前端性能和错误监控

前言

这几天心血来潮，想了解一下前端监控的相关知识，可是在查看了很多资料之后，发现没有详细介绍前端监控的相关文章，都是讲个大概，反倒是现成的前端监控工具有不少。

为了深入学习前端监控的相关技术原理，这几天都在查阅相关的资料。现在打算写一篇文章详细介绍一下前端监控，对这几天的研究做一个总结（于是就有了本文）。

// 前端监控流程
数据采集 --> 数据上报 --> 服务端处理 --> 数据库存储 --> 数据监控可视化平台

不过，本文只讲监控中的数据采集和数据上报两个步骤，后续流程需读者自行研究探索（这也是一种乐趣）。

数据采集

性能数据采集

先来了解一下 Web API window.performance 。

Performance 接口可以获取到当前页面中与性能相关的信息，它是 High Resolution Time API 的一部分，同时也融合了 Performance Timeline API、Navigation Timing API、 User Timing API 和 Resource Timing API。

这个 API 的属性 timing，包含了页面加载各个阶段的起始及结束时间。
在这里插入图片描述

为了方便大家理解 timing 各个属性的意义，我在知乎找到一位网友对于 timing 写的简介，在此转载一下。

timing: {
        // 同一个浏览器上一个页面卸载(unload)结束时的时间戳。如果没有上一个页面，这个值会和fetchStart相同。
    navigationStart: 1543806782096,

    // 上一个页面unload事件抛出时的时间戳。如果没有上一个页面，这个值会返回0。
    unloadEventStart: 1543806782523,

    // 和 unloadEventStart 相对应，unload事件处理完成时的时间戳。如果没有上一个页面,这个值会返回0。
    unloadEventEnd: 1543806782523,

    // 第一个HTTP重定向开始时的时间戳。如果没有重定向，或者重定向中的一个不同源，这个值会返回0。
    redirectStart: 0,

    // 最后一个HTTP重定向完成时（也就是说是HTTP响应的最后一个比特直接被收到的时间）的时间戳。
    // 如果没有重定向，或者重定向中的一个不同源，这个值会返回0. 
    redirectEnd: 0,

    // 浏览器准备好使用HTTP请求来获取(fetch)文档的时间戳。这个时间点会在检查任何应用缓存之前。
    fetchStart: 1543806782096,

    // DNS 域名查询开始的UNIX时间戳。
        //如果使用了持续连接(persistent connection)，或者这个信息存储到了缓存或者本地资源上，这个值将和fetchStart一致。
    domainLookupStart: 1543806782096,

    // 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
    domainLookupEnd: 1543806782096,

    // HTTP（TCP） 域名查询结束的时间戳。
        //如果使用了持续连接(persistent connection)，或者这个信息存储到了缓存或者本地资源上，这个值将和 fetchStart一致。
    connectStart: 1543806782099,

    // HTTP（TCP） 返回浏览器与服务器之间的连接建立时的时间戳。
        // 如果建立的是持久连接，则返回值等同于fetchStart属性的值。连接建立指的是所有握手和认证过程全部结束。
    connectEnd: 1543806782227,

    // HTTPS 返回浏览器与服务器开始安全链接的握手时的时间戳。如果当前网页不要求安全连接，则返回0。
    secureConnectionStart: 1543806782162,

    // 返回浏览器向服务器发出HTTP请求时（或开始读取本地缓存时）的时间戳。
    requestStart: 1543806782241,

    // 返回浏览器从服务器收到（或从本地缓存读取）第一个字节时的时间戳。
        //如果传输层在开始请求之后失败并且连接被重开，该属性将会被数制成新的请求的相对应的发起时间。
    responseStart: 1543806782516,

    // 返回浏览器从服务器收到（或从本地缓存读取，或从本地资源读取）最后一个字节时
        //（如果在此之前HTTP连接已经关闭，则返回关闭时）的时间戳。
    responseEnd: 1543806782537,

    // 当前网页DOM结构开始解析时（即Document.readyState属性变为“loading”、相应的 readystatechange事件触发时）的时间戳。
    domLoading: 1543806782573,

    // 当前网页DOM结构结束解析、开始加载内嵌资源时（即Document.readyState属性变为“interactive”、相应的readystatechange事件触发时）的时间戳。
    domInteractive: 1543806783203,

    // 当解析器发送DOMContentLoaded 事件，即所有需要被执行的脚本已经被解析时的时间戳。
    domContentLoadedEventStart: 1543806783203,

    // 当所有需要立即执行的脚本已经被执行（不论执行顺序）时的时间戳。
    domContentLoadedEventEnd: 1543806783216,

    // 当前文档解析完成，即Document.readyState 变为 'complete'且相对应的readystatechange 被触发时的时间戳
    domComplete: 1543806783796,

    // load事件被发送时的时间戳。如果这个事件还未被发送，它的值将会是0。
    loadEventStart: 1543806783796,

    // 当load事件结束，即加载事件完成时的时间戳。如果这个事件还未被发送，或者尚未完成，它的值将会是0.
    loadEventEnd: 1543806783802
}

通过以上数据，我们可以得到几个有用的时间

// 重定向耗时
redirect: timing.redirectEnd - timing.redirectStart,
// DOM 渲染耗时
dom: timing.domComplete - timing.domLoading,
// 页面加载耗时
load: timing.loadEventEnd - timing.navigationStart,
// 页面卸载耗时
unload: timing.unloadEventEnd - timing.unloadEventStart,
// 请求耗时
request: timing.responseEnd - timing.requestStart,
// 获取性能信息时当前时间
time: new Date().getTime(),

还有一个比较重要的时间就是白屏时间，它指从输入网址，到页面开始显示内容的时间。

将以下脚本放在 </head> 前面就能获取白屏时间。

<script>
    whiteScreen = new Date() - performance.timing.navigationStart
</script>

通过这几个时间，就可以得知页面首屏加载性能如何了。

另外，通过 window.performance.getEntriesByType('resource') 这个方法，我们还可以获取相关资源（js、css、img...）的加载时间，它会返回页面当前所加载的所有资源。
在这里插入图片描述
它一般包括以下几个类型

sciprt
link
img
css
fetch
other
xmlhttprequest

我们只需用到以下几个信息

// 资源的名称
name: item.name,
// 资源加载耗时
duration: item.duration.toFixed(2),
// 资源大小
size: item.transferSize,
// 资源所用协议
protocol: item.nextHopProtocol,

现在，写几行代码来收集这些数据。

// 收集性能信息
const getPerformance = () => {
    if (!window.performance) return
    const timing = window.performance.timing
    const performance = {
        // 重定向耗时
        redirect: timing.redirectEnd - timing.redirectStart,
        // 白屏时间
        whiteScreen: whiteScreen,
        // DOM 渲染耗时
        dom: timing.domComplete - timing.domLoading,
        // 页面加载耗时
        load: timing.loadEventEnd - timing.navigationStart,
        // 页面卸载耗时
        unload: timing.unloadEventEnd - timing.unloadEventStart,
        // 请求耗时
        request: timing.responseEnd - timing.requestStart,
        // 获取性能信息时当前时间
        time: new Date().getTime(),
    }

    return performance
}

// 获取资源信息
const getResources = () => {
    if (!window.performance) return
    const data = window.performance.getEntriesByType('resource')
    const resource = {
        xmlhttprequest: [],
        css: [],
        other: [],
        script: [],
        img: [],
        link: [],
        fetch: [],
        // 获取资源信息时当前时间
        time: new Date().getTime(),
    }

    data.forEach(item => {
        const arry = resource[item.initiatorType]
        arry && arry.push({
            // 资源的名称
            name: item.name,
            // 资源加载耗时
            duration: item.duration.toFixed(2),
            // 资源大小
            size: item.transferSize,
            // 资源所用协议
            protocol: item.nextHopProtocol,
        })
    })

    return resource
}

小结

通过对性能及资源信息的解读，我们可以判断出页面加载慢有以下几个原因：

资源过多
网速过慢
DOM元素过多

除了用户网速过慢，我们没办法之外，其他两个原因都是有办法解决的，性能优化的文章和书籍网上已经有很多了，有兴趣可自行查找资料了解。

错误数据采集

通过这几天的资料查找，了解到现在能捕捉的错误有三种。

资源加载错误
js 执行错误
promise 错误

1 通过 addEventListener('error', callback, true) 在捕获阶段捕捉资源加载失败错误。
2 通过 window.onerror 捕捉 js 错误。
3 通过 addEventListener('unhandledrejection', callback)捕捉 promise 错误，但是没有发生错误的行数，列数等信息，只能手动抛出相关错误信息。

我们可以建一个错误数组变量 errors 在错误发生时，将错误的相关信息添加到数组，然后在某个阶段统一上报，具体如何操作请看代码

// 捕获资源加载失败错误 js css img...
addEventListener('error', e => {
    const target = e.target
    if (target != window) {
        monitor.errors.push({
            type: target.localName,
            url: target.src || target.href,
            msg: (target.src || target.href) + ' is load error',
            // 错误发生的时间
            time: new Date().getTime(),
        })
    }
}, true)

// 监听 js 错误
window.onerror = function(msg, url, row, col, error) {
    monitor.errors.push({
        type: 'javascript',
        row: row,
        col: col,
        msg: error && error.stack? error.stack : msg,
        url: url,
        // 错误发生的时间
        time: new Date().getTime(),
    })
}

// 监听 promise 错误 缺点是获取不到行数数据
addEventListener('unhandledrejection', e => {
    monitor.errors.push({
        type: 'promise',
        msg: (e.reason && e.reason.msg) || e.reason || '',
        // 错误发生的时间
        time: new Date().getTime(),
    })
})

小结

通过错误收集，可以了解到网站错误发生的类型及数量，从而可以做相应的调整，以减少错误发生。
完整代码和DEMO会在文章末尾放出，大家可以复制代码（HTML文件）在本地测试一下。

数据上报

性能数据上报

性能数据可以在页面加载完之后上报，尽量不要对页面性能造成影响。

window.onload = () => {
    // 在浏览器空闲时间获取性能及资源信息
    // https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Web/API/Window/requestIdleCallback
    if (window.requestIdleCallback) {
        window.requestIdleCallback(() => {
            monitor.performance = getPerformance()
            monitor.resources = getResources()
        })
    } else {
        setTimeout(() => {
            monitor.performance = getPerformance()
            monitor.resources = getResources()
        }, 0)
    }
}

当然，你也可以设一个定时器，循环上报。不过每次上报最好做一下对比去重再上报，避免同样的数据重复上报。

错误数据上报

我在DEMO里提供的代码，是用一个 errors 数组收集所有的错误，再在某一阶段统一上报（延时上报）。
其实，也可以改成在错误发生时上报（即时上报）。这样可以避免在收集完错误延时上报还没触发，用户却已经关掉网页导致错误数据丢失的问题。

// 监听 js 错误
window.onerror = function(msg, url, row, col, error) {
    const data = {
        type: 'javascript',
        row: row,
        col: col,
        msg: error && error.stack? error.stack : msg,
        url: url,
        // 错误发生的时间
        time: new Date().getTime(),
    }
    
    // 即时上报
    axios.post({ url: 'xxx', data, })
}

扩展

SPA

window.performance API 是有缺点的，在 SPA 切换路由时，window.performance.timing 的数据不会更新。
所以我们需要另想办法来统计切换路由到加载完成的时间。
拿 Vue 举例，一个可行的办法就是切换路由时，在路由的全局前置守卫 beforeEach 里获取开始时间，在组件的 mounted 钩子里执行 vm.$nextTick 函数来获取组件的渲染完毕时间。

router.beforeEach((to, from, next) => {
    store.commit('setPageLoadedStartTime', new Date())
})

mounted() {
    this.$nextTick(() => {
        this.$store.commit('setPageLoadedTime', new Date() - this.$store.state.pageLoadedStartTime)
    })
}

除了性能和错误监控，其实我们还可以做得更多。

用户信息收集

navigator

使用 window.navigator 可以收集到用户的设备信息，操作系统，浏览器信息...

UV（Unique visitor）

是指通过互联网访问、浏览这个网页的自然人。访问您网站的一台电脑客户端为一个访客。00:00-24:00内相同的客户端只被计算一次。一天内同个访客多次访问仅计算一个UV。
在用户访问网站时，可以生成一个随机字符串+时间日期，保存在本地。在网页发生请求时（如果超过当天24小时，则重新生成），把这些参数传到后端，后端利用这些信息生成 UV 统计报告。

PV（Page View）

即页面浏览量或点击量，用户每1次对网站中的每个网页访问均被记录1个PV。用户对同一页面的多次访问，访问量累计，用以衡量网站用户访问的网页数量。

页面停留时间

传统网站
用户在进入 A 页面时，通过后台请求把用户进入页面的时间捎上。过了 10 分钟，用户进入 B 页面，这时后台可以通过接口捎带的参数可以判断出用户在 A 页面停留了 10 分钟。
SPA
可以利用 router 来获取用户停留时间，拿 Vue 举例，通过 router.beforeEach destroyed 这两个钩子函数来获取用户停留该路由组件的时间。

浏览深度

通过 document.documentElement.scrollTop 属性以及屏幕高度，可以判断用户是否浏览完网站内容。

页面跳转来源

通过 document.referrer 属性，可以知道用户是从哪个网站跳转而来。

小结

通过分析用户数据，我们可以了解到用户的浏览习惯、爱好等等信息，想想真是恐怖，毫无隐私可言。

DEMO

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
    <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="ie=edge">
    <script>
        function monitorInit() {
            const monitor = {
                // 数据上传地址
                url: '',
                // 性能信息
                performance: {},
                // 资源信息
                resources: {},
                // 错误信息
                errors: [],
                // 用户信息
                user: {
                    // 屏幕宽度
                    screen: screen.width,
                    // 屏幕高度
                    height: screen.height,
                    // 浏览器平台
                    platform: navigator.platform,
                    // 浏览器的用户代理信息
                    userAgent: navigator.userAgent,
                    // 浏览器用户界面的语言
                    language: navigator.language,
                },
                // 手动添加错误
                addError(error) {
                    const obj = {}
                    const { type, msg, url, row, col } = error
                    if (type) obj.type = type
                    if (msg) obj.msg = msg
                    if (url) obj.url = url
                    if (row) obj.row = row
                    if (col) obj.col = col
                    obj.time = new Date().getTime()
                    monitor.errors.push(obj)
                },
                // 重置 monitor 对象
                reset() {
                    window.performance && window.performance.clearResourceTimings()
                    monitor.performance = getPerformance()
                    monitor.resources = getResources()
                    monitor.errors = []
                },
                // 清空 error 信息
                clearError() {
                    monitor.errors = []
                },
                // 上传监控数据
                upload() {
                    // 自定义上传
                    // axios.post({
                    //     url: monitor.url,
                    //     data: {
                    //         performance,
                    //         resources,
                    //         errors,
                    //         user,
                    //     }
                    // })
                },
                // 设置数据上传地址
                setURL(url) {
                    monitor.url = url
                },
            }

            // 获取性能信息
            const getPerformance = () => {
                if (!window.performance) return
                const timing = window.performance.timing
                const performance = {
                    // 重定向耗时
                    redirect: timing.redirectEnd - timing.redirectStart,
                    // 白屏时间
                    whiteScreen: whiteScreen,
                    // DOM 渲染耗时
                    dom: timing.domComplete - timing.domLoading,
                    // 页面加载耗时
                    load: timing.loadEventEnd - timing.navigationStart,
                    // 页面卸载耗时
                    unload: timing.unloadEventEnd - timing.unloadEventStart,
                    // 请求耗时
                    request: timing.responseEnd - timing.requestStart,
                    // 获取性能信息时当前时间
                    time: new Date().getTime(),
                }

                return performance
            }

            // 获取资源信息
            const getResources = () => {
                if (!window.performance) return
                const data = window.performance.getEntriesByType('resource')
                const resource = {
                    xmlhttprequest: [],
                    css: [],
                    other: [],
                    script: [],
                    img: [],
                    link: [],
                    fetch: [],
                    // 获取资源信息时当前时间
                    time: new Date().getTime(),
                }

                data.forEach(item => {
                    const arry = resource[item.initiatorType]
                    arry && arry.push({
                        // 资源的名称
                        name: item.name,
                        // 资源加载耗时
                        duration: item.duration.toFixed(2),
                        // 资源大小
                        size: item.transferSize,
                        // 资源所用协议
                        protocol: item.nextHopProtocol,
                    })
                })

                return resource
            }

            window.onload = () => {
                // 在浏览器空闲时间获取性能及资源信息 https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Web/API/Window/requestIdleCallback
                if (window.requestIdleCallback) {
                    window.requestIdleCallback(() => {
                        monitor.performance = getPerformance()
                        monitor.resources = getResources()
                        console.log('页面性能信息')
                        console.log(monitor.performance)
                        console.log('页面资源信息')
                        console.log(monitor.resources)
                    })
                } else {
                    setTimeout(() => {
                        monitor.performance = getPerformance()
                        monitor.resources = getResources()
                        console.log('页面性能信息')
                        console.log(monitor.performance)
                        console.log('页面资源信息')
                        console.log(monitor.resources)
                    }, 0)
                }
            }

            // 捕获资源加载失败错误 js css img...
            addEventListener('error', e => {
                const target = e.target
                if (target != window) {
                    monitor.errors.push({
                        type: target.localName,
                        url: target.src || target.href,
                        msg: (target.src || target.href) + ' is load error',
                        // 错误发生的时间
                        time: new Date().getTime(),
                    })

                    console.log('所有的错误信息')
                    console.log(monitor.errors)
                }
            }, true)

            // 监听 js 错误
            window.onerror = function(msg, url, row, col, error) {
                monitor.errors.push({
                    type: 'javascript', // 错误类型
                    row: row, // 发生错误时的代码行数
                    col: col, // 发生错误时的代码列数
                    msg: error && error.stack? error.stack : msg, // 错误信息
                    url: url, // 错误文件
                    time: new Date().getTime(), // 错误发生的时间
                })

                console.log('所有的错误信息')
                console.log(monitor.errors)
            }

            // 监听 promise 错误 缺点是获取不到行数数据
            addEventListener('unhandledrejection', e => {
                monitor.errors.push({
                    type: 'promise',
                    msg: (e.reason && e.reason.msg) || e.reason || '',
                    // 错误发生的时间
                    time: new Date().getTime(),
                })

                console.log('所有的错误信息')
                console.log(monitor.errors)
            })

            return monitor
        }

        const monitor = monitorInit()
    </script>
    <link rel="stylesheet" href="test.css">
    <title>Document</title>
</head>
<body>
    <button class="btn1">错误测试按钮1</button>
    <button class="btn2">错误测试按钮2</button>
    <button class="btn3">错误测试按钮3</button>
    <img src="https://avatars3.githubusercontent.com/u/22117876?s=460&v=4" alt="">
    <img src="test.png" alt="">
<script src="192.168.10.15/test.js"></script>
<script>
document.querySelector('.btn1').onclick = () => {
    setTimeout(() => {
        console.log(button)
    }, 0)
}

document.querySelector('.btn2').onclick = () => {
    new Promise((resolve, reject) => {
        reject({
            msg: 'test.js promise is error'
        })
    })
}

document.querySelector('.btn3').onclick = () => {
    throw ('这是一个手动扔出的错误')
}
</script>
</body>
</html>

参考资料

https://fex.baidu.com/blog/20...
https://github.com/wangweiang...

前端性能和错误监控

更多文章

前言

数据采集

性能数据采集

小结

错误数据采集

小结

数据上报

性能数据上报

错误数据上报

扩展

SPA

用户信息收集

navigator

UV（Unique visitor）

PV（Page View）

页面停留时间

浏览深度

页面跳转来源

小结

DEMO

参考资料

谭光志

引用和评论

前端性能优化：从系统分析到实践策略

腾讯新闻中心首页改版啦

网页设计的垂直居中

CSS团队协作规范

前端如何入门 Go 语言

100个React最佳实践小技巧

不使用 JS 纯 CSS 获取屏幕宽高