如何讓你的網頁“看起來”展現地更快 —— 骨架屏二三事

小蘑菇哥哥發表於2018-12-21
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讓網頁展現的更快，官方說法叫做首屏繪製，First Paint 或者簡稱 FP，直白的說法叫做白屏時間，就是從輸入 URL 到真的看到內容（不必可互動，那個叫 TTI, Time to Interactive）之間經歷的時間。當然這個時間越短越好。

但這裡要注意，和首屏相關的除了 FP 還有兩個指標，分別稱為 FCP (First Contentful Paint，頁面有效內容的繪製) 和 FMP (First Meaningful Paint，頁面有意義的內容繪製)。雖然這幾個概念可能會讓我們繞暈，但我們只需要瞭解一點：首屏時間 FP 並不要求內容是真實的，有效的，有意義的，可互動的。換言之，隨便 給使用者看點啥都行。

FP/FCP/FMP/TTI

這就是本文標題的玄機了：“看起來”。是的，只是看起來更快，實際上還是那樣。所以本文並不討論效能優化，討論的是一個投機取巧的小伎倆，但的確能夠實實在在的提升體驗。打個比方，效能優化是修煉內功，提升你本身的各項機能；而本文接下來要討論的是一些招式，能讓你在第一時間就唬住對手。

這所謂的招式就是我接下來要談的內容，學名骨架屏，也叫 Skeleton。你可能沒聽過這個名字，但你不可能沒見過它。

骨架屏長什麼樣

如何讓你的網頁“看起來”展現地更快 —— 骨架屏二三事

這種應該是最常見的形式，使用各種形狀的灰色矩形來模擬圖片和文字。有些 APP 也會使用圓形，但重點都是和實際內容結構近似，不能差距太大。

如果追求效果，還可以在色塊表面新增動畫（如波紋），顯示出一種動態的效果，算是致敬 Loading 了。

如何讓你的網頁“看起來”展現地更快 —— 骨架屏二三事

在圖片居多的站點，這將會是一個很好的體驗，因為圖片通常載入較慢。如上圖演示中的佔點陣圖片採用了低畫素的圖片，即大體配色和變化是和實際內容一致的。

如果無法生成這樣的低畫素圖片，稍微降級的方案是通過演算法獲取圖片的主體顏色，使用純色塊佔位。

再退一級，還可以使用全站相同的站點陣圖片，或者直接一個統一顏色的色塊。雖說效果肯定不如上面兩種，但也聊勝於無。

骨架屏完全是自定義的，想做成什麼樣全憑你的想象。你想做圓形的，三角形的，立體的都可以，但“佔位”決定了它的特性：它不能太複雜，必須第一時間，最快展現出來。

骨架屏有哪些優勢

大體來說，骨架屏的優勢在於：

  1. 在頁面載入初期預先渲染內容，提升感官上的體驗。

  2. 一般情況骨架屏和實際內容的結構是類似的，因此之後的切換不會過於突兀。這點和傳統的 Loading 動圖不同，可以認為是其升級版。

  3. 只需要簡單的 CSS 支援 (涉及圖片懶載入可能還需要 JS )，不要求 HTTPS 協議，沒有額外的學習和維護成本。

  4. 如果頁面採用元件化開發，每個元件可以根據自身狀態定義自身的骨架屏及其切換時機，同時維持了元件之間的獨立性。

骨架屏能用在哪裡

現在的 WEB 站點，大致有兩種渲染模式：

前端渲染

由於最近幾年 Angular/React/Vue 的相繼推出和流行，前端渲染開始佔據主導。這種模式的應用也叫單頁應用（SPA, Single Page Application）。

前端渲染的模式是伺服器（多為靜態伺服器）返回一個固定的 HTML。通常這個 HTML 包含一個空的容器節點，沒有其他內容。之後內部包含的 JS 包含路由管理，頁面渲染，頁面切換，繫結事件等等邏輯，所以稱之為前端渲染。

因為前端要管理的事情很多，所以 JS 通常很大很複雜，執行起來也要花較多的時間。在 JS 渲染出實際內容之前，骨架屏就是一個很好的替補隊員。

後端渲染

在這波前端渲染流行之前，早期的傳統網站採用的模式叫做後端渲染，即伺服器直接返回網站的 HTML 頁面，已經包含首頁的全部（或絕大部分） DOM 元素。其中包含的 JS 的作用大多是繫結事件，定義使用者互動後的行為等。少量會額外新增/修改一些 DOM，但無礙大局。

此外，前端渲染的模式存在 SEO 不友好的問題，因為它返回的 HTML 是一個空的容器。如果搜尋引擎沒有執行 JS 的能力（稱為 Deep Render），那它就不知道你的站點究竟是什麼內容，自然也就無法把站點排到搜尋結果中去。這對於絕大部分站點來說是不可接受的，於是前端框架又相繼推出了服務端渲染（簡稱 SSR, Server Side Rendering）模式。這個模式和傳統網站很接近，在於返回的 HTML 也是包含所有的 DOM，而非前端渲染。而前端 JS 除了繫結事件之外，還會多做一個事情叫做“啟用”（hydration），這裡就不再贅述了。

不論是傳統模式還是 SSR，只要是後端渲染，就不需要骨架屏。因為頁面的內容直接存在於 HTML，所以並沒有骨架屏出場的餘地。

骨架屏怎麼用

討論了一波背景，我們來看如何使用。首先先無視具體的實現細節，先看思路。

實現思路

大體分為幾個步驟：

  1. 往本應為空的容器節點內部注入骨架屏的 HTML。

    骨架屏為了儘快展現，要求快速和簡單，所以骨架屏多數使用靜態的圖片。而且把圖片編譯成 base64 編碼格式可以節省網路請求，使得骨架屏更快展現，更加有效。

    <html>
    <head>
        <style>
            .skeleton-wrapper {
                // styles
            }
        </style>
        <!-- 宣告 meta 或者引入其他 CSS -->
    </head>
    <body>
        <div id="app">
            <div class="skeleton-wrapper">
                <img src="data:image/svg+xml;base64,XXXXXX">
            </div>
        </div>
        <!-- 引用 JS -->
    </body>
</html>
複製程式碼

  2. 在執行 JS 開始真正內容的渲染之前，清空骨架屏 HTML

    以 Vue 為例，即在 mount 之前清空內容即可。

    let app = new Vue({...})
let container = document.querySelector('#app')
if (container) {
    container.innerHTML = ''
}
app.$mount(container)
複製程式碼

僅此兩步，並不牽涉多麼複雜的機制和高階的 API，因此非常容易應用，趕快用起來！

示例

我編寫了一個示例，用於快速展現骨架屏的效果，程式碼在此。

  • index.html

    預設包含了骨架屏，並且內聯了樣式（以 <style> 標籤新增在頭部）。

  • render.js

    它負責建立 DOM 元素並新增到 <body> 上，渲染頁面實際的內容，用來模擬常見的前端渲染模式。

  • index.css

    頁面實際內容的樣式表，不包含骨架屏的樣式。

程式碼的三個檔案各司其職，配合上面的實現思路，應該還是很好理解的。可以在 這裡 檢視效果。

因為這個示例的邏輯太過簡單，而實際的前端渲染框架複雜得多，包含的功能也不單純是渲染，還有狀態管理，路由管理，虛擬 DOM 等等，所以檔案大小和執行時間都更大更長。我們在檢視例子的時候，把網路調成 "Fast 3G" 或者 "Slow 3G" 能夠稍微真實一些。

但匪夷所思的是，對著這個地址重新整理試幾次，我也基本看不到骨架屏（骨架屏的內容是一個居中的藍色方形圖片，外加一條白色橫線反覆側滑的高亮動畫）。是我們的實現思路有問題嗎？

瀏覽器的奧祕：減少重排

為了排除肉眼的遺漏和干擾，我們用 Chrome Dev Tools 的 Performance 工具來記錄剛才發生了什麼，截圖如下：（截圖時的網路設定為 "Fast 3G"）

normal timeline

我們可以很明顯地看到 3 個時間點：

  1. HTML 載入完成了。瀏覽器在解析 HTML 的同時，發現了它需要引用的 2 個外部資源 index.js 和 index.css，於是傳送網路請求去獲取。

  2. 獲取成功後，執行 JS 並註冊 CSS 的規則。

  3. JS 一執行，很自然的渲染出了實際的內容，並應用了樣式規則（隨機顏色的橫條）。

我們的骨架屏呢？按照預想，骨架屏應該出現在 1 和 2 之間，也就是在獲取 JS 和 CSS 的同時，就應該渲染骨架屏了。這也是我們當時把骨架屏的 HTML 注入到 index.html， 還把 CSS 從 index.css 中分離出來的良苦用心，然而瀏覽器並不買賬。

這其實和瀏覽器的渲染順序有關。

相信大家都整理過行李箱。我們在整理行李箱時，會根據每個行李的大小合理安排，大的和小的配合，填滿一層再放上面一層。現在突然有人跑來跟你說，你的電腦不用帶了，你要多帶兩件衣服，你不能帶那麼多瓶礦泉水。除了想打他之外，為了重新整理行李箱，必然需要把整理好的行李拿出來再重新放。在瀏覽器中這個過程叫做重排 (reflow)，而那個餿主意就是新載入的 CSS。顯而易見，重排的開銷是很大的。

熟能生巧，箱子理多了，就能想出解決辦法。既然每個 CSS 檔案載入都可能觸發重繪，那我能不能等所有 CSS 載入完了一起渲染呢？正是基於這一點，瀏覽器會等 HTML 中所有的 CSS 都載入完，註冊完，一起應用樣式，力求一次排列完成工作，不要反覆重排。看起來瀏覽器的設計者經常出差，因為這是一個很正確的優化思路，但應用在骨架屏上就出了問題。

我們為了儘早展現骨架屏，把骨架屏的樣式從 index.css 分離出來。但瀏覽器不知道，它以為骨架屏的 HTML 還依賴 index.css，所以必須等它載入完。而它載入完之後，render.js 也差不多載入完開始執行了，於是骨架屏的 HTML 又被替換了，自然就看不到了。而且在等待 JS, CSS 載入的時候依然是個白屏，骨架屏的效果大打折扣。

所以我們要做的是告訴瀏覽器，你放心大膽的先畫骨架屏，它和後面的 index.css 是無關的。那怎麼告訴它呢？

告訴瀏覽器先渲染骨架屏

我們在引用 CSS 時，會使用 <link rel="stylesheet" href="xxxx> 這樣的語法。但實際上，瀏覽器還提供了其他一些機制確保（後續）頁面的效能，我們稱之為 preload，中文叫預載入。具體來說，使用 <link rel="preload" href="xxxx">，提前把後續要使用的資源先宣告一下。在瀏覽器空閒的時候會提前載入並放入快取。之後再使用就可以節省一個網路請求。

這看似無關的技術，在這裡將起到很大的作用，因為 預載入的資源是不會影響當前頁面的。

我們可以通過這種方式，告訴瀏覽器：先不要管 index.css，直接畫骨架屏。之後 index.css 載入回來之後，再應用這個樣式。具體來說程式碼如下：

<link rel="preload" href="index.css" as="style" onload="this.rel='stylesheet'">
複製程式碼

方法的核心是通過改變 rel 可以讓瀏覽器重新界定 <link> 標籤的角色，從預載入變成當頁樣式。（另外也有文章採用修改 media 的方法，但瀏覽器支援度較低，這裡不作展開了。我把文章列在最後了）這樣的話，瀏覽器在 CSS 尚未獲取完成時，會先渲染骨架屏（因為此時的 CSS 還是 preload，也就是後續使用的，並不妨礙當前頁面）。而當 CSS 載入完成並修改了自己的 rel 之後，瀏覽器重新應用樣式，目的達成。

不得不考慮的注意點

事實上，並不是把 rel="stylesheet" 改成 rel="preload" 就完事兒了。在真正應用到生產環境之前，我們還有很多事情要考慮。

相容性考慮

首先，在 <link> 內部我們使用了 onload，也就是使用了 JS。為了應對使用者的瀏覽器沒有開啟指令碼功能的情況，我們需要新增一個 fallback。（不過這點對於單頁應用來說可能也無所謂，因為如果沒有指令碼，那頁面實際內容也渲染不出來的）

<noscript><link rel="stylesheet" href="index.css"></noscript>
複製程式碼

其次，rel="preload" 並不是沒有相容性問題。對於不支援 preload 的瀏覽器，我們可以新增一些 polyfill 程式碼（來使所有瀏覽器獲得一致的效果。

<script>
/*! loadCSS rel=preload polyfill. [c]2017 Filament Group, Inc. MIT License */
(function(){ ... }());
</script>
複製程式碼

polyfill 的壓縮程式碼可以參見 Lavas 的 SPA 模板第 29 行。

載入順序

不同於傳統頁面，我們的實際 DOM 是通過 render.js 生成的。所以如果 JS 先於 CSS 執行，那將會發生跳動。（因為先渲染了實際內容卻沒有樣式，而後樣式載入，頁面出現很明顯的變化）所以這裡我們需要嚴格控制 CSS 早於渲染。

<link rel="preload" href="index.css" as="style" onload="this.rel='stylesheet';window.STYLE_READY=true;window.mountApp && window.mountApp()">
複製程式碼

JS 對外暴露一個 mountApp 方法用於渲染頁面（其實是模擬 Vue 的 mount）

// render.js

function mountApp() {
    // 方法內部就是把實際內容新增到 <body> 上面
}

// 本來直接呼叫方法完成渲染
// mountApp()

// 改成掛到 window 由 CSS 來呼叫
window.mountApp = mountApp()
// 如果 JS 晚於 CSS 載入完成，那直接執行渲染。
if (window.STYLE_READY) {
    mountApp()
}
複製程式碼

如果 CSS 更快載入完成，那麼通過設定 window.STYLE_READY 允許 JS 載入完成後直接執行；而如果 JS 更快，則先不自己執行，而是把機會留給 CSS 的 onload。

清空 onload

loadCSS 的開發者提出，某些瀏覽器會在 rel 改變時重新出發 onload，導致後面的邏輯走了兩次。為了消除這個影響，我們再在 onload 裡面新增一句 this.onload=null。

最終的 CSS 引用方式

<link rel="preload" href="index.css" as="style" onload="this.onload=null;this.rel='stylesheet';window.STYLE_READY=true;window.mountApp && window.mountApp()">

<!-- 為了方便閱讀，折行重複一遍 -->
<!-- this.onload=null -->
<!-- this.rel='stylesheet' -->
<!-- window.STYLE_READY=true -->
<!-- window.mountApp && window.mountApp() -->
複製程式碼

修改後的效果

修改後的程式碼在 這裡，訪問地址在 這裡。（為了簡便，我省去了處理相容性的程式碼，即 <noscript> 和 preload polyfill）

Performance 截圖如下：（依然採用了 "Fast 3G" 的網路設定）

preload timeline

這次在 render.js 和 index.css 還在載入的時候頁面已經呈現出骨架屏的內容，實際肉眼也可以觀測到。在截圖的情況下，骨架屏的展現大約持續了 300ms，佔據整個網路請求的大約一半時間。

至於說為什麼不是 HTML 載入完成立馬展現骨架屏，而是還要等大約 300ms 才展現，從圖上看是瀏覽器 ParseHTML 所花費的時間，可能在 Dev Tools 開啟的情況下計算資源有限，不過可優化空間已經不大。（可能簡化骨架屏的結構能起一些作用吧）

多骨架屏的支援

一般來說一個站點的所有頁面不太可能是同一種展示型別。例如說首頁和內部頁面就展示風格而言會很有區別，另外例如列表頁和搜尋頁比較接近（可能都有列表展示），但和詳情頁（可能是商品，服務，個人資訊，部落格文章等等）就會很不相同。但單頁應用的 index.html 只有一個，所有的變化都源自前端渲染框架在容器節點內部進行改變。所以直接將骨架屏注入到 index.html 中會導致所有的頁面都用同一個骨架屏，那就很難達成“和實際內容結構類似”的目標了，骨架屏就退化為 Loading 了。

為了要支援多種骨架屏，我們需要在 index.html 裡面進行判斷邏輯（獨立於主體 JS 之外），具體來說：

  1. 把所有種類的骨架屏的 HTML 和樣式全部寫入 index.html

  2. 在 index.html 底下新增內聯的指令碼 <script>，根據當前路由判斷應該展示哪一個骨架屏

這樣會導致 index.html 體積變大一點，但整體感覺依然是收益大於付出，我認為是值得的。

後記

這個優化點最早由我的前同事 xiaop 同學 在開發 Lavas 的 SPA 模板中發現並完成的，Issue 記錄在此。我在他的基礎上，做了一個分離 Lavas 和 Vue 環境並且更直白的例子，讓截圖也儘可能易於理解，方便閱讀。在此非常感謝他的工作！

另外骨架屏的編寫我全部採用的是純粹的手寫 HTML 和 CSS，不止展現邏輯，包括開發流程也是獨立於單頁應用其他常規頁面的。當然這可能給開發者帶來一點不便，所以這時候需要推出 xiaop 同學的利器：vue-skeleton-webpack-plugin。它的作用是把骨架屏本身也當成一個 Vue 元件，配上單獨的路由規則來統一在 Vue 專案中的開發體驗，最後使用 webpack 在打包構建的時候加以區分並注入，對於使用 Vue + webpack 開發的同學來說可以一試。

參考文章

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