精確並自動化地獲取頁面首屏時間

如何自動獲取首屏時間

做者：劉遠洋

公司：微店 - 前端團隊

日期：2018-03-05

本文發表在 微店前端團隊 blog

背景

在前端性能數據的獲取方法上，如今業內大多使用手動埋點的方式，即在代碼中，人工判斷首屏完成的位置，並在該處添加首屏記錄的代碼，相似：firstscreen.report() 這樣。

這樣作的簡單省事，但缺點也很明顯：

• 和業務代碼混用

  通用的監控需求混入了業務代碼中

• 覆蓋不完整

  須要頁面開發者自覺手動添加埋點代碼，在業務中埋點覆蓋率不必定能達到 100%

• 準確性不必定高

  因爲須要開發者自行判斷統計腳本放置的位置，就會存在一些不許確的狀況，由於每一個人對首屏的理解不一樣

基於上面的分析，咱們近期嘗試了一些方案，試圖將首屏時間計算自動化，節省人力、並提升準確性。

定義

對首屏時間的定義，每一個公司可能會有所不一樣，在本文中，首屏時間指的是：

• 若是頁面首屏有圖片

  首屏時間 = 首屏圖片所有加載完畢的時刻 - window.performance.timing.navigationStart

• 若是頁面首屏沒有圖片

  首屏時間 = 頁面處於穩定狀態前最後一次 dom 變化的時刻 - window.performance.timing.navigationStart

實現原理

整體思路爲：

• 從頁面加載開始，按照必定的間隔打點，不斷記錄各個時刻下頁面首屏圖片列表和其餘信息

  問題：按照怎樣的間隔打點？

• 找出頁面首屏處於穩定狀態的時刻 T1（到這個時刻爲止，頁面首屏可能已經穩定了一段時間）

  問題：如何找出這個 T1？

• 以 T1 時刻的首屏圖片數量爲準，向前倒推，找到全部打點中最後一次和 T1 時刻首屏圖片一致的打點時刻 T2
• 統計 T2 時刻的全部圖片加載完成時間 T3
• T3 即爲首屏完成的時刻，進行上報

下面，一個個解決上文中提到的問題：

• 問題：如何找出首屏處於穩定狀態的時刻 T1？

  咱們將頁面從加載到渲染分爲兩大階段：1. 獲取數據；2. 數據獲取完畢，渲染頁面。

  這個邏輯符合絕大部分的頁面邏輯：先獲取數據，再渲染頁面。

  解決方案：

  1. 經過 AOP 切面方式監聽 XHR 的 send 對象，抓取頁面中的第一個 XHR 請求，以第一個 XHR 請求發出的時刻爲起點，統計在 1000ms 之內全部發出的請求到數組 Request 中。

     咱們認爲可能影響首屏的請求在 [第一個 xhr 請求發出的時刻，第一個 xhr 請求發出的時刻 + 1000ms] 的時間段內均已發出。

  2. 針對串聯型的請求（即下一個請求依賴上一個請求的返回數據），同時統計每一個請求返回後，500ms 之內新發出的請求到數組 Request 中。

     有些頁面的數據請求方式是串行的，可能通過兩個串聯的請求後首屏的數據才能加載。

     影響首屏的請求可能也會以這樣的形式發出。

  3. 數組 Request 中統計到的請求，基本包含了全部影響首屏的數據請求，同時也包含了部分不影響首屏的數據請求。
  4. 針對上述統計到的請求，找到全部數據返回的時刻 T1，而後，T1 = T1 + 300ms，保證頁面接收數據後渲染完畢（300ms 用於一次渲染足夠了）。
  5. 此時的 T1 時刻，頁面首屏被認爲處於穩定狀態。

• 問題：按照怎樣的間隔打點？

  • MutationObserver

    你們都知道 MutationObserver 對象用於捕捉頁面 dom 變化，所以在腳本中，咱們使用了 MutationObserver 監聽 dom 變化，並在每次 dom 變化時觸發一次打點（統計該時刻首屏圖片信息）

  • setInterval

    setInterval 也能實現定時打點

  • MutationObserver 和 setInterval 組合

    但 MutationObserver 回調函數的觸發時機開發者並不可控，有幾種狀況：

    • 兩次回調之間可能距離幾百毫秒甚至 1秒多，致使統計偏差較大
    • 某些狀況下，dom 再也不變化，但頁面元素中，img 的 src 發生了變化或元素的 background-image 發生了變化，並不會觸發在 MutationObserver 的回調，致使統計失誤

      所以，咱們如今的方案是結合 MutationObserver 和 setInterval，在 MutationObserver 回調的間歇，啓動 setInterval，保證頁面加載過程當中打點間隔不會過長，提升統計準確率。

統計偏差

即便使用了上述複雜的打點與判斷，偏差仍然存在，那麼，偏差到底在哪裏？

以下圖所示：

不穩定狀態（1 images）   穩定狀態2（2 images）      穩定狀態1（2 images）
    |                        |                       |
    |________________________|_______________________|
    t1                       t2                      t3

按照上面的理論，咱們會取 t2 時刻爲能夠統計首屏的時刻，兩張圖片加載完成的時刻即爲首屏完成的時刻。

t2 和 t1 時刻差了 1 張圖片。

按照咱們的理論，首屏完成時間必定在 t2 以後的某個時刻 t2.n。

而實際相差的那張圖片，何時加載完成的，咱們不得而知，可能在 t2 前已經加載完畢了，也可能已經發出請求，但還沒加載完畢。

偏差就在這裏，它總會存在。

但咱們須要統計的是在偏差能夠接受範圍內的首屏數據，根據在公司業務實踐的反饋來看，數據可靠性很高。

Talk is cheap, show me the code

咱們也開源了這個小工具：

github: auto-compute-first-screen-time

npm: auto-compute-first-screen-time

歡迎小夥伴們使用，吐槽，改進。