资源预加载 - 性能优化需知~

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本文主要介绍前端性能优化中的资源预加载，不仅会介绍常规的一些预加载手段；还会介绍工程实践中的应用。

涉及内容：

• link相关(rel、as、media、defer、async);
• 缓存(4种缓存、缓存策略、ServiceWork);
• 优化网络（HTTP/2 ServerPush、Preload/Prefetch、域名拆分）;
• 同步接口JSON数据内联，加速首页渲染;
• 浏览器中各资源加载的优先级;
• 实践：webpack插件、quiklink.

前言

    当我们需要某些网络资源时，加载和执行往往耦合在一起，下载完立即执行，而加载过程是阻塞式的，延长了onload时间。因此如何在资源执行前预加载资源，减少等待网络的开销便是我们要探讨的问题。

1. 常规做法

附一张不同资源浏览器优先级的图示(来源)：

1）async/defer: 无阻塞加载

    defer：DOMContentLoaded事件触发前执行；在现实当中，延迟脚本并不一定会按照顺序执行，也不一定会在DOMContentLoaded事件触发前执行，因此最好只包含一个延迟脚本；

    async：加载完立即执行，无法控制执行时机和执行顺序。适用于无依赖的外部独立资源。

不足：仅限于脚本资源；执行时机不可控或存在执行顺序问题，用于非关键资源。

2）使用ajax加载资源：可以实现预加载。

不足：优先级较低，无法对首屏资源提前加载。

3）Webkit浏览器预测解析：chrome的预加载扫描器html-preload-scanner通过扫描节点中的 "src" , "link"等属性，找到外部连接资源后进行预加载，避免了资源加载的等待时间，同样实现了提前加载以及加载和执行分离。

    原始解析做法：

    

    采用预解析（扫描）器：

    

不足：

    - 仅限解析HTML中收集到的外链资源，对JS异步加载的资源无法提前收集。

    - 未暴露类似于Preload的onload事件。

4）Server Push   图片来源

资源推送：

Link: <https://example.com/other/styles.css>; rel=preload; as=style;

资源仅预加载，不推送：

Link: <https://example.com/other/styles.css>; rel=preload; as=style;nopush

目标：减少请求数量和提高页面加载速度。

特点：多页面共享push cache（动态数据json除外）

适用场景：如果不推送这个资源，浏览器就会请求这个资源。

需要注意：要确保没有发起不必要的推送，浪费流量。可以使用preload标签代替，或者在HTTP头中加nopush属性。

Tips：如果服务器或者浏览器不支持 HTTP/2，那么浏览器就会按照 preload 来处理这个头信息，预加载指定的资源文件。

不足：

- Edge和Safari的支持不好，慎用；

- 如果浏览器不从push cache中获取资源，推送反而不利于网页性能；

- 只能推送不带请求体的GET和HEAD请求；

- push cache中的资源只能使用一次；

- 不考虑客户端的缓存，始终推送：

  - 只对第一次访问的用户开启服务器推送；

  - 保守起见，推送原本内联的资源，这样即使多推，也比内联效果好点；

  - 将资源文件的缓存状态更新至客户端的Cookie。

-仅能推送同源资源；

-push cache: 只在会话中存在，一旦会话结束就会被释放；

- 即使push的是最新的资源，如果http缓存中max-age没有过期，仍然使用http缓存中的资源。（资源依次查找缓存的顺序：内存缓存、Service Worker缓存、Disk缓存、Push缓存）

- 无load/error事件

【问题】

不仅js渲染阻塞，有时需要等待js执行后获取一些数据（JSON）后，才能真正渲染完成，如何解决？（参考图片来源）

1）动态资源的提前推送，注意参数需固定，不带随机变量的；

    有一丢丢像webpack异步模块加载中__webpack_require__.e的实现，感兴趣的童鞋看这里。

2）服务端渲染（直出同构）

    比如node层模板渲染时，将同步接口中拉取的数据同步数据先缓存起来，如挂载在window._data，使用时直接从全局变量上读取。

    好了，上面介绍了一些常用的预加载方法，下面主角登场~

preload和prefetch

概念

preload

    声明式的 fetch，可以强制浏览器请求资源，同时不阻塞文档 onload 事件。使用场景：当前页面使用（一般用于和首屏渲染无关的逻辑，比如数据打点等），尽早下载，优先级较高；

prefetch

    首次渲染时不需要，之后可能需要。优先级较低，在浏览器空闲时才会下载。使用场景：比如当前页可能跳转的页面，或者条件加载的资源。

特点

- preload的资源存储在内存缓存中（没有设置资源的缓存策略时）；

- 下载但不执行；

- 异步加载，不影响当前页面的渲染；

- 提前加载资源，在真正使用时，直接从从缓存中读取；

- 使用场景

    - 当分析当前页面用户高频点击的链接，分析提取跳转页上的资源，使用prefetch预加载。

    - font字体文件的预加载由于字体文件必须等到CSSOM构建完成并且作用到页面元素了才会开始加载，会导致页面字体样式闪动。而浏览器为了避免FOUT,会尽量等待字体加载完成后，再显示应用了该字体的内容，会导致加载完成前显示空白。

检测prelaod和prefetch的支持情况

let { relList } = document.createElement('link');
return relList && relList.supports && relList.supports('preload');

如何使用

//link标签
<link rel="preload"  as="style" herf="./a.css"/>
<link rel="prefetch" as="script" href="./b.js"/>

//动态创建
let preLink = document.createElement('link');
preLink.rel ='prefetch';  //感觉动态创建不适合preload
prelink.as = 'script';
preLink.href = './a.js';

as属性值

不同值表明资源类型，对应的优先级不同：style, script, image, media, document, font。(问题：官方说法：不带 “as”属性的 preload 的优先级将会等同于异步请求。测试后发现不写as并没有发请求。)

注意事项

- 造成二次下载

    - 同一资源分别使用as='style'和as='script'预加载，会造成二次下载；

    - prefetch和preload同时对同一资源使用，会造成二次下载；

    - 实际是script脚本，但使用as='style'会造成二次下载；

    - preload字体时不带crossOrigin(默认指定anonymous匿名，不带认证信息)，同样会造成二次下载preload字体时即使同域也需要带crossOrigin，否则同样会造成二次下载；Requests without credentials use a separate connection。

- 没有使用preload资源，Chrome会在onload事件3s后做出警示，避免无效的优化，浪费流量。

-浏览器对同一域名有并行加载数限制，因此考虑域名拆分等优化。

实践

下面是twitter页面中应用：
//head中
<link rel="preload" href="https://abs.twimg.com/k/zh-cn/init.zh-cn.3b38ddbf651139df6007.js" as="script">
//body底部
<script src="https://abs.twimg.com/k/zh-cn/init.zh-cn.3b38ddbf651139df6007.js" async></script>

preload的polyfill

背景知识

//若支持preload，异步下载完不会立即执行
<link rel="preload" >
//下载完立即应用到DOM树
<link rel="stylesheet" >
//异步下载，只有打印的时候才会应用，不符合则不会应用，因此不会阻塞渲染
<link rel="stylesheet" media='print' >

polyfill实现思路

参见loadCSS，提供了css的preload的polyfill实现（只展示关键代码）：

// 1. 【支持preload的情况】
//由于preload只是获取样式，不会立即应用，因此使用onload改变link的rel使其立即生效9)
<link rel="preload" href="style.css" as="style" onload="this.onload = null;this.rel ='stylesheet'">
注：设置onload=null主要是因为有些浏览器会在rel改变时再次出发load事件。

// 2. 【不支持preload的情况：核心还是media的使用】
// 1）获取全部link
let links = document.getElementsByTagName("link");
// 2）缓存每个link的media
var finalMedia = link.media || "all";
// 3）改变link的rel和media（异步下载但不会应用）
link.rel = "stylesheet";
link.media = "only x";
// 4）如果绑定onload事件（为了启用media）
if( link.addEventListener ){
link.addEventListener( "load", enableStylesheet );
} else if( link.attachEvent ){
link.attachEvent( "onload", enableStylesheet );
}
// 5）为了应对旧的浏览器不支持link的onload事件
setTimeout( enableStylesheet, 3000 );
// 6）enableStylesheet回调中做如下操：将media恢复，样式立即应用
link.setAttribute( "onload", null ); 
link.media = finalMedia;

注意这里实现的是对CSS的预加载。

适用于对于首页无关的样式：

  由于preload能够异步加载样式，因此可以避免在加载首页无关样式时阻塞初始渲染。

对于首页初始渲染中重要的样式：

  1）内联 （注意，会将静态资源的缓存策略与页面的缓存策略捆绑）

  2）HTTP/2的serverPush

“ 知道了preload和prefetch的用途，那如何结合项目实践呢？由于webpack目前基本是项目必备，所以首先介绍结合webpack的使用；然后对quiklink进行简单介绍。”

结合webpack的实践

1. 使用插件：PreloadWebpackPlugin

常用的配置如下：

new PreloadWebpackPlugin({
   //preload or  prefetch方式
   rel: '',
   /*
    *即<link as='' />中的as,表明资源类型，不同的类型决定了不同的执行优先级
    *比如：script的优先级大于style
   */
   as: '',
  //排除的html页面集合，即只关联要配置的页面
   excludeHtmlNames: [],
   //所关联页面需要使用preload或prefetch的资源
   include: []
})

其中include的两种使用：

1) 根据chunk类型进行处理：

include: 'asyncChunks' | 'initial' | 'allChunks'

  asyncChunks：import()动态导入的模块，可以使用prefetch方式异步加载模块;

  initial：初始化需要的模块;

  allChunks：处理所有模块（asyncChunks & initial）。

  2) 对已知命名的chunk，可以更精确的使用数组的方式配置需要使用的chunk

  include: ['vendor', 'index']

注意事项

1）需要结合HtmlWebpackPlugin插件使用

2）必须放到HtmlWebpackPlugin后面，因为PreloadWebpackPlugin需要使用其提供的hook钩子将构造的<link>插入html中:

plugins: [
  new HtmlWebpackPlugin(),
  new PreloadWebpackPlugin()
]

使用效果

对某个页面中include的资源，最终会在对应页面head中插入link标签：

<link as="script" href="/common.js" rel="preload">
<link  as\="script"  href\="/asyncChunk.js"  rel\="prefetch"\>

当真正使用时，由于已经下载到本地，直接读取执行，性能得到较大的提升。

2. 结合import()

好处：拆分chunk，减少首屏js体积。

如果工程没有使用HtmlWebpackPlugin，可以对动态导入的资源做如下处理：

import(/* webpackPrefetch: true */)
import(/\* webpackPreload: true \*/)

【版本限制】需webpack v4.6.0+ 才支持预取和预加载。本地测试后，发现prefetch可用，preload无效。

quiklink

旨在成为根据用户viewport中的链接预取内容的简易解决方案。

工作原理

通过获取页面中a标签的href，试图更快的加载接下来可能要访问的页面。

1) IntersectionObserver(交叉观察器): 检测当前视口的links

let target= document.getElementById('a');
io = new IntersectionObserver(
    entries => {}, 
    {
      threshold: [1]  //交叉区域为1时会触发callback
    }
);
io.observe(target);

【备注】常规的主要是通过getBoundingClientRect()获取元素在视口中的详细位置，来实现滚动加载以及吸附等功能。

2) requestIdleCallback：等到浏览器空闲时;

    注意其和requestAnimationFrame的区别.

3) 检查当前的网络环境：

navigator.connection.effectiveType //4G、2G...;

4) 提供了多种方式预取链接

小巧的js库，使用了如上4个特性，每一个都值得细细品味。有兴趣的可以看下源码：https://github.com/GoogleChro...。

工作流程：

1) 浏览器空闲时，获取页面所有a标签的链接links；

2) 使用IntersectionObserver对link进行监听；

3) 在视口区的link，使用prefetch下载；

4) 判断当前网络状况，若使用的是2G或者开启了省流模式（data-saver），则不做处理。

data-saver: The user may enable such preference, if made available by the user agent, due to high data transfer costs, slow connection speeds, or other reasons.

题外话：prefetch有点偷流量的意思，用户想看什么才消耗对应资源产生的流量，而prefetch则会擅自做主，偷偷下载很多可能并不需要的资源（在早前流量特贵的时候这么做，估计会被骂...）

5) 下载链接资源，三种下载方式：fetch、xhr、<link rel=prefetch href="" />

使用说明

• 只支持prefetch；
• 通过a标签获取links；
• 最佳实践是对后续可能访问的页面的提前下载，后续真正访问时，直接从本地获取执行。

总结

综合来看，PreloadWebpackPlugin更适合对chunk而非html文件的处理；而quikLink更适合博客类的网站，或者服务端渲染的页面，这样才能实现"秒开"的预期效果。

参考文献

• preload-webpack-plugin
• quicklink
• IntersectionObserver
• Preload, Prefetch And Priorities in Chrome
• loadCSS
• A Tale of Four Caches
• React 16 加载性能优化指南
• PWA直出
• 亿万级访问量下的前端同构直出实践

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