提供商)的LDNS服务器查询 （5）如果LDNS服务器没找到，会向根域名服务器(Root Server)请求解析，分为以下几步：

  • 根服务器返回顶级域名(TLD)服务器如.com，.cn，.org等的地址，该例子中会返回.com的地址
  • 接着向顶级域名服务器发送请求，然后会返回次级域名(SLD)服务器的地址，本例子会返回.test的地址
  • 接着向次级域名服务器发送请求，然后会返回通过域名查询到的目标IP，本例子会返回www.test.com的地址
  • Local DNS Server会缓存结果，并返回给用户，缓存在系统中

CDN的工作原理： （1）用户未使用CDN缓存资源的过程：

  1. 浏览器通过DNS对域名进行解析（就是上面的DNS解析过程），依次得到此域名对应的IP地址
  2. 浏览器根据得到的IP地址，向域名的服务主机发送数据请求
  3. 服务器向浏览器返回响应数据

（2）用户使用CDN缓存资源的过程：

  1. 对于点击的数据的URL，经过本地DNS系统的解析，发现该URL对应的是一个CDN专用的DNS服务器，DNS系统就会将域名解析权交给CNAME指向的CDN专用的DNS服务器。
  2. CND专用DNS服务器将CND的全局负载均衡设备IP地址返回给用户
  3. 用户向CDN的全局负载均衡设备发起数据请求
  4. CDN的全局负载均衡设备根据用户的IP地址，以及用户请求的内容URL，选择一台用户所属区域的区域负载均衡设备，告诉用户向这台设备发起请求
  5. 区域负载均衡设备选择一台合适的缓存服务器来提供服务，将该缓存服务器的IP地址返回给全局负载均衡设备
  6. 全局负载均衡设备把服务器的IP地址返回给用户
  7. 用户向该缓存服务器发起请求，缓存服务器响应用户的请求，将用户所需内容发送至用户终端。

如果缓存服务器没有用户想要的内容，那么缓存服务器就会向它的上一级缓存服务器请求内容，以此类推，直到获取到需要的资源。最后如果还是没有，就会回到自己的服务器去获取资源。

CNAME（意为：别名）：在域名解析中，实际上解析出来的指定域名对应的IP地址，或者该域名的一个CNAME，然后再根据这个CNAME来查找对应的IP地址。

4. CDN的使用场景

  • 使用第三方的CDN服务：如果想要开源一些项目，可以使用第三方的CDN服务
  • 使用CDN进行静态资源的缓存：将自己网站的静态资源放在CDN上，比如js、css、图片等。可以将整个项目放在CDN上，完成一键部署。
  • 直播传送：直播本质上是使用流媒体进行传送，CDN也是支持流媒体传送的，所以直播完全可以使用CDN来提高访问速度。CDN在处理流媒体的时候与处理普通静态文件有所不同，普通文件如果在边缘节点没有找到的话，就会去上一层接着寻找，但是流媒体本身数据量就非常大，如果使用回源的方式，必然会带来性能问题，所以流媒体一般采用的都是主动推送的方式来进行。

二、懒加载

1. 懒加载的概念

懒加载也叫做延迟加载、按需加载，指的是在长网页中延迟加载图片数据，是一种较好的网页性能优化的方式。在比较长的网页或应用中，如果图片很多，所有的图片都被加载出来，而用户只能看到可视窗口的那一部分图片数据，这样就浪费了性能。

如果使用图片的懒加载就可以解决以上问题。在滚动屏幕之前，可视化区域之外的图片不会进行加载，在滚动屏幕时才加载。这样使得网页的加载速度更快，减少了服务器的负载。懒加载适用于图片较多，页面列表较长（长列表）的场景中。

2. 懒加载的特点

  • 减少无用资源的加载：使用懒加载明显减少了服务器的压力和流量，同时也减小了浏览器的负担。
  • 提升用户体验: 如果同时加载较多图片，可能需要等待的时间较长，这样影响了用户体验，而使用懒加载就能大大的提高用户体验。
  • 防止加载过多图片而影响其他资源文件的加载 ：会影响网站应用的正常使用。

3. 懒加载的实现原理

图片的加载是由src引起的，当对src赋值时，浏览器就会请求图片资源。根据这个原理，我们使用HTML5 的data-xxx属性来储存图片的路径，在需要加载图片的时候，将data-xxx中图片的路径赋值给src，这样就实现了图片的按需加载，即懒加载。

注意：data-xxx 中的xxx可以自定义，这里我们使用data-src来定义。

懒加载的实现重点在于确定用户需要加载哪张图片，在浏览器中，可视区域内的资源就是用户需要的资源。所以当图片出现在可视区域时，获取图片的真实地址并赋值给图片即可。

使用原生JavaScript实现懒加载：

知识点：

（1）window.innerHeight 是浏览器可视区的高度

（2）document.body.scrollTop || document.documentElement.scrollTop 是浏览器滚动的过的距离

（3）imgs.offsetTop 是元素顶部距离文档顶部的高度（包括滚动条的距离）

（4）图片加载条件：img.offsetTop < window.innerHeight + document.body.scrollTop;

图示： 代码实现：

<div class="container">
     <img src="loading.gif"  data-src="pic.png">
     <img src="loading.gif"  data-src="pic.png">
     <img src="loading.gif"  data-src="pic.png">
     <img src="loading.gif"  data-src="pic.png">
     <img src="loading.gif"  data-src="pic.png">
     <img src="loading.gif"  data-src="pic.png">
</div>
<script>
var imgs = document.querySelectorAll('img');
function lozyLoad(){
		var scrollTop = document.body.scrollTop || document.documentElement.scrollTop;
		var winHeight= window.innerHeight;
		for(var i=0;i < imgs.length;i++){
			if(imgs[i].offsetTop < scrollTop + winHeight ){
				imgs[i].src = imgs[i].getAttribute('data-src');
			}
		}
	}
  window.onscroll = lozyLoad();
</script>
复制代码

4. 懒加载与预加载的区别

这两种方式都是提高网页性能的方式，两者主要区别是一个是提前加载，一个是迟缓甚至不加载。懒加载对服务器前端有一定的缓解压力作用，预加载则会增加服务器前端压力。

  • 懒加载也叫延迟加载，指的是在长网页中延迟加载图片的时机，当用户需要访问时，再去加载，这样可以提高网站的首屏加载速度，提升用户的体验，并且可以减少服务器的压力。它适用于图片很多，页面很长的电商网站的场景。懒加载的实现原理是，将页面上的图片的 src 属性设置为空字符串，将图片的真实路径保存在一个自定义属性中，当页面滚动的时候，进行判断，如果图片进入页面可视区域内，则从自定义属性中取出真实路径赋值给图片的 src 属性，以此来实现图片的延迟加载。
  • 预加载指的是将所需的资源提前请求加载到本地，这样后面在需要用到时就直接从缓存取资源。 通过预加载能够减少用户的等待时间，提高用户的体验。我了解的预加载的最常用的方式是使用 js 中的 image 对象，通过为 image 对象来设置 scr 属性，来实现图片的预加载。

三、回流与重绘

1. 回流与重绘的概念及触发条件

（1）回流

当渲染树中部分或者全部元素的尺寸、结构或者属性发生变化时，浏览器会重新渲染部分或者全部文档的过程就称为回流。

下面这些操作会导致回流：

  • 页面的首次渲染
  • 浏览器的窗口大小发生变化
  • 元素的内容发生变化
  • 元素的尺寸或者位置发生变化
  • 元素的字体大小发生变化
  • 激活CSS伪类
  • 查询某些属性或者调用某些方法
  • 添加或者删除可见的DOM元素

在触发回流（重排）的时候，由于浏览器渲染页面是基于流式布局的，所以当触发回流时，会导致周围的DOM元素重新排列，它的影响范围有两种：

  • 全局范围：从根节点开始，对整个渲染树进行重新布局
  • 局部范围：对渲染树的某部分或者一个渲染对象进行重新布局

（2）重绘

当页面中某些元素的样式发生变化，但是不会影响其在文档流中的位置时，浏览器就会对元素进行重新绘制，这个过程就是重绘。

下面这些操作会导致回流：

  • color、background 相关属性：background-color、background-image 等
  • outline 相关属性：outline-color、outline-width 、text-decoration
  • border-radius、visibility、box-shadow

注意： 当触发回流时，一定会触发重绘，但是重绘不一定会引发回流。

2. 如何避免回流与重绘？

减少回流与重绘的措施：

  • 操作DOM时，尽量在低层级的DOM节点进行操作
  • 不要使用table布局， 一个小的改动可能会使整个table进行重新布局
  • 使用CSS的表达式
  • 不要频繁操作元素的样式，对于静态页面，可以修改类名，而不是样式。
  • 使用absolute或者fixed，使元素脱离文档流，这样他们发生变化就不会影响其他元素
  • 避免频繁操作DOM，可以创建一个文档片段documentFragment，在它上面应用所有DOM操作，最后再把它添加到文档中
  • 将元素先设置display: none，操作结束后再把它显示出来。因为在display属性为none的元素上进行的DOM操作不会引发回流和重绘。
  • 将DOM的多个读操作（或者写操作）放在一起，而不是读写操作穿插着写。这得益于浏览器的渲染队列机制。

浏览器针对页面的回流与重绘，进行了自身的优化——渲染队列

浏览器会将所有的回流、重绘的操作放在一个队列中，当队列中的操作到了一定的数量或者到了一定的时间间隔，浏览器就会对队列进行批处理。这样就会让多次的回流、重绘变成一次回流重绘。

上面，将多个读操作（或者写操作）放在一起，就会等所有的读操作进入队列之后执行，这样，原本应该是触发多次回流，变成了只触发一次回流。

3. 如何优化动画？

对于如何优化动画，我们知道，一般情况下，动画需要频繁的操作DOM，就就会导致页面的性能问题，我们可以将动画的position属性设置为absolute或者fixed，将动画脱离文档流，这样他的回流就不会影响到页面了。

4. documentFragment 是什么？用它跟直接操作 DOM 的区别是什么？

MDN中对documentFragment的解释：

DocumentFragment，文档片段接口，一个没有父对象的最小文档对象。它被作为一个轻量版的 Document使用，就像标准的document一样，存储由节点（nodes）组成的文档结构。与document相比，最大的区别是DocumentFragment不是真实 DOM 树的一部分，它的变化不会触发 DOM 树的重新渲染，且不会导致性能等问题。

当我们把一个 DocumentFragment 节点插入文档树时，插入的不是 DocumentFragment 自身，而是它的所有子孙节点。在频繁的DOM操作时，我们就可以将DOM元素插入DocumentFragment，之后一次性的将所有的子孙节点插入文档中。和直接操作DOM相比，将DocumentFragment 节点插入DOM树时，不会触发页面的重绘，这样就大大提高了页面的性能。

四、节流与防抖

1. 对节流与防抖的理解

  • 函数防抖是指在事件被触发 n 秒后再执行回调，如果在这 n 秒内事件又被触发，则重新计时。这可以使用在一些点击请求的事件上，避免因为用户的多次点击向后端发送多次请求。
  • 函数节流是指规定一个单位时间，在这个单位时间内，只能有一次触发事件的回调函数执行，如果在同一个单位时间内某事件被触发多次，只有一次能生效。节流可以使用在 scroll 函数的事件监听上，通过事件节流来降低事件调用的频率。

防抖函数的应用场景：

  • 按钮提交场景：防⽌多次提交按钮，只执⾏最后提交的⼀次
  • 服务端验证场景：表单验证需要服务端配合，只执⾏⼀段连续的输⼊事件的最后⼀次，还有搜索联想词功能类似⽣存环境请⽤lodash.debounce

节流函数的适⽤场景：

  • 拖拽场景：固定时间内只执⾏⼀次，防⽌超⾼频次触发位置变动
  • 缩放场景：监控浏览器resize
  • 动画场景：避免短时间内多次触发动画引起性能问题

2. 实现节流函数和防抖函数

函数防抖的实现：

function debounce(fn, wait) {
  var timer = null;

  return function() {
    var context = this,
      args = [...arguments];

    // 如果此时存在定时器的话，则取消之前的定时器重新记时
    if (timer) {
      clearTimeout(timer);
      timer = null;
    }

    // 设置定时器，使事件间隔指定事件后执行
    timer = setTimeout(() => {
      fn.apply(context, args);
    }, wait);
  };
}
复制代码

函数节流的实现：

// 时间戳版
function throttle(fn, delay) {
  var preTime = Date.now();

  return function() {
    var context = this,
      args = [...arguments],
      nowTime = Date.now();

    // 如果两次时间间隔超过了指定时间，则执行函数。
    if (nowTime - preTime >= delay) {
      preTime = Date.now();
      return fn.apply(context, args);
    }
  };
}

// 定时器版
function throttle (fun, wait){
  let timeout = null
  return function(){
    let context = this
    let args = [...arguments]
    if(!timeout){
      timeout = setTimeout(() => {
        fun.apply(context, args)
        timeout = null 
      }, wait)
    }
  }
}
复制代码

五、图片优化

1. 如何对项目中的图片进行优化？

  1. 不用图片。很多时候会使用到很多修饰类图片，其实这类修饰图片完全可以用 CSS 去代替。
  2. 对于移动端来说，屏幕宽度就那么点，完全没有必要去加载原图浪费带宽。一般图片都用 CDN 加载，可以计算出适配屏幕的宽度，然后去请求相应裁剪好的图片。
  3. 小图使用 base64 格式
  4. 将多个图标文件整合到一张图片中（雪碧图）
  5. 选择正确的图片格式：
    • 对于能够显示 WebP 格式的浏览器尽量使用 WebP 格式。因为 WebP 格式具有更好的图像数据压缩算法，能带来更小的图片体积，而且拥有肉眼识别无差异的图像质量，缺点就是兼容性并不好
    • 小图使用 PNG，其实对于大部分图标这类图片，完全可以使用 SVG 代替
    • 照片使用 JPEG

2. 常见的图片格式及使用场景

（1）BMP，是无损的、既支持索引色也支持直接色的点阵图。这种图片格式几乎没有对数据进行压缩，所以BMP格式的图片通常是较大的文件。

（2）GIF是无损的、采用索引色的点阵图。采用LZW压缩算法进行编码。文件小，是GIF格式的优点，同时，GIF格式还具有支持动画以及透明的优点。但是GIF格式仅支持8bit的索引色，所以GIF格式适用于对色彩要求不高同时需要文件体积较小的场景。

（3）JPEG是有损的、采用直接色的点阵图。JPEG的图片的优点是采用了直接色，得益于更丰富的色彩，JPEG非常适合用来存储照片，与GIF相比，JPEG不适合用来存储企业Logo、线框类的图。因为有损压缩会导致图片模糊，而直接色的选用，又会导致图片文件较GIF更大。

（4）PNG-8是无损的、使用索引色的点阵图。PNG是一种比较新的图片格式，PNG-8是非常好的GIF格式替代者，在可能的情况下，应该尽可能的使用PNG-8而不是GIF，因为在相同的图片效果下，PNG-8具有更小的文件体积。除此之外，PNG-8还支持透明度的调节，而GIF并不支持。除非需要动画的支持，否则没有理由使用GIF而不是PNG-8。

（5）PNG-24是无损的、使用直接色的点阵图。PNG-24的优点在于它压缩了图片的数据，使得同样效果的图片，PNG-24格式的文件大小要比BMP小得多。当然，PNG24的图片还是要比JPEG、GIF、PNG-8大得多。

（6）SVG是无损的矢量图。SVG是矢量图意味着SVG图片由直线和曲线以及绘制它们的方法组成。当放大SVG图片时，看到的还是线和曲线，而不会出现像素点。这意味着SVG图片在放大时，不会失真，所以它非常适合用来绘制Logo、Icon等。

（7）WebP是谷歌开发的一种新图片格式，WebP是同时支持有损和无损压缩的、使用直接色的点阵图。从名字就可以看出来它是为Web而生的，什么叫为Web而生呢？就是说相同质量的图片，WebP具有更小的文件体积。现在网站上充满了大量的图片，如果能够降低每一个图片的文件大小，那么将大大减少浏览器和服务器之间的数据传输量，进而降低访问延迟，提升访问体验。目前只有Chrome浏览器和Opera浏览器支持WebP格式，兼容性不太好。

  • 在无损压缩的情况下，相同质量的WebP图片，文件大小要比PNG小26%；
  • 在有损压缩的情况下，具有相同图片精度的WebP图片，文件大小要比JPEG小25%~34%；
  • WebP图片格式支持图片透明度，一个无损压缩的WebP图片，如果要支持透明度只需要22%的格外文件大小。

七， 雅虎性能优化军规

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