【性能優化】quicklink：實現原理與給前端的啓發

近來，GoogleChromeLabs 推出了 quicklink，用以實現連接資源的預加載（prefetch）。本文在介紹其實現思路的基礎上，會進一步探討在預加載方面前端工程師還能夠作什麼。

1. quicklink 是什麼的？

quicklink 是一個經過預加載資源來提高後續方案速度的輕量級工具庫。旨在提高瀏覽過程當中，用戶訪問後續頁面時的加載速度。

當咱們提到性能優化，每每都會着眼於對當前用戶訪問的這個頁面，如何經過壓縮資源大小、刪減沒必要要資源、加快頁面解析渲染等方式提高用戶的訪問速度；而 quicklink 用了另外一種思路：我預先幫你加載（獲取）你接下來最可能要用的資源，這樣以後的真正使用到該資源（連接）時就會感受很是順暢。

照着這個思路，咱們須要解決的問題就是如何預先幫用戶加載資源呢？這裏其實涉及到兩個問題：

• 如何去預加載一個指定資源？（預加載的方式）
• 如何肯定某個資源是否要加載？（預加載的策略）

下面就結合 quicklink 源碼來看看如何解決這兩個問題。

注：下文提到的「預加載」/「預獲取」均指 prefetch

2. quicklink 實現原理

2.1. 如何去預加載一個指定資源？

首先要解決的是，經過什麼方式來實現資源的預加載。即預加載的方式。

咱們這裏的預加載對應的英文是 prefetch。提到 prefetch 天然會想到使用瀏覽器的 Resource Hints，經過提示瀏覽器作一些「預操做」（例如 DNS 解析、資源下載等）來加快後續的訪問。

若是對 prefetch 與 Resource Hints 不熟悉，能夠看看這篇 《使用Resource Hint提高頁面加載性能與體驗》。

只須要下面這樣一行代碼就能夠實現瀏覽器的資源預加載。是否是很是美妙？

<link rel="prefetch" href="/my.little.script.js" as="script">

所以，要預加載一個資源能夠經過下面四行代碼：

const link = document.createElement(`link`);
link.rel = `prefetch`;
link.href = url;
document.head.appendChild(link);

然而，咱們不得不面對兼容性的問題，在低版本 IE 與移動端是重災區。

好夢破滅。既然如此，咱們就須要一個相似 prefetch shim 的方式：在不支持 Resource Hints 的瀏覽器中，使用其餘方式來預加載資源。對此，咱們能夠利用瀏覽器自身的緩存策略，「實實在在」預先請求這個資源，這也造成了一種資源的「預獲取」。而這最方便的就是經過 XHR：

const req = new XMLHttpRequest();
req.open(`GET`, url, req.withCredentials=true);
req.send();

這樣 shim 也完成了。最後，如何檢測瀏覽器是否支持 prefetch 呢？

咱們能夠經過 link 元素上 relList 屬性的 support 方法來檢查對 prefetch 的支持狀況：

const link = document.createElement('link');
link.relList || {}).supports && link.relList.supports('prefetch');

結合這三個段代碼，就造成了一個簡易的 prefetcher：判斷是否支持 Resource Hints 中的 prefetch，支持則使用它，不然回退使用 XHR 加載。

值得一提的是，使用 Resource Hints 與使用 XHR 來預加載資源仍是有一些重要差別的。草案中也提到了一些（主要是與性能以及與瀏覽器其餘行爲之間的衝突）。其中還有一點就是，Resource Hints 中的 prefetch 是否執行，徹底是由瀏覽器決定的，草案裏有句話很是明顯 —— the user agent SHOULD fetch。所以，全部 prefetch 的資源並不必定會真正被 prefetch。相較之下，XHR 的方式「成功率」則更高。這點在 Netflix 實施的性能優化案例中也提到了。

題外話：quicklink 中使用 fetch API 實現高優先級資源的加載。這是由於瀏覽器中會爲全部的請求都設置一個優先級，高優請求會被優先執行；目前， fetch 在 Chrome 中屬於高優先級，在 Safari 中屬於中等優先級。

2.2. 如何肯定某個資源是否要預加載？

有了資源預加載的方式，那麼接下來就須要一個預加載的策略了。

這實際上是個見仁見智的問題。例如直接給你一個連接 https://my.test.com/somelink，在沒有任何背景信息的狀況下，恐怕你徹底不知道是否須要預加載它。那對於這個問題，quicklink 是怎麼解決的呢？或者說，quicklink 是經過什麼策略來進行預加載的呢？

quicklink 用了一個比較直觀的策略：只對處於視口內的資源進行預加載。這一點也比較好理解，網絡上大多的資源加載、頁面跳轉都伴隨着用戶點擊這類行爲，而它要是不在你的視野內，你也就無從點擊了。這必定程度上算是個必要條件。

這麼一來，咱們所要解決的問題就是，若是判斷一個連接是否處於可視區域內？

之前，對於這種問題，咱們作的就是監聽 scroll 事件，而後判斷某元素的位置，從而來「得知」元素是否進入了視區。傳統的圖片懶加載庫 lazysize 等也是用這種策略。

document.addEventListener('scroll', function () {
    // ……判斷元素位置
});

注：目前 lazysize 也有了基於 IntersectionObserver 的實現

固然，須要特別注意滾動監聽的性能，例如使用截流、避免強制同步佈局、 passive: true 等方式緩解性能問題。

不過如今咱們有了一個新的方式來實現這一功能 —— IntersectionObserver：

const observer = new IntersectionObserver(entries => {
  entries.forEach(entry => {
    if (entry.isIntersecting) {
      const link = entry.target;
      // 預加載連接
    }
  });
});

// 對全部 a 標籤添加觀察者
Array.from(options.el.querySelectorAll('a'), link => {
    observer.observe(link);
});

IntersectionObserver 會建立一個觀察者，專門用來觀察與通知元素進出視口的狀況。如上述代碼所示，IntersectionObserver 能夠觀察全部 a 元素的位置狀況（主要是進入視野）。

對 IntersectionObserver 不瞭解的同窗能夠參考 Google 的 IntersectionObserver 介紹文章。

可是以下圖所示， IntersectionObserver 存在兼容性問題，所以要在不兼容的瀏覽器中使用 quicklink，會須要一個 polyfill。

目前，咱們已經把 quicklink 的兩大部分（預加載的方式和預加載的策略）的原理和簡單實現講完了。整個 quicklink 很是簡潔，這些基本就是 quicklink 的核心。剩下的就是一些參數檢查、額外的規則特性等。

題外話：爲了進一步保證性能，quicklink 使用 requestIdleCallback 在空閒時間查詢頁面 a 標籤並掛載觀察者。對 requestIdleCallback 不瞭解的同窗能夠看看 Google 的這篇文章。

3. 到此爲止？不，咱們還能作更多

到這裏，quicklink 的實現就基本講完了。仔細回想一下，quicklink 其實提供了咱們一種經過「預加載」來實現性能優化的思路（粗略來講像是用流量換體驗）。這種方式我在前面也提到了，其實能夠分爲兩個部分：

• 如何去預加載一個指定資源？（預加載的方式）
• 如何肯定某個資源是否要加載？（預加載的策略）

其實兩部分彷佛都有能夠做爲的地方。例如如何保證 prefetcher（資源預加載器）的成功率能更高，以及目前使用的回退方案 XHR 其實在預加載沒法緩存的資源時所受的限制等。

此外，咱們在這裏還能夠來聊一聊策略這塊。

因爲 quicklink 是一個業務無關的輕量級功能庫，因此它採用了一個簡單但必定程度上有效的策略：預加載視野內的連接資源。然而在實際生產中，咱們面對的是更復雜的環境，更復雜的業務，反而會須要更精準的預加載判斷。所以，咱們徹底能夠從 quicklink 中剝離出 prefetcher 來做爲一個預加載器；而在策略部分使用本身的實現，例如：

• 結合訪問日誌、打點記錄的更精準的預加載。例如，咱們能夠經過訪問日誌、打點記錄，根據 refer 來判斷，從 A 頁面來的 B、C、D 頁面的比例，從而設置一個閾值，超過該閾值則認爲訪問 A 頁面的用戶接下來更容易訪問它，從而對其預加載。
• 結合用戶行爲數據來進行個性化的預加載。例如咱們有一個閱讀類或商品展現類站點，從用戶行爲發現，當該連接暴露在該用戶視野內 XX 秒（用戶閱讀內容 XX 秒）後點擊率達到 XX%。而不是簡單的一刀切或進入視野就預加載。
• 後置非必要資源，精簡某類落地頁。落地頁就是要讓新用戶儘快「落地」，爲此咱們能夠像 Netflix 介紹的那樣，在宣貫頁/登陸頁精簡加載內容，而預加載後續主站的主包（主資源）。例若有些站點的首頁大多偏靜態，能夠用原生 JavaScript 加 內聯關鍵 CSS 的方式，加快加載，用戶訪問後再預加載 React、Vue 等一系列主站資源。
• 等等。

上面這些場景只是拋磚引玉，相信你們還會有更多更好的場景能夠來助力咱們的前端應用「起飛」。此外，咱們徹底能夠藉助一些構建工具、數據採集與分析平臺來實現策略的自動提取與注入，優化整個預加載的流程。

寫在最後

預加載、Resource Hints等由來已久。quicklink 經過提出了一種可行的方案讓它又進入了你們的視野，給咱們展示了性能優化的另外一面。但願你們經過了解 quicklink 的實現，也能有本身的想法與啓發。

相信隨着瀏覽器的不斷進化，標準的不斷前行，前端工程師對極致體驗與性能要求的不斷提升，咱們的產品將會愈來愈好。