Web優化相關，前端性能監控工具

時間  2020-05-14
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  • 關注性能是工程師的本性 + 本分；
  • 頁面性能對用戶體驗而言十分關鍵。每次重構對頁面性能的提高，僅靠工程師開發設備的測試數據是沒有說服力的，須要有大量的真實數據用於驗證；
  • 資源掛了、加載出現異常，不能總靠用戶投訴才後知後覺，須要主動報警。

用什麼監控

關於前端性能指標，W3C 定義了強大的 Performance API，其中又包括了 High Resolution Time 、 Frame Timing 、 Navigation Timing 、 Performance Timeline 、Resource Timing 、 User Timing 等諸多具體標準。前端

本文主要涉及 Navigation Timing 以及 Resource Timing。截至到 2018 年中旬，各大主流瀏覽器均已完成了基礎實現。git

Navigation Timing Support

 

 

Resource Timing Support
 

Performance API 功能衆多，其中一項，就是將頁面自身以及頁面中各個資源的性能表現（時間細節）記錄了下來。而咱們要作的就是查詢和使用。github

讀者能夠直接在瀏覽器控制檯中輸入 performance ，查看相關 API。web

接下來，咱們將使用瀏覽器提供的 window.performance 對象（Performance API 的具體實現），來實現一個簡易的前端性能監控工具。數組

5 分鐘擼一個前端性能監控工具

第一行代碼

將工具命名爲 pMonitor，含義是 performance monitor。瀏覽器

const pMonitor = {}

監控哪些指標

既然是「5 分鐘實現一個 xxx」系列，那麼就要有取捨。所以，本文只挑選了最爲重要的兩個指標進行監控：緩存

  • 頁面加載時間
  • 資源請求時間

頁面加載

有關頁面加載的性能指標，能夠在 Navigation Timing 中找到。Navigation Timing 包括了從請求頁面起，到頁面完成加載爲止，各個環節的時間明細。app

能夠經過如下方式獲取 Navigation Timing 的具體內容：dom

const navTimes = performance.getEntriesByType('navigation')

返回結果是一個數組，其中的元素結構以下所示：異步

{
  "connectEnd": 64.15495765894057,
  "connectStart": 64.15495765894057,
  "domainLookupEnd": 64.15495765894057,
  "domainLookupStart": 64.15495765894057,
  "domComplete": 2002.5385066728431,
  "domContentLoadedEventEnd": 2001.7384263440083,
  "domContentLoadedEventStart": 2001.2386167400286,
  "domInteractive": 1988.638474368076,
  "domLoading": 271.75174283737226,
  "duration": 2002.9385468372606,
  "entryType": "navigation",
  "fetchStart": 64.15495765894057,
  "loadEventEnd": 2002.9385468372606,
  "loadEventStart": 2002.7383663540235,
  "name": "document",
  "navigationStart": 0,
  "redirectCount": 0,
  "redirectEnd": 0,
  "redirectStart": 0,
  "requestStart": 65.28225608537441,
  "responseEnd": 1988.283025689508,
  "responseStart": 271.75174283737226,
  "startTime": 0,
  "type": "navigate",
  "unloadEventEnd": 0,
  "unloadEventStart": 0,
  "workerStart": 0.9636893776343863
}

關於各個字段的時間含義，Navigation Timing Level 2 給出了詳細說明：

 

Navigation Timing attributes

 

不難看出，細節滿滿。所以，可以計算的內容十分豐富，例如 DNS 查詢時間，TLS 握手時間等等。能夠說，只有想不到，沒有作不到～

既然咱們關注的是頁面加載，那天然要讀取 domComplete:

const [{ domComplete }] = performance.getEntriesByType('navigation')

定義個方法，獲取 domComplete：

pMonitor.getLoadTime = () => {
  const [{ domComplete }] = performance.getEntriesByType('navigation')
  return domComplete
}

到此，咱們得到了準確的頁面加載時間。

 

資源加載

既然頁面有對應的 Navigation Timing，那靜態資源是否是也有對應的 Timing 呢？

答案是確定的，其名爲 Resource Timing。它包含了頁面中各個資源從發送請求起，到完成加載爲止，各個環節的時間細節，和 Navigation Timing 十分相似。

獲取資源加載時間的關鍵字爲 'resource', 具體方式以下：

performance.getEntriesByType('resource')

不難聯想，返回結果一般是一個很長的數組，由於包含了頁面上全部資源的加載信息。

每條信息的具體結構爲：

{
  "connectEnd": 462.95008929525244,
  "connectStart": 462.95008929525244,
  "domainLookupEnd": 462.95008929525244,
  "domainLookupStart": 462.95008929525244,
  "duration": 0.9620853673520173,
  "entryType": "resource",
  "fetchStart": 462.95008929525244,
  "initiatorType": "img",
  "name": "https://cn.bing.com/sa/simg/SharedSpriteDesktopRewards_022118.png",
  "nextHopProtocol": "",
  "redirectEnd": 0,
  "redirectStart": 0,
  "requestStart": 463.91217466260445,
  "responseEnd": 463.91217466260445,
  "responseStart": 463.91217466260445,
  "startTime": 462.95008929525244,
  "workerStart": 0
}

咱們關注的是資源加載的耗時狀況，能夠經過以下形式得到：

const [{ startTime, responseEnd }] = performance.getEntriesByType('resource')
const loadTime = responseEnd - startTime

同 Navigation Timing 類似，關於 startTime 、 fetchStart、connectStart 和 requestStart 的區別， Resource Timing Level 2 給出了詳細說明：

 

Resource Timing attributes

 

並不是全部的資源加載時間都須要關注，重點仍是加載過慢的部分。

出於簡化考慮，定義 10s 爲超時界限，那麼獲取超時資源的方法以下：

const SEC = 1000
const TIMEOUT = 10 * SEC
const setTime = (limit = TIMEOUT) => time => time >= limit
const isTimeout = setTime()
const getLoadTime = ({ startTime, responseEnd }) => responseEnd - startTime
const getName = ({ name }) => name
const resourceTimes = performance.getEntriesByType('resource')
const getTimeoutRes = resourceTimes
  .filter(item => isTimeout(getLoadTime(item)))
  .map(getName)

這樣一來，咱們獲取了全部超時的資源列表。

簡單封裝一下：

const SEC = 1000
const TIMEOUT = 10 * SEC
const setTime = (limit = TIMEOUT) => time => time >= limit
const getLoadTime = ({ requestStart, responseEnd }) =>
  responseEnd - requestStart
const getName = ({ name }) => name
pMonitor.getTimeoutRes = (limit = TIMEOUT) => {
  const isTimeout = setTime(limit)
  const resourceTimes = performance.getEntriesByType('resource')
  return resourceTimes.filter(item => isTimeout(getLoadTime(item))).map(getName)
}

上報數據

獲取數據以後，須要向服務端上報：

// 生成表單數據
const convert2FormData = (data = {}) =>
  Object.entries(data).reduce((last, [key, value]) => {
    if (Array.isArray(value)) {
      return value.reduce((lastResult, item) => {
        lastResult.append(`${key}[]`, item)
        return lastResult
      }, last)
    }
    last.append(key, value)
    return last
  }, new FormData())
// 拼接 GET 時的url
const makeItStr = (data = {}) =>
  Object.entries(data)
    .map(([k, v]) => `${k}=${v}`)
    .join('&')
// 上報數據
pMonitor.log = (url, data = {}, type = 'POST') => {
  const method = type.toLowerCase()
  const urlToUse = method === 'get' ? `${url}?${makeItStr(data)}` : url
  const body = method === 'get' ? {} : { body: convert2FormData(data) }
  const option = {
    method,
    ...body
  }
  fetch(urlToUse, option).catch(e => console.log(e))
}

回過頭來初始化

數據上傳的 url、超時時間等細節，因項目而異，因此須要提供一個初始化的方法：

// 緩存配置
let config = {}
/**
 * @param {object} option
 * @param {string} option.url 頁面加載數據的上報地址
 * @param {string} option.timeoutUrl 頁面資源超時的上報地址
 * @param {string=} [option.method='POST'] 請求方式
 * @param {number=} [option.timeout=10000]
 */
pMonitor.init = option => {
  const { url, timeoutUrl, method = 'POST', timeout = 10000 } = option
  config = {
    url,
    timeoutUrl,
    method,
    timeout
  }
  // 綁定事件 用於觸發上報數據
  pMonitor.bindEvent()
}

什麼時候觸發

性能監控只是輔助功能，不該阻塞頁面加載，所以只有當頁面完成加載後，咱們才進行數據獲取和上報（實際上，頁面加載完成前也獲取不到必要信息）：

// 封裝一個上報兩項核心數據的方法
pMonitor.logPackage = () => {
  const { url, timeoutUrl, method } = config
  const domComplete = pMonitor.getLoadTime()
  const timeoutRes = pMonitor.getTimeoutRes(config.timeout)
  // 上報頁面加載時間
  pMonitor.log(url, { domeComplete }, method)
  if (timeoutRes.length) {
    pMonitor.log(
      timeoutUrl,
      {
        timeoutRes
      },
      method
    )
  }
}
// 事件綁定
pMonitor.bindEvent = () => {
  const oldOnload = window.onload
  window.onload = e => {
    if (oldOnload && typeof oldOnload === 'function') {
      oldOnload(e)
    }
    // 儘可能不影響頁面主線程
    if (window.requestIdleCallback) {
      window.requestIdleCallback(pMonitor.logPackage)
    } else {
      setTimeout(pMonitor.logPackage)
    }
  }
}

彙總

到此爲止，一個完整的前端性能監控工具就完成了～所有代碼以下：

const base = {
  log() {},
  logPackage() {},
  getLoadTime() {},
  getTimeoutRes() {},
  bindEvent() {},
  init() {}
}

const pm = (function() {
  // 向前兼容
  if (!window.performance) return base
  const pMonitor = { ...base }
  let config = {}
  const SEC = 1000
  const TIMEOUT = 10 * SEC
  const setTime = (limit = TIMEOUT) => time => time >= limit
  const getLoadTime = ({ startTime, responseEnd }) => responseEnd - startTime
  const getName = ({ name }) => name
  // 生成表單數據
  const convert2FormData = (data = {}) =>
    Object.entries(data).reduce((last, [key, value]) => {
      if (Array.isArray(value)) {
        return value.reduce((lastResult, item) => {
          lastResult.append(`${key}[]`, item)
          return lastResult
        }, last)
      }
      last.append(key, value)
      return last
    }, new FormData())
  // 拼接 GET 時的url
  const makeItStr = (data = {}) =>
    Object.entries(data)
      .map(([k, v]) => `${k}=${v}`)
      .join('&')
  pMonitor.getLoadTime = () => {
    const [{ domComplete }] = performance.getEntriesByType('navigation')
    return domComplete
  }
  pMonitor.getTimeoutRes = (limit = TIMEOUT) => {
    const isTimeout = setTime(limit)
    const resourceTimes = performance.getEntriesByType('resource')
    return resourceTimes
      .filter(item => isTimeout(getLoadTime(item)))
      .map(getName)
  }
  // 上報數據
  pMonitor.log = (url, data = {}, type = 'POST') => {
    const method = type.toLowerCase()
    const urlToUse = method === 'get' ? `${url}?${makeItStr(data)}` : url
    const body = method === 'get' ? {} : { body: convert2FormData(data) }
    const init = {
      method,
      ...body
    }
    fetch(urlToUse, init).catch(e => console.log(e))
  }
  // 封裝一個上報兩項核心數據的方法
  pMonitor.logPackage = () => {
    const { url, timeoutUrl, method } = config
    const domComplete = pMonitor.getLoadTime()
    const timeoutRes = pMonitor.getTimeoutRes(config.timeout)
    // 上報頁面加載時間
    pMonitor.log(url, { domeComplete }, method)
    if (timeoutRes.length) {
      pMonitor.log(
        timeoutUrl,
        {
          timeoutRes
        },
        method
      )
    }
  }
  // 事件綁定
  pMonitor.bindEvent = () => {
    const oldOnload = window.onload
    window.onload = e => {
      if (oldOnload && typeof oldOnload === 'function') {
        oldOnload(e)
      }
      // 儘可能不影響頁面主線程
      if (window.requestIdleCallback) {
        window.requestIdleCallback(pMonitor.logPackage)
      } else {
        setTimeout(pMonitor.logPackage)
      }
    }
  }

  /**
   * @param {object} option
   * @param {string} option.url 頁面加載數據的上報地址
   * @param {string} option.timeoutUrl 頁面資源超時的上報地址
   * @param {string=} [option.method='POST'] 請求方式
   * @param {number=} [option.timeout=10000]
   */
  pMonitor.init = option => {
    const { url, timeoutUrl, method = 'POST', timeout = 10000 } = option
    config = {
      url,
      timeoutUrl,
      method,
      timeout
    }
    // 綁定事件 用於觸發上報數據
    pMonitor.bindEvent()
  }

  return pMonitor
})()

export default pm

調用

若是想追求極致的話，在頁面加載時，監測工具不該該佔用主線程的 JavaScript 解析時間。所以，最好在頁面觸發 onload 事件後，採用異步加載的方式：

// 在項目的入口文件的底部
const log = async () => {
  const pMonitor = await import('/path/to/pMonitor.js')
  pMonitor.init({ url: 'xxx', timeoutUrl: 'xxxx' })
  pMonitor.logPackage()
  // 能夠進一步將 bindEvent 方法從源碼中刪除
}
const oldOnload = window.onload
window.onload = e => {
  if (oldOnload && typeof oldOnload === 'string') {
    oldOnload(e)
  }
  // 儘可能不影響頁面主線程
  if (window.requestIdleCallback) {
    window.requestIdleCallback(log)
  } else {
    setTimeout(log)
  }
}

設置報警

既能夠是每一個項目對應不一樣的上報 url，也能夠是統一的一套 url，項目分配惟一 id 做爲區分。

當超時次數在規定時間內超過約定的閾值時，郵件/短信通知開發人員。

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