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企鹅辅导课程详情页毫秒开的秘密 – PWA 直出

一、前言

随着近几年的前端技术的高速发展,越来越多的团队使用React、Vue等SPA框架作为其主要的技术栈。以React应用为例,从性能角度,其重要的指标可能就是首屏渲染所花费的时间了。那么今天,我们要给大家分享一个把优化做到极致的故事。我们的目的是让H5页面也能够拥有Native般的体验

二、企鹅辅导课程详情页是什么


课程详情页是腾讯旗下企鹅辅导APP中最重要的页面之一,也就是流量最大的页面之一,多以它的打开速度至关重要。

这是一个用React编写的H5页面,运行于多端,包括:企鹅辅导APP手机QQ手机浏览器

三、架构演变

1. 纯异步渲染

我们知道当前主流的 SPA 的应用的默认渲染方式都是这样的:

在这种情况下,从加载页面到用户看到页面(首屏渲染所花费的时间)就是上图中灰色边框区域所包括的时间。
这是最慢的一种方式,就算 CGI够快,最少要花费 1S2S 左右的时间了。

接着我们简单优化下:
+ 把静态资源缓存起来,这样下次用户打开的时候就不用从网络请求了。
+ 第 ④ 步拉取 CGI 这个动作是否可以提前呢?我们可以在请求 HTML 之后,先通过一段 JS 脚本去请求 CGI 数据,后面第 ④ 步的时候,就可以直接拿到数据了,这就是 CGI 预加载。

怎么做到呢?我们的方案是统一封装 Request 请求工具,在用 Webpack 打包的时候,会往页面顶部注入一段 预加载 CGI 的 JS 代码,维护一个CGI 与 DATA 对应 MAP,后面发请求的时候,先去 MAP 里取值,如果有值的话直接拿出来,没有的话则发起HTTP 请求。(具体请查阅我们团队开源的 Preload 工具)

这种模式还有一些其他的优化的方法:

  • 在 HTML 内实现 Loading 态或者骨架屏;
  • 去掉外联 css;
  • 使用动态 polyfill;
  • 使用 SplitChunksPlugin 拆分公共代码;
  • 正确地使用 Webpack 4.0 的 Tree Shaking;
  • 使用动态 import,切分页面代码,减小首屏 JS 体积;
  • 编译到 ES2015+,提高代码运行效率,减小体积;
  • 使用 lazyload 和 placeholder 提升加载体验。

这种模式的优化不是我们这次讲述的重点,想了解的童鞋可以查看这篇文章

2. 直出同构

在异步的模式下,除了上述优化,我们还在端内(企鹅辅导 APP、手机 QQ)内做了离线包缓存(腾讯手Q方面独立研发出来的针对手机端优化的方案,简而言之就是将静态资源缓存在手机 APP 内),经过我们的数据测试,首屏渲染大概能够达到秒开(1s左右) 的效果。

但对有着性能极致追求的我们来说,肯定是不会满意的。

继续优化,最容易、最大众的套路肯定就是直出(服务端渲染)了。

现在直出的方案已经有很多很多种,这里也不多做介绍了,直出针对首屏时间的优化效果是非常明显的,经过我们的测试,数据大概能够提升25%左右。

直出之后的效果如下图:

可以看到对于首屏来说,没有了【加载中…】的等待时间,视觉体验提升了不少。

四、PWA 直出

针对上述、常见的直出应用来说,我们能够优化的点在哪里呢?让我们来详细分析一波,这也是今天我们要给大家分享的重点。
首先看看直出应用各个环节的耗时表 (本地环境 2018款 iMac):

过程名称 过程耗时
Node内CGI拉取 300ms
RenderToString 20 ms
网络耗时 10 ms
前端HTML渲染 30 ms

从上面的表中我们看出,直出渲染的耗时的大头还是在 CGI 接口的拉取上

我们现在提出两个问题
+ CGI 接口的数据是否可以缓存 ?
+ HTML 又是否可以缓存 ?

1. 接口的动静分离


这个页面的接口数据中,有一些数据,是实时变动的, 比如:当前还剩多少个名额、此时此刻课程的价格、用户是否购买过这个课程等。
这些数据的特性决定了这个数据接口不能够被缓存。(假设将其缓存,那么就会存在可能用户进来看到当前还剩下10个名额,其实课程已经卖光了的情况)
为了这个时间耗时的大头,我们做了CGI接口的动静分离

将与用户态、当前时间没有关联的数据(比如课程标题、课程上课的时间、试听模块的地址等)放在一个接口(静态接口),其他变化的数据放在另一个接口(动态接口)。

那么可以使用静态的接口来做服务端渲染,好处是第一比较快(少了动态的信息,而且后台也可以做缓存),第二 Node 直出可以做缓存了。

2. 直出Redis缓存

这样我们就可以将那部分静态的、不会经常变动的数据用来直出 HTML,然后将这个 HTML 文件缓存到 Redis 中

客户端请求此网页,Node 端接受到请求之后,先去 Redis 里拿缓存的 HTML,如果 Redis 缓存没有命中,则拉取静态的 CGI 接口渲染出 HTML存入 Redis。
客户端拿到 HTML 之后,会立刻渲染,然后再用 JS 去请求动态的数据,渲染到相应的地方。

做完之后我们可以看到优化效果的提升是非常非常明显的:

直接从 262ms 提升到了 16ms !(本地环境),简直飞一般的感觉,妈妈再也不用担心领导看耗时了。

3. PWA 直出缓存

关于什么是 PWA ,以及如何使用,请移步这篇文章。

做了 Node 端直出的 HTML 缓存之后,我们接着优化,接着思考,是否可以在客户端也缓存 HTML,这样连网络延时这部分消耗也省掉呢。

答案就是使用 PWA 在客户端做离线缓存,将我们直出的 HTML 缓存在客户端,每次用户请求的时候,直接从 PWA 离线缓存里取出对应的直出页面(HTML)响应给用户,响应之后紧接着请求 Node 服务更新本地的 PWA 缓存。(如下图所示)

核心代码:

self.addEventListener("fetch", event => {  
 // TODO other logic (maybe fetch filter)

  // core logic
  event.respondWith(
    caches.open(cacheName).then(function(cache) {
      return cache.match(cacheCourseUrl).then(function(response) {
        var fetchPromise = fetch(cacheCourseUrl).then(function(
          networkResponse
        ) {
          if (networkResponse.status === 200) {
            cache.put(cacheCourseUrl, networkResponse.clone());
          }
          return networkResponse;
        });
        return response || fetchPromise;
      });
    })
  );
});

废话不多说,先看效果对比 (左 PWA 直出;右 离线包):

从上图可以看出,使用了 PWA 直出缓存之后,首屏渲染基本是毫秒开,可以说与 Native 并肩了。
经过我们的数据测试,使用 PWA 直出缓存,首屏渲染的时间最好可以到400ms左右级别:

五、PWA 直出细节优化

1. 防页面跳动

因为对接口进行了动静分离,使用静态接口直出页面,然后在客户端拉取动态数据渲染完。这就可能会导致页面的抖动(比如详情页中的试听模块,是在客户端渲染的)。

因为高度改变了,视觉上就会出现抖动(具体可以参考上面章节直出时候的 GIF 截图)。

要去掉页面抖动的情况,就必须保证容器的高度在直出时候已经存在了

比如这个试听模块,其实这个封面图和试听按钮是可以在服务端渲染出来的,而后面的 Video 模块则必须要在客户度渲染(腾讯云 Tcplayer)。

所以这里可以拆分成:(试听封面 + 按钮 + 时间)服务端渲染 + 底层 Video(客户端渲染)。

有些需要在客户端计算高度的容器(表现为常放在 ComponentDidMount 里计算),如果它们依赖客户端环境(比如依赖当前系统是安卓还是 IOS),就导致他们肯定不能放在服务端直接渲染出来,这又怎么办呢?

这里我们的做法,是将这些计算放在 HTML body 之前,通过内联的脚本嵌入,计算出当前环境,给 body 加上一个特定的类(class),然后在这个特定的类下面的元素,就可以通过 css 给予特定的样式。比如下面代码:

/*
 * 因为在不同的手机 APP 环境内,页面的 padding 是不一样的。
 * 我们要在页面渲染完之前加上相应的 padding 
 */
var REGEXP_FUDAO_APP = /EducationApp/;
if (
  typeof navigator !== "undefined" &&
  REGEXP_FUDAO_APP.test(navigator.userAgent)
) {
  if (/Android/i.test(navigator.userAgent)) {
    document.body.classList.add("androidFudaoApp");
  } else if (/iPhone|iPad|iPod|iOS/i.test(navigator.userAgent)) {
    if (window.screen.width === 375 && window.screen.height === 812) {
      document.body.classList.add("iphoneXFudaoApp");
    } else {
      document.body.classList.add("iosFudaoApp");
    }
  }
}
.androidFudaoApp .tt {
  padding-top: 48px;
  background-position-y: 84px;
}

.iphoneXFudaoApp .tt {
  padding-top: 88px;
  background-position-y: 124px;
}

.iosFudaoApp .tt {
  padding-top: 64px;
  background-position-y: 100px;
}

然后把这段代码通过构建插入到页面 body 之前。

防抖动优化效果如下 (左优化完,右未优化):

2. 冷启动预加载

虽然我们做了 PWA 离线缓存,但是对于冷启动来说,客户端里面的 PWA 缓存还是没有的,这样就会导致初次点击页面,渲染速度相对慢一点。

这里我们可以在 APP 启动的时候,用一个预加载的脚本最大限度的拉取用户可能访问的页面。

核心代码如下:

// 预加载页面时, PWA 预缓存课程详情页面的直出
function prefetchCache(fetchUrl) {
    fetch("https://you preFetch Cgi")
      .then(data => {
        return data.json();
      })
      .then(res => {
        const { courseInfo = [] } = res.result || {};
        courseInfo.forEach(item => {
          if (item.cid) {
            caches.open(cacheName).then(function(cache) {
              fetch(`${courseURL}?course_id=${item.cid}`).then(function(
                networkResponse
              ) {
                if (networkResponse.status === 200) {
                  cache.put(
                    `${courseURL}?course_id=${item.cid}`,
                    networkResponse.clone()
                  );
                }
                // return networkResponse;
              });
            });
          }
        });
      })
      .catch(err => {
        // To monitor err
      });

六、PWA直出遗留问题

1. 兼容性问题

随着 PWA 技术的发展,现今大部分手机以及 PC 环境已经支持对 PWA 进行了支持。经过我们的测试发现:安卓基本上都是支持的,IOS 需要11.3以上才支持。
具体的兼容性支持点我查看

2. IOS渲染问题

很多的经验告诉我们,外联的 script 标签要放在 body 的后面,因为它会阻塞页面的 DOM 渲染。

经过测试发现,IOS 的 WebView (UIWebView)渲染机制并不会上述一样,而是要等到后面的 JS 执行完之后才渲染页面,如果是这样,我们的直出渲染优化就没有效果了(因为 HTML 并不在最开始渲染),这里可以使用 script 标签的 asyncdefer 属性来达到异步渲染的作用。

升级 WkWebView 之后,情况得到改善,渲染正常。

七、原文地址

企鹅辅导课程详情页毫秒开的秘密 – PWA 直出
参考文章:
PWA 的探索与最佳实践
亿万级访问量下的前端同构直出实践
React 16 加载性能优化指南

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