Web性能優化：What? Why? How?
為什么要提升web性能？
Web性能黃金準則：只有10%~20%的最終用戶響應時間花在了下載html文檔上，其余的80%~90%時間花在了下載頁面組件上。
web性能對于用戶體驗有及其重要的影響，根據著名的`2-5-8`原則：
-
當用戶在2秒以內得到響應，會感覺系統的響應非常快
-
當用戶在2-5秒之內得到響應，會感覺系統的響應速度還可以
-
當用戶在5-8秒之內得到響應，會感覺系統的響應非常慢，但還可以接受
-
當用戶在8秒之后都沒有得到響應，會感覺系統糟透了，甚至系統已經掛掉；要么打開競爭對手的網站，要么重新發起第二次請求
凡事都需要研究，通過科學的研究我們就可以找到事物的發展規律。這里要感謝雅虎的工程師總結的14條前端優化法則，使得我們可以站在巨人的肩膀上。《高性能網站建設》這本書中的14條優化原則，總結起來主要是以下個方面的優化：
-
減少HTTP請求
-
頁面內部優化
-
啟用緩存
-
減少下載量
-
網絡連接上的優化
為什么減少HTTP請求可以提高Web性能？
要回答這個問題，我們就要了解當瀏覽器向服務器發送一個http請求知道獲取數據都經歷哪些過程：
開啟一個鏈接（tcp/ip的三次握手過程） -》 發送請求 -》 等待（網絡延遲跟服務器的處理時間）-》 下載數據
我們看一下百度首頁中的http請求在各階段耗費的時間，上面不同的顏色代表下圖中的不同階段
可以看到除了圖片之外，其余大部分http請求的事件花在了建立連接與等待階段。
http協議建立在TIC/IP協議之上，在TCP/IP協議中，TCP協議提供可靠的連接服務，采用三次握手建立一個連接。 簡單來說三次握手就是一個身份確認的過程：
（***次握手：主機A發送位碼為syn＝1,隨機產生seq number=1234567的數據包到服務器，主機B由SYN=1知道，A要求建立聯機；）
晴兒：你是瀟哥哥嗎，我是晴兒
（第二次握手：主機B收到請求后要確認聯機信息，向A發送ack number=(主機A的seq+1),syn=1,ack=1,隨機產生seq=7654321的包）
瀟劍：這貨是誰，一簫一劍走江湖，下一句是什么？
（第三次握手：主機A收到后檢查ack number是否正確，即***次發送的seq number+1,以及位碼ack是否為1，若正確，主機A會再發送ack number=(主機B的seq+1),ack=1，主機B收到后確認seq值與ack=1則連接建立成功。）
晴兒：這首詩。。。你真的是瀟哥哥，一蕭一劍走江湖，千古情愁酒一回。。。
瀟劍：晴兒，你真的是晴兒。。。。
（啪啪啪啪啪啪啪啪啪啪啪啪啪啪啪。。。。。。。。。。。。）
言歸正傳，這個過程也是需要消耗時間的，在百度首頁找到一個極端的例子：
而等待的時間通常也大于內容下載的時間，這里同樣找到一個極端例子：
由此我們可以得出結論：一個http請求絕大多數的時間消耗在了建立連接跟等待的時間，優化的方法是減少http請求。
如何提高web性能？
1、減少HTTP請求
一般來說要減少http請求通常從兩個方面下手：減少圖片的請求、減少腳本文件與樣式表的請求
圖片的減少通常有兩種方式：css sprites、內聯圖片、IconFont。
CSS Sprites：將多張圖片合并成一幅單獨的圖片，使用css的background-position屬性，將html元素的背景圖片放到 sprites 圖片中的期望位置上。使用這項技術的附加優點是他降低了下載量，合并后的圖片比分離的圖片和更小，因為它降低了圖片自身的開銷（顏色表、格式信息等等）。 實際項目中css sprites是一項體力活，因為開發過程中需要對這張大圖進行維護（添加、減少圖片），張鑫旭同學的文章中有介紹如何管理sprites圖片可以作為參考（這里）。如果需要在頁面中為背景、鏈接、導航欄提供大量的圖片，css sprites絕對是一種優秀的解決方案（干凈的標簽、較少的圖片、較短的響應時間）。
內聯圖片：通過使用data:URL模式可以再頁面中包含圖片而無需任何額外的請求。缺點就是IE8以下的瀏覽器不支持這種方式，而IE8在數 據大小上有限制，只能支持23kb以內的數據。對于較小的圖片來說可以直接內聯到web頁面中，但對于大圖片內聯到頁面里會導致頁面變大，聰明的做法是使 用css，將內聯的圖片作為背景使用，并放到外部樣式表中，這意味著數據可以緩存在樣式表內部。使用外部樣式表雖然增加了一個http請求，但樣式可以被 瀏覽器緩存，得到額外的收獲。另外一點需要注意：base64是有損壓縮。
IconFont：圖標字 體，這是近年來新流行的一種以字體代替圖片的技術。它可以適應任何分辨率而不會出現圖片模糊問題，與圖片相比它具有更小的容量，更高的靈活性（像字體一樣 可以設置圖標大小、顏色、透明度、hover狀態、反轉等），IE8以上的瀏覽器都支持該技術。在使用IconFont之前，你首先要確定你選則的字體庫 是否是收費。詳細內容可以參考這篇文章：圖標字體化淺談
減少腳本與樣式表的請求主要原則就是合并。 在實際開發中我們遵循模塊化的原則將代碼分散到許多小文件中，按照軟件開發的原則這是完全正確的，但對于上線頁面來說，每一個文件都會產生一個http請 求，嚴重影響性能。和css sprites一樣，將這些小文件合并到一個文件中，可以減少http請求的數量并縮短最終用戶響應時間。在合并過程中我們還需要使用工具精簡（移除不必 要的字符以減小文件大小縮減下載時間）和混淆（除了移除不必要字符外，還會改寫源代碼，比如函數和變量名使用更短的標量名）Javascript代碼。對 于采用AMD或CMD進行模塊化開發的同學，在合并過程中通常會將依賴的其他模塊打包到一個文件中，而模板html通常以字符串的方式內聯到 Javascript文件中。目前最常用的前端構建工具就是glup，這里有一篇初步應用的文章：前端 | gulp 打包 require.js 模塊依賴
2、頁面內部優化
關于頁面內部優化主要方向：樣式表放在頂部、腳本文件放在底部、避免css表達式、把腳本的樣式表放在外部、移除重復腳本
關心性能的工程師都希望頁面能否盡快的展現在用戶面前，對于頁面中很多內容 的頁面我們都希望內容能夠逐步加載，為用戶提供可視化回饋。而將樣式表放在底部會導致瀏覽器阻止內容逐步呈現。為避免當頁面變化時重繪頁面元素，瀏覽器會 阻塞頁面呈現，直到樣式表解析完畢（詳細內容可以查看我的這篇博客）。所以如果將樣式表放在頂部并不會減少資源的加載時間，它減少的是頁面的呈現時間。小米主頁曾經犯過這樣的錯誤：
將樣式表放在底部會阻塞頁面的逐步呈現，而將script文件放在頁面頂部同樣會阻塞頁面的逐步呈現。script元素會阻塞后續內容的解析， 因為script中可以同過document.write來更改頁面。解決的辦法就是將script標簽放在頁面底部。這樣既可以讓內容逐步呈現，也可以 提高下載的并行度。如果我們確定不需要document.write那可以為script標簽加上asyn屬性（Ie中要加上defer）提高并行下載 度。
CSS表達式是ie支持的可以用來動態更改css屬性的一種方式，我們不需要了解太多，她的書寫方式如下，一旦在產品中發現expression關鍵字就要徹底消滅。
使用外部腳本和樣式這一條，我想凡是有點經驗的工程師都會這么干。
移除重復腳本：這條說的主要是避免在頁面中多次加入同一份Javascript代碼，如果我們的開發中有依賴管理的方式比如AMD、CMD，基本不會出現這種情況。
3、啟用緩存
關于緩存的使用這里介紹兩套方案：expires/If-Modified-Since、Cache-Control/Etag；前者是HTTP1.0中的緩存方案，后者是HTTP1.1中緩存方案，若http頭部中同時出現二者，后者的優先級更高。
If-modified-since的方式通常被稱為條件Get。瀏覽器緩存中保存了一個文件的副本，但需要向服務器詢問此副本是否可用。 If-Modified-Since是瀏覽器將***修改時間發送給服務器，服務器相應頭中Last-Modified進行對比；若If- Modified-Since <= Last-Modified 則瀏覽器讀取本地副本。此時響應狀態為304 Not Modified, 并不在發送響應體。
Expries：雖然使用條件GET和304響應能夠節省時間，但瀏覽器跟服務器端仍然要發送一次請求進行確認。通過明確設置副本的過期時間可 以避免條件GET。當瀏覽器發現響應頭中的expires時，會將過期時間和文件一起保存到緩存中去。在過期之前一直從緩存中讀取。expires頭使用 一個特定的時間來指定緩存的有效期，他要求瀏覽器與服務器時間完全一致。而且一旦過期，服務器端配置中需要重新設頂一個過期時間。
ETag（實體標簽）：是服務器用于檢查瀏覽器緩存有效性的一種機制。ETag在HTTP1.1中引入，ETag是唯一標識了一個組件的一個特 定版本的字符串。唯一的格式約束是這個字符串必須使用雙引號。如果瀏覽器要驗證一個組件是否有效他會使用If-None-Match將etag字符串傳送 給服務器。如果ETag是匹配的，服務器端會返回304.（如果實體數據需要根據User-Agent或Accept-Language來改變 時，ETag提供了更高的靈活性）。對于使用服務器集群的網站來說，從一臺服務器到另一臺服務器，ETag通常是無法匹配的。這是ETag的問題。而且即 便同時使用If-Modified-Since和If-None-Match也并不能達到預期效果。解決方法總是有的：自定義Etag格式
Cache-Control：HTTP1.1 引入了來代替Expires，它使用max-age指令來指定副本被緩存多久，該指令以秒為單位定義了一個更新窗，組件從被請求開始到現在的秒數小于設定 值，則一直使用副本。避免了一次http請求。相比Expries，Cache-Control指令提供了更細粒度的控制。詳細內容請看大額同學的文章：透過瀏覽器看HTTP緩存
4、減少下載量
減少下載量最有效的方式就是開啟gzip壓縮，gzip是GNU開發的一種免費格式。壓縮組件通過減小http響應的大小來加快響應速度。HTTP1.1通過使用Accept-Encoding來標識支持的壓縮，如果服務器看到這個標識，會使用請求頭中的一種方式來壓縮響應。并通過Content-Encoding來通知web客戶端。很多網站會壓縮html文件，實際上包括xml跟json在內的任何文本都可以壓縮，但圖片和pdf不應該壓縮。根據經驗通常可以對大于1kb或2kb的文件進行壓縮。壓縮通常能將響應的數據量減少70%。壓縮的成本在于：服務器需要耗費額外的cpu進行壓縮，客戶端需要解壓縮。所以需要在cpu的消耗和數據塊的大小之間進行取舍。
5、優化網絡連接
網絡連接的優化主要有三個規則：使用CDN加速、減少DNS查找、避免重定向
CDN：CDN是地理上分布的web server的集合，用于更高效地發布內容。通常基于網絡遠近來選擇給具體用戶服務的web server。 這縮短了資源的傳輸響應時間，有效提高web性能。
DNS用于映射主機名和IP地址，一般一次解析需要20～120毫秒。瀏覽器會首先根據頁面的主機名進行域名解析，在有ISP返回結果之前頁面不會加載任何內容，所以減少DNS查找可以有效降低等待時間。為達到更高的性能，DNS解析通常被多級別地緩存，如由ISP或局域網維護的caching server，本地機器操作系統的緩存（如windows上的DNS Client Service），瀏覽器。IE的缺省DNS緩存時間為30分鐘，Firefox的缺省緩沖時間是1分鐘。 我們能做的是盡量減少一個頁面的主機名，但要在瀏覽器***并行下載數跟dns查找之間做權衡。根據雅虎的研究，***將主機名控制在2-4個內。
重定向：將一個URL重新路由到另一個URL。重定向功能是通過301和302這兩個HTTP狀態碼完成的，如：
HTTP/1.1 301 Moved Permanently
Location: http://example.com/newuri
Content-Type: text/html
瀏覽器自動重定向請求到Location指定的URL上，重定向的主要問題是降低了用戶體驗。 種最耗費資源、經常發生而很容易被忽視的重定向是URL的***缺少/， 導致自動產生結尾斜線的原因是，瀏覽器在進行get請求是必須指定一些路徑；如果沒有路徑它就會簡單的使用文檔根。（主機缺少結尾斜線是不會發生重定 向：http://www.baidu.com）缺少結尾斜線發生重定向是很多web服務器的默認行為。需要在服務器端設置方可消除。以下圖片是豆瓣的一 個url請求：
雅虎的14條優化規則在很長的一段時間里發揮著重要作用，隨著技術的發展，單單這十四條原則已經不能夠滿足前端性能優化。在一些大公司出現了前端工程化這一概念，詳細內容可以參考一下這篇文章：前端性能優化工程化進階
參考資料：
