JavaScript無阻塞載入效能優化方案

Ico_Coco發表於2014-10-09
JavaScript優化

Javascript在瀏覽器中的效能，可以說是前端開發者所要面對的最重要的可用性問題。

在Yahoo的Yslow23條規則當中，其中一條是將JS放在底部 。原因是，事實上，大多數瀏覽器使用單程式處理UI和更新Javascript執行等多個任務，而同一時間只能有一個任務被執行。Javascript執行了多長時間，那麼在瀏覽器空閒下來響應使用者互動之前的等待時間就有多長。

從基本層面說,這意味著<script>標籤的出現使整個頁面因指令碼解析、執行而出現等待。不論實際的 JavaScript 程式碼是內聯的還是包含在一個不相干的外部檔案中,頁面下載和解析過程必須停下,等待指令碼 完成這些處理,然後才能繼續。這是頁面生命週期必不可少的部分,因為指令碼可能在執行過程中修改頁面 內容。典型的例子是 document.write()函式,例如:

 1 <html>
 2   <head>
 3     <title>Script Example</title>
 4   </head> 
 5   
 6   <body>
 7      <p>
 8         <script type="text/javascript">
 9            document.write("The date is " + (new Date()).toDateString());
10         </script> 
11      </p>
12   </body> 
13 </html>

當瀏覽器遇到一個<script>標籤時,正如上面 HTML 頁面中那樣,無法預知 JavaScript 是否在<p>標籤中 新增內容。因此,瀏覽器停下來,執行此 JavaScript 程式碼,然後再繼續解析、翻譯頁面。同樣的事情發生 在使用 src 屬性載入 JavaScript 的過程中。瀏覽器必須首先下載外部檔案的程式碼,這要佔用一些時間,然後 解析並執行此程式碼。此過程中,頁面解析和使用者互動是被完全阻塞的。

因為指令碼阻塞其他頁面資源的下載過程,所以推薦的辦法是:將所有<script>標籤放在儘可能接近<body> 標籤底部的位置,儘量減少對整個頁面下載的影響。例如:

 1 <html>
 2   <head>
 3     <title>Script Example</title>
 4     <link rel="stylesheet" type="text/css" href="styles.css"> 
 5   </head>
 6   
 7   <body>
 8     <p>Hello world!</p>
 9     <-- Example of recommended script positioning --> 
10       <script type="text/javascript" src="file1.js"></script> 
11       <script type="text/javascript" src="file2.js"></script> 
12       <script type="text/javascript" src="file3.js"></script>
13   </body> 
14 </html>

此程式碼展示了所推薦的<script>標籤在 HTML 檔案中的位置。儘管指令碼下載之間互相阻塞,但頁面已經 下載完成並且顯示在使用者面前了,進入頁面的速度不會顯得太慢。這就是上面提到的將JS放到底部。

另外，Yahoo! 為他的“Yahoo! 使用者介面(Yahoo! User Interface,YUI)”庫建立一個“聯合控制程式碼”,這是通過他 們的“內容投遞網路(Content Delivery Network,CDN)”實現的。任何一個網站可以使用一個“聯合控制程式碼”URL 指出包含 YUI 檔案包中的哪些檔案。例如,下面的 URL 包含兩個檔案:

<script type="text/javascript" src="http://yui.yahooapis.com/combo?2.7.0/build/yahoo/yahoo-min.js&2.7.0/build/event/event-min.js"></script>

此 URL 呼叫 2.7.0 版本的 yahoo-min.js 和 event-min.js 檔案。這些檔案在伺服器上是兩個分離的檔案,但是 當伺服器收到此 URL 請求時,兩個檔案將被合併在一起返回給客戶端。通過這種方法,就不再需要兩個 <script>標籤(每個標籤載入一個檔案),一個<script>標籤就可以載入他們。這是在HTML頁面包含多個外部Javascript的最佳方法。

Noblocking Scripts 非阻塞指令碼

上述是頁面初始狀態包含多個Javascript指令碼載入的最佳方法。Javascript傾向於阻塞瀏覽器某些處理過程，如http請求和介面重新整理，這是開發者面臨的最顯著效能問題。保持Javascript檔案短小，並限制http請求的數量，只是建立反應迅速的網頁應用第一步。

但諸如大型網頁有大量的Js程式碼，保持原始碼短小並不總是一種最佳選擇。So，非阻塞指令碼應運而生，我們需要的是向頁面中逐步新增javascript，某種程度上而言不會阻塞瀏覽器。

而非阻塞指令碼的關鍵在於，等頁面完成載入之後，再載入Javascript原始碼，這意味著在window的load事件發出之後開始下載程式碼。

相關解釋：

window 的load事件只會在頁面載入完畢後觸發一次且僅一次。

window.onload=function(){}必須等待網頁中所有的內容載入完畢後 ( 包括元素的所有關聯檔案，例如圖片 ) 才能執行，即Javascript此時才可以訪問頁面中的任何元素。

如下述幾種方法：

Deferred Scripts 延期指令碼

Html4為<script>標籤定義了一個擴充套件屬性：defer。

這個defer屬性指明元素中所包含的指令碼不打算修改DOM，因此程式碼可以稍後執行。defer屬性只被Internet Explorer 4+和Firefox 3.5+支援，它不是一個理想的跨瀏覽器解決方案。在其他瀏覽器上，defer屬性將被忽略。所以，<script>標籤會按照正常預設方式處理，即是會造成阻塞。如果得到各個主流瀏覽器的支援，這仍是一種有效的解決方式。

<script type="text/javascript" src="file1.js" defer></script>

一個帶有defer屬性的<script>標籤可以放置在文件的任何位置，它會在被解析時啟動下載，直到DOM載入完成（在onload事件控制程式碼被呼叫之前）。當一個defer的Javascript檔案被下載時，它不會阻塞瀏覽器的其他處理過程，所以這些檔案可以與其他資源一起並行下載。

可以使用下述程式碼測試瀏覽器是否支援defer屬性：

 1 <html>
 2   <head>
 3     <title>Script Defer Example</title>
 4   </head> 
 5 
 6   <body>
 7     <script defer> alert("defer");</script> 
 8     <script> alert("script"); </script> 
 9     <script> window.onload = function(){ alert("load");}; </script>
10   </body> 
11 </html>

如果瀏覽器不支援defer，那麼彈出的對話方塊的順序是“defer”，“script”，“load”。

如果瀏覽器支援defer，那麼彈出的對話方塊的順序是“script”，“load”，“defer”。

Dynamic Script Elements 動態指令碼元素

DOM允許我們使用Javascript動態建立HTML的幾乎所有文件內容，一個新的<script>元素可以非常容易的通過標準DOM建立：

1 var script = document.createElement ("script");
2 script.type = "text/javascript";
3 script.src = "file1.js"; 
4 document.body.appendChild(script);

新的<script>元素載入file1.js原始檔。此檔案當元素新增到頁面後立刻開始下載。此技術的重點在於：無論在何處啟動下載，檔案的下載和執行都不會阻塞其他頁面處理過程。

當檔案使用動態指令碼節點下載時，返回的程式碼通常立即執行（除了Firefox和Opera，它們將等待此前的所有動態指令碼節點執行完畢）。

大多數情況下，我們希望呼叫一個函式就可以實現Javascript檔案的動態下載。下面的函式封裝實現了標準實現和IE實現：

 1  function loadScript(url, callback){
 2     var script = document.createElement ("script") ;
 3 　  script.type = "text/javascript";
 4      
 5     if (script.readyState){ //IE
 6        script.onreadystatechange = function(){
 7          if (script.readyState == "loaded" || script.readyState == "complete"){
 8            script.onreadystatechange = null;
 9            callback(); 
10           }
11        };
12      } 
13      else { //Others
14        script.onload = function(){ callback();
15      }; 
16    }
17    script.src = url;
18    document.getElementsByTagName("head")[0].appendChild(script); 
19  }
20 
21 loadScript("file1.js", function(){  //呼叫
22     alert("File is loaded!"); 
23 });

此函式接受兩個引數：Javascript檔案的Url和一個當Javascript接收完成時觸發的回撥函式。屬性檢查用於決定監視哪種事件。最後一步src屬性，並將javascript檔案新增到head。

動態指令碼載入是非阻塞Javascript下載中最常用的模式，因為它可以跨瀏覽器，而且簡單易用。

XMLHttpRequest Script Injection XHR指令碼注入

另一個以非阻塞方式獲得指令碼的方法是使用XMLHttpRequest(XHR)物件將指令碼注入到頁面中。此技術首先建立一個XHR物件，然後下載Javascript檔案，接著用一個動態<script>元素將Javascript程式碼注入頁面。看demo：

 1 var xhr = new XMLHttpRequest(); 
 2 xhr.open("get", "file1.js", true); 
 3 xhr.onreadystatechange = function(){
 4     if (xhr.readyState == 4){
 5       if (xhr.status >= 200 && xhr.status < 300 || xhr.status == 304){ // 檢查http狀態碼
 6         var script = document.createElement("script"); 
 7         script.type = "text/javascript";
 8         script.text = xhr.responseText;
 9         document.body.appendChild(script);
10       } 
11    }
12 }; 
13 xhr.send(null);

此程式碼向伺服器傳送一個獲取file1.js的檔案get請求。onreadystatechange事件處理函式檢查readyState是不是4，然後檢查HTTP狀態碼是不是有效（200表示確定客戶端請求已成功，2xx表示有效回應，304表示一個快取響應）。如果收到一個有效響應，那麼就建立一個新的<script>元素，將它的文字屬性設定為從伺服器接收到的responseText字串。這樣做實際上會建立一個帶有內聯程式碼的<script>元素，一旦新的<script>元素被新增到文件，程式碼將被執行，並準備使用。

此方法的優點是相容性佳，且你可以下載不立即執行的Javascript程式碼。由於程式碼返回在<script>標籤之外，它下載後不會自動執行，這使得你可以推遲執行。

此方法的確定是受到瀏覽器同源限制，Javascript檔案必須與頁面放置在同一個域內，不能從CDN(內容分發網路Content Delivery Network)下載。正因為這個原因，大型網頁通常不採用XHR指令碼注入技術。

Recommended Noblocking Pattern 推薦的非阻塞模式

推薦的向頁面載入大量Javascript的方法分為兩個步驟：

  • 第一步，包含動態載入Javascript所需的程式碼，然後載入頁面初始化所需的除了Javascript之外的部分。這部分程式碼儘量小，可能只包含loadScript()函式，它的下載和執行非常迅速，不會對頁面造成很大干擾。
  • 第二步，當初始程式碼準備好之後，用它來載入其餘的Javascript。

例如：

1 <script type="text/javascript" src="loader.js">
2 </script> <script type="text/javascript">
3 loadScript("the-rest.js", function(){ 
4 　　Application.init();
5 }); 
6 
7 </script>

將此程式碼放置在body的關閉標籤</body>之前。這樣做的好處是，首先，這樣確保Javascript執行不會影響其他頁面的其他部分顯示。其次，當第二部分Javascript檔案完成下載，所有應用程式所必須的DOM已經建立完畢，並做好被訪問的準備，避免使用額外的事件處理（如window.onload）來得知頁面是否已經準備好了。

另一個選擇是直接將loadScript()函式嵌入在頁面中，這可以減少一個http請求的開銷。例如：

 1 <script type="text/javascript"> 
 2   function loadScript(url, callback){
 3     var script = document.createElement ("script");
 4 　  script.type = "text/javascript";
 5    
 6     if (script.readyState){ //IE script.onreadystatechange = function(){
 7       if (script.readyState == "loaded" || script.readyState == "complete"){
 8         script.onreadystatechange = null; 
 9         callback();
10       } 
11     };
12   } else { //Others 
13    script.onload = function(){
14    　　callback(); 
15    };
16   }
17   script.src = url; 
18   document.getElementsByTagName("head")[0].appendChild(script);
19 }
20 
21 loadScript("the-rest.js", function(){
22 　　Application.init(); 
23 });
24 </script>

一旦頁面初始化程式碼下載完成，還可以使用loadScript()函式載入頁面所需的額外功能函式。

介紹一個通用的工具，Yahoo! Search的Ryan Grove建立了LazyLoad庫（參見：http://github.com/rgrove/lazyload/ ）。LazyLoad是一個強大的loadScript()函式。LazyLoad精縮之後只有大約1.5KB。用法舉例如下：

1 <script type="text/javascript" src="lazyload-min.js"></script> 
2 <script type="text/javascript">
3 　　LazyLoad.js("the-rest.js", function(){ 
4 　　　　Application.init();
5 　　}); 
6 </script>

Summary 總結

  • 將所有<script>標籤放置在頁面底部，緊靠關閉標籤</body>的上方。此方法可以保證頁面在指令碼執行之前完成解析。
  • 將指令碼成組打包。頁面的<script>標籤越少，頁面的載入速度就越快，響應也更迅速。不論外部指令碼檔案還是內聯程式碼都是如此。
  • 有幾種方法可以使用非阻塞方式下載Javascript：
    • 為<script>標籤新增defer屬性
    • 動態建立<script>元素，用它下載並執行程式碼
    • 用XHR物件下載程式碼，並注入到頁面

通過上述策略，可以極大提高那些使用Javascript程式碼的網友應用的實際效能。

參考書籍《高效能Javascript》。

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