初探 performance – 监控网页与程序性能

标签: JavaScript Web 前端优化 Web开发 | 发表时间:2015-09-03 15:26 | 作者:TAT.felix
出处:http://www.alloyteam.com

使用 window.performance 提供了一组精确的数据,经过简单的计算就能得出一些网页性能数据。

配合上报一些客户端浏览器的设备类型等数据,就可以实现简单的统计啦!

额,先看下兼容性如何: http://caniuse.com/#feat=nav-timing

这篇文章中 Demo 的运行环境为最新的 Chrome 的控制台,如果你用的是其他浏览器,自查兼容性哈~

先来看看在 Chrome 浏览器控制台中执行 window.performance 会出现什么:

简单解释下 performance 中的属性:

先看下一个请求发出的整个过程中,各种环节的时间顺序:

// 获取 performance 数据
var performance = {  
    // memory 是非标准属性,只在 Chrome 有
    // 财富问题:我有多少内存
    memory: {
        usedJSHeapSize:  16100000, // JS 对象(包括V8引擎内部对象)占用的内存,一定小于 totalJSHeapSize
        totalJSHeapSize: 35100000, // 可使用的内存
        jsHeapSizeLimit: 793000000 // 内存大小限制
    },

    //  哲学问题:我从哪里来?
    navigation: {
        redirectCount: 0, // 如果有重定向的话,页面通过几次重定向跳转而来
        type: 0           // 0   即 TYPE_NAVIGATENEXT 正常进入的页面(非刷新、非重定向等)
                          // 1   即 TYPE_RELOAD       通过 window.location.reload() 刷新的页面
                          // 2   即 TYPE_BACK_FORWARD 通过浏览器的前进后退按钮进入的页面(历史记录)
                          // 255 即 TYPE_UNDEFINED    非以上方式进入的页面
    },

    timing: {
        // 在同一个浏览器上下文中,前一个网页(与当前页面不一定同域)unload 的时间戳,如果无前一个网页 unload ,则与 fetchStart 值相等
        navigationStart: 1441112691935,

        // 前一个网页(与当前页面同域)unload 的时间戳,如果无前一个网页 unload 或者前一个网页与当前页面不同域,则值为 0
        unloadEventStart: 0,

        // 和 unloadEventStart 相对应,返回前一个网页 unload 事件绑定的回调函数执行完毕的时间戳
        unloadEventEnd: 0,

        // 第一个 HTTP 重定向发生时的时间。有跳转且是同域名内的重定向才算,否则值为 0 
        redirectStart: 0,

        // 最后一个 HTTP 重定向完成时的时间。有跳转且是同域名内部的重定向才算,否则值为 0 
        redirectEnd: 0,

        // 浏览器准备好使用 HTTP 请求抓取文档的时间,这发生在检查本地缓存之前
        fetchStart: 1441112692155,

        // DNS 域名查询开始的时间,如果使用了本地缓存(即无 DNS 查询)或持久连接,则与 fetchStart 值相等
        domainLookupStart: 1441112692155,

        // DNS 域名查询完成的时间,如果使用了本地缓存(即无 DNS 查询)或持久连接,则与 fetchStart 值相等
        domainLookupEnd: 1441112692155,

        // HTTP(TCP) 开始建立连接的时间,如果是持久连接,则与 fetchStart 值相等
        // 注意如果在传输层发生了错误且重新建立连接,则这里显示的是新建立的连接开始的时间
        connectStart: 1441112692155,

        // HTTP(TCP) 完成建立连接的时间(完成握手),如果是持久连接,则与 fetchStart 值相等
        // 注意如果在传输层发生了错误且重新建立连接,则这里显示的是新建立的连接完成的时间
        // 注意这里握手结束,包括安全连接建立完成、SOCKS 授权通过
        connectEnd: 1441112692155,

        // HTTPS 连接开始的时间,如果不是安全连接,则值为 0
        secureConnectionStart: 0,

        // HTTP 请求读取真实文档开始的时间(完成建立连接),包括从本地读取缓存
        // 连接错误重连时,这里显示的也是新建立连接的时间
        requestStart: 1441112692158,

        // HTTP 开始接收响应的时间(获取到第一个字节),包括从本地读取缓存
        responseStart: 1441112692686,

        // HTTP 响应全部接收完成的时间(获取到最后一个字节),包括从本地读取缓存
        responseEnd: 1441112692687,

        // 开始解析渲染 DOM 树的时间,此时 Document.readyState 变为 loading,并将抛出 readystatechange 相关事件
        domLoading: 1441112692690,

        // 完成解析 DOM 树的时间,Document.readyState 变为 interactive,并将抛出 readystatechange 相关事件
        // 注意只是 DOM 树解析完成,这时候并没有开始加载网页内的资源
        domInteractive: 1441112693093,

        // DOM 解析完成后,网页内资源加载开始的时间
        // 在 DOMContentLoaded 事件抛出前发生
        domContentLoadedEventStart: 1441112693093,

        // DOM 解析完成后,网页内资源加载完成的时间(如 JS 脚本加载执行完毕)
        domContentLoadedEventEnd: 1441112693101,

        // DOM 树解析完成,且资源也准备就绪的时间,Document.readyState 变为 complete,并将抛出 readystatechange 相关事件
        domComplete: 1441112693214,

        // load 事件发送给文档,也即 load 回调函数开始执行的时间
        // 注意如果没有绑定 load 事件,值为 0
        loadEventStart: 1441112693214,

        // load 事件的回调函数执行完毕的时间
        loadEventEnd: 1441112693215

        // 字母顺序
        // connectEnd: 1441112692155,
        // connectStart: 1441112692155,
        // domComplete: 1441112693214,
        // domContentLoadedEventEnd: 1441112693101,
        // domContentLoadedEventStart: 1441112693093,
        // domInteractive: 1441112693093,
        // domLoading: 1441112692690,
        // domainLookupEnd: 1441112692155,
        // domainLookupStart: 1441112692155,
        // fetchStart: 1441112692155,
        // loadEventEnd: 1441112693215,
        // loadEventStart: 1441112693214,
        // navigationStart: 1441112691935,
        // redirectEnd: 0,
        // redirectStart: 0,
        // requestStart: 1441112692158,
        // responseEnd: 1441112692687,
        // responseStart: 1441112692686,
        // secureConnectionStart: 0,
        // unloadEventEnd: 0,
        // unloadEventStart: 0
    }
};

具体的含义都在注释里说明了,接下来我们看下能用这些数据做什么?

使用 performance.timing 信息简单计算出网页性能数据

在注释中,我用【重要】标注了我个人认为比较有用的数据,用【原因】标注了为啥要重点关注这个数据

// 计算加载时间
function getPerformanceTiming () {  
    var performance = window.performance;

    if (!performance) {
        // 当前浏览器不支持
        console.log('你的浏览器不支持 performance 接口');
        return;
    }

    var t = performance.timing;
    var times = {};

    //【重要】页面加载完成的时间
    //【原因】这几乎代表了用户等待页面可用的时间
    times.loadPage = t.loadEventEnd - t.navigationStart;

    //【重要】解析 DOM 树结构的时间
    //【原因】反省下你的 DOM 树嵌套是不是太多了!
    times.domReady = t.domComplete - t.responseEnd;

    //【重要】重定向的时间
    //【原因】拒绝重定向!比如,http://example.com/ 就不该写成 http://example.com
    times.redirect = t.redirectEnd - t.redirectStart;

    //【重要】DNS 查询时间
    //【原因】DNS 预加载做了么?页面内是不是使用了太多不同的域名导致域名查询的时间太长?
    // 可使用 HTML5 Prefetch 预查询 DNS ,见:[HTML5 prefetch](http://segmentfault.com/a/1190000000633364)            
    times.lookupDomain = t.domainLookupEnd - t.domainLookupStart;

    //【重要】读取页面第一个字节的时间
    //【原因】这可以理解为用户拿到你的资源占用的时间,加异地机房了么,加CDN 处理了么?加带宽了么?加 CPU 运算速度了么?
    // TTFB 即 Time To First Byte 的意思
    // 维基百科:https://en.wikipedia.org/wiki/Time_To_First_Byte
    times.ttfb = t.responseStart - t.navigationStart;

    //【重要】内容加载完成的时间
    //【原因】页面内容经过 gzip 压缩了么,静态资源 css/js 等压缩了么?
    times.request = t.responseEnd - t.requestStart;

    //【重要】执行 onload 回调函数的时间
    //【原因】是否太多不必要的操作都放到 onload 回调函数里执行了,考虑过延迟加载、按需加载的策略么?
    times.loadEvent = t.loadEventEnd - t.loadEventStart;

    // DNS 缓存时间
    times.appcache = t.domainLookupStart - t.fetchStart;

    // 卸载页面的时间
    times.unloadEvent = t.unloadEventEnd - t.unloadEventStart;

    // TCP 建立连接完成握手的时间
    times.connect = t.connectEnd - t.connectStart;

    return times;
}

使用performance.getEntries() 获取所有资源请求的时间数据

这个函数返回的将是一个数组,包含了页面中所有的 HTTP 请求,这里拿第一个请求 window.performance.getEntries()[0] 举例。 注意 HTTP 请求有可能命中本地缓存,所以请求响应的间隔将非常短 可以看到,与 performance.timing 对比: 没有与 DOM 相关的属性:

  • navigationStart

  • unloadEventStart

  • unloadEventEnd

  • domLoading

  • domInteractive

  • domContentLoadedEventStart

  • domContentLoadedEventEnd

  • domComplete

  • loadEventStart

  • loadEventEnd

新增属性:

  • name

  • entryType

  • initiatorType

  • duration

与 window.performance.timing 中包含的属性就不再介绍了:

var entry = {  
    // 资源名称,也是资源的绝对路径
    name: "http://cdn.alloyteam.com/wp-content/themes/alloyteam/style.css",
    // 资源类型
    entryType: "resource",
    // 谁发起的请求
    initiatorType: "link", // link 即 <link> 标签
                           // script 即 <script>
                           // redirect 即重定向
    // 加载时间
    duration: 18.13399999809917,

    redirectStart: 0,
    redirectEnd: 0,

    fetchStart: 424.57699999795295,

    domainLookupStart: 0,
    domainLookupEnd: 0,

    connectStart: 0,
    connectEnd: 0,

    secureConnectionStart: 0,

    requestStart: 0,

    responseStart: 0,
    responseEnd: 442.7109999960521,

    startTime: 424.57699999795295
};

可以像 getPerformanceTiming 获取网页的时间一样,获取某个资源的时间:

// 计算加载时间
function getEntryTiming (entry) {  
    var t = entry;
    var times = {};

    // 重定向的时间
    times.redirect = t.redirectEnd - t.redirectStart;

    // DNS 查询时间
    times.lookupDomain = t.domainLookupEnd - t.domainLookupStart;

    // 内容加载完成的时间
    times.request = t.responseEnd - t.requestStart;

    // TCP 建立连接完成握手的时间
    times.connect = t.connectEnd - t.connectStart;

    // 挂载 entry 返回
    times.name = entry.name;
    times.entryType = entry.entryType;
    times.initiatorType = entry.initiatorType;
    times.duration = entry.duration;

    return times;
}

// test
// var entries = window.performance.getEntries();
// entries.forEach(function (entry) {
//     var times = getEntryTiming(entry);
//     console.log(times);
// });

使用 performance.now() 精确计算程序执行时间

performance.now() 与 Date.now() 不同的是,返回了以微秒(百万分之一秒)为单位的时间,更加精准。

并且与 Date.now() 会受系统程序执行阻塞的影响不同,performance.now() 的时间是以恒定速率递增的,不受系统时间的影响(系统时间可被人为或软件调整)。

注意 Date.now() 输出的是 UNIX 时间,即距离 1970 的时间,而 performance.now() 输出的是相对于 performance.timing.navigationStart(页面初始化) 的时间。

使用 Date.now() 的差值并非绝对精确,因为计算时间时受系统限制(可能阻塞)。但使用 performance.now() 的差值,并不影响我们计算程序执行的精确时间。

// 计算程序执行的精确时间
function getFunctionTimeWithDate (func) {  
    var timeStart = Data.now();

    // 执行开始
    func();
    // 执行结束
    var timeEnd = Data.now();

    // 返回执行时间
    return (timeEnd - timeStart);
}
function getFunctionTimeWithPerformance (func) {  
    var timeStart = window.performance.now();

    // 执行开始
    func();
    // 执行结束
    var timeEnd = window.performance.now();

    // 返回执行时间
    return (timeEnd - timeStart);
}

使用 performance.mark() 也可以精确计算程序执行时间

使用 performance.mark() 标记各种时间戳(就像在地图上打点),保存为各种测量值(测量地图上的点之间的距离),便可以批量地分析这些数据了。

直接上示例代码看注释便明白:

function randomFunc (n) {  
    if (!n) {
        // 生成一个随机数
        n = ~~(Math.random() * 10000);
    }
    var nameStart = 'markStart' + n; 
    var nameEnd   = 'markEnd' + n; 
    // 函数执行前做个标记
    window.performance.mark(nameStart);

    for (var i = 0; i < n; i++) {
        // do nothing
    }

    // 函数执行后再做个标记
    window.performance.mark(nameEnd);

    // 然后测量这个两个标记间的时间距离,并保存起来
    var name = 'measureRandomFunc' + n;
    window.performance.measure(name, nameStart, nameEnd);
}

// 执行三次看看
randomFunc();  
randomFunc();  
// 指定一个名字
randomFunc(888);

// 看下保存起来的标记 mark
var marks = window.performance.getEntriesByType('mark');  
console.log(marks);

// 看下保存起来的测量 measure
var measure = window.performance.getEntriesByType('measure');  
console.log(measure);

// 看下我们自定义的测量
var entries = window.performance.getEntriesByName('measureRandomFunc888');  
console.log(entries);

可以看到,for 循环 measureRandomFunc888 的时候

结束时间为: 4875.1199999969685

开始时间为:4875.112999987323

执行时间为:4875.1199999969685 – 4875.112999987323 = 0.00700000964

标记和测量用完了可以清除掉:

// 清除指定标记
window.performance.clearMarks('markStart888');  
// 清除所有标记
window.performance.clearMarks();

// 清除指定测量
window.performance.clearMeasures('measureRandomFunc');  
// 清除所有测量
window.performance.clearMeasures();

当然 performance.mark() 只是提供了一些简便的测量方式,比如之前我们测量 domReady 是这么测的:

// 计算 domReady 时间
var t = performance.timing  
var domReadyTime = t.domComplete - t.responseEnd;  
console.log(domReadyTime)

其实就可以写成:

window.performance.measure('domReady','responseEnd' , 'domComplete');  
var domReadyMeasure = window.performance.getEntriesByName('domReady');  
console.log(domReadyMeasure);

抛砖引玉:performance 数据能干啥用?

熟悉 Chrome 开发者工具的朋友应该知道:在开发环境下,其实我们自己打开 Chrome 的开发者工具,切换到网络面板,就能很详细的看到网页性能相关的数据。但当我们需要统计分析用户打开我们网页时的性能如何时,我们将 performance 原始信息或通过简单计算后的信息(如上面写到的 getPerformanceTiming() 和 getEntryTiming()) 上传到服务器,配合其他信息(如 HTTP 请求头信息),就完美啦~

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