如何减少网页卡顿

前端Q

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· 2024-04-11

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前言

经常听人说，“不要阻塞主线程”，或者 “减少长耗时 "，该如何做呢？

聊网站性能的文章有很多，通常为了提高 js 性能，避不开这两点：

不要阻塞主线程
减少长耗时

该怎么做呢？很明显，精简 js 代码有好处，但更少的代码量是否就一定意味着用户界面的体验会更顺畅？可能会，但也可能恰恰相反。

要弄懂优化 js 中任务的重要性，首先需要了解什么是任务、任务的角色以及浏览器的任务处理机制。

浏览器中的任务

浏览器执行的任务之间是相互独立的，像页面渲染，html 和 css 的解析，以及执行 js 代码都属于任务的范畴。虽然开发者不能直接控制这些任务，但毫无疑问的是，浏览器中的任务主要源自开发者编写和部署的代码。

图 1

上图中的任务便是 chrome DevToos 性能剖析中点击事件触发的。从图中能看到，任务在顶端，任务下面列出了点击事件、调用的函数，此外还调用很多其他方法。

任务能影响性能的方式很多，比如在打开网站时下载 js 代码，浏览器会把任务放到队列中不执行，而是准备解析和编译 js 而防止阻塞 js。之后网站上的任务才会因为用户交互驱动事件处理器、js 动画以及分析收集的后台活
动等 js 活动而触发。（web worker 这种情况例外）

什么是主线程？

浏览器绝大多的任务都发生在主线程，其主线程名称的由来也主要是因为：几乎所有 js 都在主线程运行。

主线程每次只能处理一个任务，当任务耗时超过特定时间，比如 50ms 就会被归类为长耗时。如果发生长耗时时存在用户交互，或者关键渲染更新时，浏览器就会延后再处理用户交互，这会直接导致用户交互或者渲染出现延迟。

谷歌性能剖析中的长耗时如图所示，一般会在任务角上用红色三角形标出来，其中被阻塞的任务部分用红色细斜条纹标出来（如上图所示）。

优化长耗时，意味着将单个长耗时任务拆解成几个耗时相对短的小任务，可以查看下图。

在上图中能看到单个长任务和被拆分成了 5 个短任务。

为什么需要拆分任务非常重要？因为拆分长任务后，浏览器就有了更多的机会，可以去处理优先级别更高的工作，其中就包括用户交互行为。

如果任务非常长，浏览器对用户交互的展示如图所示，这时候浏览器就没法快速处理用户交互，但拆分长任务后的从图中能看到效果就不一样。

因为长任务的缘故，用户交互产生的事件处理就必须排队，等待长任务执行完后才能执行。这个时候就会导致用户交互的延迟。当拆分成较短的任务后，事件处理器就有机会更快的触发。

因为事件处理器能够在短任务之间得以执行，也就比长任务耗时更短。在长耗时的图片中，用户可能就会感到卡顿；长任务拆分后，用户可能就感觉体验很流畅。

然而问题来了，那就是减少长耗时到底该怎么做，不要阻塞主线程写的也不够明确。这篇文章便为你解开这些神秘的面纱。

任务管理策略

软件架构中有时候会将一个任务拆分成多个函数，这不仅能增强代码可读性，也让项目更容易维护，当然这样也更容易写测试。

 function saveSettings () {
   validateForm();
   showSpinner();
   saveToDatabase();
   updateUI();
   sendAnalytics();
 }

在上面的例子中，该函数 saveSettings 调用了另外 5 个函数，包括验证表单、展示加载的动画、发送数据到后端等。理论上讲，这是很合理的架构。如果需调试这些功能，也只需要在项目中查找每个函数即可。

然而，这样也有问题，就是 js 并不是为每个方法开辟一个单独的任务，因为这些方法都包含在 saveSetting 这个函数中，也就是说这五个方法在一个任务中执行

重点提示

js 遵循执行才编译的原理，也就是说，只有一个任务结束才会执行下一个任务，而且不论这个任务会阻塞主线程多久。

saveSetting 这个函数调用 5 个函数，这个函数的执行看起来就像一个特别长的长的任务。

在很多场景中，单个函数耗时可能会超过 50ms，从而使得整体任务耗时更长。如果测试场景比较差，特别是在 “资源受限” 场景下测试的设备，每个函数可能耗时都会更久。接下来，将会分享优化的策略。

使用代码延迟任务执行

为了拆分长任务，开发者经常使用定时器 setTimeout。通过把方法传递给 setTimeout，也就等同于重新创建
了一个新的任务，延迟了回调的执行，而且使用该方法，即便是将 delay 时间设定成 0，也是有效的。

 function saveSettings () {
   // Do critical work that is user-visible:
   validateForm();
   showSpinner();
   updateUI();

   // Defer work that isn't user-visible to a separate task:
   setTimeout(() => {
     saveToDatabase();
     sendAnalytics();
   }, 0);
 }

如果需执行的函数先后关系是很明确，这个方法会非常有效，然而并不是所有场景都能使用这个方法。比如，如需要在循环中处理大数据量的数据，这个任务的耗时可能就会非常长（假设有数百万的数据量）

 function processData () {
   for (const item of largeDataArray) {
     // Process the individual item here.
   }
 }

此时，使用 setTimeout 就会出错，因为效率原因无法实行，而且虽然单独处理每个数据耗时很短，但整个数组可能花费特别长的时间。综合来看，setTimeout 就不能算是特别有效的工具。

除了 setTimeout 的方式，确有一些 api 能够允许延迟代码到随后的任务中执行。其中一个方式便是使用 postMessage 替代定时器；也可以使用 requestIdleCallback，但是需要注意这个 api 编排的任务的优先级别最低，而且只会在浏览器空闲时才会执行。当主线程繁忙时，通过 requestIdleCallback 这个 api 编排的任务可能永远不会执行。

使用 async、await 来创造让步点

在本文会出现一个新词让步，这个词的定义、用法和意义可以通过代码和介绍进行阐述。

重点提示

当让步于主线程后，浏览器就有机会处理那些更重要的任务，而不是放在队列中排队。理想状态下，一旦出现用户界面级别的任务，就应该让步给主线程，让任务更快的执行完。让步于主线程让更重要的工作能更快的完成

分解任务后，按照浏览器内部的优先级别划分，其他的任务可能优先级别调整的会更高。一种让步于主线程的方式是配合用了 setTimeout 的 promise。

 function yieldToMain () {
   return new Promise(resolve => {
     setTimeout(resolve, 0);
   });
 }

注意

尽管这个例子在返回 promise 中通过 setimeout 来调用 resolve，但此时并不是新开一个任务让 promise 执行后续代码，而是通过 setTimeout 调用。因为 promise 的回调属于微任务，因此不会让步于主线程。

在 saveSettings 的函数中，可以在每次 await 函数 yieldToMain 后让步于主线程：

 async function saveSettings () {
   // Create an array of functions to run:
   const tasks = [    validateForm,    showSpinner,    saveToDatabase,    updateUI,    sendAnalytics  ]

   // Loop over the tasks:
   while (tasks.length > 0) {
     // Shift the first task off the tasks array:
     const task = tasks.shift();

     // Run the task:
     task();

     // Yield to the main thread:
     await yieldToMain();
   }
 }

重要提示

并不是所有函数调用都要让步于主线程。如果两个函数的结果在用户界面上有重要的更新，最好就不要这样做。如果可以，可以想让任务执行，然后考虑在那些不重要的函数或者能在后台运行的函数之间让步。

这样的好处是，就能看到单个大的长任务被拆分成了多个独立的任务。

现在能看到，saveSetting 这个函数内的函数现在成为了单独的任务。

通过使用 promise 这种方式，和手动写 setTimeout 这种定时器方式相比，在工程上有跟多的好处。让步的时间点变成了声明式，因此这种代码写起来更容易，阅读和理解也更轻松。

只在必要时让步

假如有一堆的任务，但是只想在用户交互的时候才让步，该怎么办？正好有这种 api--isInputPending
isInputPending 这个函数可以在任何时候调用，它能判断用户是否要与页面元素进行交互。调用
isInputPending 会返回布尔值，true 代表要与页面元素交互，false 则不交互。

比如说，任务队列中有很多任务，但是不想阻挡用户输入，使用 isInputPending 和自定义方法 yieldToMain 方法，就能够保证用户交互时的 input 不会延迟。

 async function saveSettings () {
   // 函数队列
   const tasks = [    validateForm,    showSpinner,    saveToDatabase,    updateUI,    sendAnalytics  ];

   while (tasks.length > 0) {
     // 让步于用户输入
     if (navigator.scheduling.isInputPending()) {
       // 如果有用户输入在等待，则让步
       await yieldToMain();
     } else {
       // Shift the the task out of the queue:
       const task = tasks.shift();

       // Run the task:
       task();
     }
   }
 }

在 saveSetting 执行过程中，会逐个循环队列中的任务。如果循环时 isInputPending 结果返回真，saveSetting 就会调用 yieldToMain 函数，这样就能处理用户输入的事件，反之，就会走到队列继续执行下一个，直到队列执行完。

saveSetting 这个任务队列中有 5 个任务，但此时如果正在执行第二个任务而用户想打开某个菜单，于是点击了这个菜单，isInputPending 就会让步，让主线程处理交互事件，同时也会稍后执行后面剩余的任务。

用户输入后 isInputPending 的返回值不一定总是 “true”, 这是因为操作系统需要时间来通知浏览器交互结束，也就是说其他代码可能已经开始执行，比如截图例子中的 saveToDatabase 这个方法可能已经在执行了。即便使用 isInputPending，还是需要在每个方法限制任务中的方法数量。

使用 isInputPending 配合让步的策略，能让浏览器有机会响应用户的重要交互，这在很多情况下，尤其是很多执行很多任务时，能够提高页面对用户的响应能力。

另一种使用 isInputPending 的方式，特别是担心浏览器不支持该策略，就可以使用另一种结合时间的方式。

 async function saveSettings () {
   // A task queue of functions
   const tasks = [    validateForm,    showSpinner,    saveToDatabase,    updateUI,    sendAnalytics  ];

   let deadline = performance.now() + 50;

   while (tasks.length > 0) {
     // Optional chaining operator used here helps to avoid
     // errors in browsers that don't support `isInputPending`:
     if (navigator.scheduling?.isInputPending() || performance.now() >= deadline) {
       // There's a pending user input, or the
       // deadline has been reached. Yield here:
       await yieldToMain();

       // Extend the deadline:
       deadline += 50;

       // Stop the execution of the current loop and
       // move onto the next iteration:
       continue;
     }

     // Shift the the task out of the queue:
     const task = tasks.shift();

     // Run the task:
     task();
   }
 }

使用这种方式，通过结合时间来兼容不支持 isInputPending 的浏览器，尤其是使用截止时间或者在特定时间点，让工作能在适当时候中断，不论是通过让步于用户输入还是在特定时间节点。

几个 API 的差异

目前提到的 api 对于拆解任务都有帮助，但也有弊端：让步与主线程则意味着延迟代码稍后执行，即该部分代码被添加到稍后的事件队列中去了。

如果能控制页面中所有的代码，就可以编排各个任务的优先级，但是第三方 js 脚本可能不会服从安排。实际上，也不可能真正意义上给所有的任务排优先级，而是只能让他们成堆，或者是让步于特定的用户交互行为。

幸运的是，有一个专门编排优先级的 api 正在开发中，相信能够解决这些问题。

专门编排优先级的 api

目前在书写本文时该 api 提供 postTask 的功能，对于所有的 chromium 浏览器和 firefox 均可使用。

postTask 允许更细粒度的编排任务，该方法能让浏览器编排任务的优先级，以便地优先级别的任务能够让步于主线程。目前 postTask 使用 promise，接受优先级这个参数设定。

postTask 方法有三个优先级别：

background 级，适用于优先级别最低的任务
user-visible 级，适用于优先级别中等的任务，如果没有入参，也是该函数的默认参数。
user-blocking 级，适用于优先级别最高的任务。

拿下面的代码来举例，postTask 在三处分别都是最高优先级别，其他的另外两个任务优先级别都是最低。

 function saveSettings () {
   // Validate the form at high priority
   scheduler.postTask(validateForm, {priority: 'user-blocking'});

   // Show the spinner at high priority:
   scheduler.postTask(showSpinner, {priority: 'user-blocking'});

   // Update the database in the background:
   scheduler.postTask(saveToDatabase, {priority: 'background'});

   // Update the user interface at high priority:
   scheduler.postTask(updateUI, {priority: 'user-blocking'});

   // Send analytics data in the background:
   scheduler.postTask(sendAnalytics, {priority: 'background'});
 };

在上面例子中，通过这些任务的优先级的编排方式，能让高浏览器级别的任务，比如用户交互等得以触发。

当 saveSettings 方法在执行时，会使用 postTask 来编排每个方法。关键的用户侧任务优先级别高，当然用户并不知道的任务按照 background 的级别，这就可以 up 和提高优先级。

【第1920期】如何监控网页的卡顿？

这是如何使用 postTask 的非常简单的例子。可以用不同的 TaskController 对象来区分，这样能在不同的人物之间共享优先级别，也能为不同的 TaskController 的实例变更优先级。

重点提示
postTask 并不是所有浏览器都支持。可以检测是否空，或者考虑使用 polyfill。

内置不中断的让步方法

还有一个编排 api 目前还在提议阶段，还没有内置到任何浏览器中。它的用法和本章和开始讲到的 yieldToMain 这个方法类似。

 async function saveSettings () {
   // Create an array of functions to run:
   const tasks = [
     validateForm,
     showSpinner,
     saveToDatabase,
     updateUI,
     sendAnalytics
   ]

   // Loop over the tasks:
   while (tasks.length > 0) {
     // Shift the first task off the tasks array:
     const task = tasks.shift();

     // Run the task:
     task();

     // Yield to the main thread with the scheduler
     // API's own yielding mechanism:
     await scheduler.yield();
   }
 }