性能优化三部曲之三——Node直出让你的网页秒开

李成熙heyli

发布于 2018-01-05 15:39:54

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发布于 2018-01-05 15:39:54

文章被收录于专栏：李成熙heyli

项目：手Q群成员分布直出

原因：

为家校群业务直出做准备
群成员分布业务是小型业务，而且逻辑相当简单，方便做直出试验田

基本概念：

直出其实并不算是新概念。只不过在Web2.0单页应用流行的年代，一直被人遗忘在身后。其实在Web1.0时代，前后端没有分离的时候，程序员直接用后台程序渲染出模板，这便是直出。而到了今天，当Node大大提高了前端开发者的能力时，前端人员也可以做一些后台的事情，通过Node来实现模板的渲染和数据的吞吐。

框架及技术：

由AlloyTeam开发的，建基于Koa之上的玄武直出框架。该框架的优势在于： (1) 安装与本地开发简单：只需要几行命令安装和几行代码部署本地开发环境。 (2) 完善的文档和规范的开发实践：经过数个项目的试验，文档已经日臻完善，并总结出一套可供大部份业务使用的实践方案。 (3) 部署测试和发布成熟：目前已有兴趣部落、群搜索等数个项目成功发布。 (4) 较好的容错功能：通过公司的L5负载均衡服务，完美兼容直出与非直出版本，即使直出挂了，也能顺利走非直出版本，让前端可以安心睡大觉。

直出方案：

1. 数据拉取

玄武框架提供一个封装了开源request库的一个同名request框架，并且提供异步拉取数据方案。文档代码如下：

function(req, res, next) {
    var hander = function(error,response,body){
        var data = JSON.parse(body);
        res.body = body;
        next();
    };
    ajax.request(opt,hander);
}

也有不少人认为写异步比较不优雅，因此会使用promise, bluebird等第三方库。我在实践手Q群成员分布的时候，经过对generator的学习之后，探索出一个简易的同步写法，这种写法简单易懂，而且大大减少了对第三方库的依赖。如下面代码：

function*(req, res) {
 var opt = {
    url : 'xxxxxxxxx',
        method: 'POST',
        form: {
                bkn: getBkn(skey),
                gc: gc,
        },
         headers : {
                 'host' : 'web.qun.qq.com',
                 'Referer' : 'web.qun.qq.com'
         }
 };
function requestSync(opt) {
    return function(callback) {
                ajax.request(opt, function(error, response, body) {
                        callback(error, response);
                });
        }
    }
    var content = yield requestSync(opt);
}

只要像上面代码一样进行简单的封装，就可以写出同步的写法。具体代码的分析和理解可以看文章的附录一部份。

2. 模板渲染

除了数据拉取，模板如何渲染也是直出的重要环节。下面有三种方案提供：（1）在服务器中搭建一个浏览器，渲染好所有东西然后传给前台这种方案应该是最快的办法，但由于需要在服务器中搭建浏览器进行渲染，因此会消耗服务器大量性能，因此并不可取。（2）通过玄武写主要逻辑，然后吐给前台再渲染这种方案的性能也是非常好的，但由于要将原本代码的部份逻辑放到服务器写，因此需要对后台和前台都做容错，会耗费一些开发时间。（3）只给前台吐出数据，然后完全由前台渲染这种方案的改动小，而且容错比较容易实现。例如，我在手Q群成员分布中，在html里加入如下代码：

<script>
        {{'xw-data'}}
</script>

然后在直出入口文件做替换： this.body = tpl.init().replace('{{'xw-data'}}', 'var xw_data = ' + body + ';'); 然后在js文件里对xw_data做判断，如果有数据，直接去渲染，如果没数据，走旧有逻辑。

BigPipe

1. 实现原理

BigPipe是一个重新设计的动态网页服务体系。将页面分解成一个个Pagelet，然后通过Web 服务器和浏览器之间建立管道，进行分段输出（减少请求数）。BigPipe不需要改变现有的网络浏览器或服务器（百度百科）。

BigPipe实际上也可以算作出直的一种特殊方案，最先是由Facebook提出(2010 Velocity Conference)，在国内由新浪微博最先进行大规模实践(2011 Velocity Conference)。传统的渲染方式，用户所感知的页面延时如下图，从页面生成，网络延迟到页面渲染都是串行进行的。

而BigPipe使得整个用户感知流程变成并行，使页面首屏渲染时间更快。如下图：

BigPipe的渲染方式，首先是在页面头部添加一个全局的加载Pagelet的onPageletArrive函数，然后渲染出HTML各Pagelet的占位标签，等各标签的数据到达的时候，依次调用全局onPageletArrive加载函数进行渲染。如以下代码。

<html>
<head>
<!-- 全局 onPageletArrive function -->
<script>
window.onPageletArrive = function(obj){
// load css
// load js
// load html
};
</script>
</head>
<body>
<!-- Pagelet 占位 -->
<div id="pagelet1"></div>
<div id="pagelet2"></div>
….
<div id="pageletN"></div>
<!-- 后台返回的js代码，用于直接吐出执行全局onPageletArrive -->
<script>
onPageletArrive({                                        
"id" : "pagelet1",
"css" : [ <list of css resources>],
"js" : [ <list of JavaScript resources>] "content" : <html>
"onload": [JavaScript init code]
});
</script>
…
<script>
// onPageletArrive for pageletN
</script>
</body>
</html>

从开发模式来说，BigPipe这种的写法比较适合组件化、模块化的前端开发模式。从网站规模来说，对于大型网站的优化效果会比较明显，毕竟分步吐出内容也是会有延时存在的，对于小型网站来说，有可能直接吐出所有内容会比分步吐出更快。

2. 项目实践

了解完基本的原理之后，我们来谈谈BigPipe在手Q群成员分布项目中用Node的具体实践。

(1) 对页面分模块并设计好占位符首先要对页面尽可能地划分好不同的模块，亦即Pagelet。读过上一篇优化文章的人都记得，手Q群成员分布可以分为活跃群成员、男女比例、省市分布、年龄四大模块，如下面图片红框标框好的部份。

相应地，我们得出如下的占位符。

<section>
        <!-- 活跃群成员 -->
        <div id="active"></div>
        <!-- 男女比例 -->
        <div id="gender"></div>
        <!-- 成员省份 -->
        <div id="area"></div>
        <!-- age -->
        <div id="age"></div>
</section>

(2) 设计每个Pagelet需要渲染的内容，并对前后台的代码进行分工根据Facebook的方式，每个Pagelet都有自己独立需要加载的样式，JS文件，模板文件。这对于小型项目来说，大可不必。如手Q群成员分布项目中，我已直接将样式内联，模板文件也存在变量当中。因此，前端全局渲染函数主要负责将内容嵌入占位符当中。因此在head标签内，我设定了一个componentRender的函数，用于负责将后台吐出的内容嵌入占位符。代码大概如下:

function componentRender(target, tplString) {
        // targetObj.innerHTML = tplString
}

而后台的代码，则在拼好模板字符串之后，分步吐出内容，代码大体如下：

this.push("<script>componentRender(\"#active\," + tplString )</script>");
this.push("<script>componentRender(\"#gender\," + tplString )</script>");
this.push("<script>componentRender(\"#area\," + tplString )</script>");
this.push("<script>componentRender(\"#age\," + tplString )</script>");

对于后台的代码，尤其是使用Koa框架，可能会无从入手，大家可以参考Github上的BigPipe Example。大体的写法和解释如下：

// BigPipe需要的模块，用于flush内容到页面
var Readable = require('stream').Readable;
// 生成分片段页面内容函数
var createChunkedView = function(end) {
    function noop() {};
    typeof end === 'function' || (end = noop);
    util.inherits(View, Readable);
    function View(ctx) {
        Readable.call(this);
        ctx.type = 'text/html; charset=utf-8';
        ctx.body = this;
        this.app = ctx;
    }
    View.prototype._read = noop;
    View.prototype.end = end;
    return View;
};
function* end() {
// 页面主逻辑，这里也要以用各种yeild
// this.push(xxx)
// this.push(xxx)
// this.push(null) 最末尾请push空内容，通知框架内容flush结束
}
module.exports = function*() {
        // 原本的koa view函数
        const View = createChunkedView(end);
            yield * new View(this).end();
}

3. 成果

首屏时间方面，直出方案比纯前端的方案有大概400ms的优化，提升约28.6%的性能。而BigPipe对比普通直出的优化有大约200ms，提升约16.7%。虽然实践的项目规模较小，模块数量也较少，但BigPipe的优化成果也算是比较令人满意的。

页面渲染完成时间方面，纯前端的的优化对比优化前有了质的飞跃（在前一篇文章也提到），性能提升33%。普通直出对纯前端的优化提升约200ms, 性能提升约13.3%。而BigPipe优化跟普通直出优化则没有非常明显的优劣，只快了几十毫秒。

总结

纯前端的优化对其实也已经为项目带来比较好的提升。直出对于首屏的渲染也能带来不错的提升。另外，由于玄武框架只是一个简单的页面接入层，并不能直接对数据库进行操作，因此框架方面可以做的事情还有更多。

系列文章里面所介绍到的纯前端优化方案、直出方案，都属于过去数年的方案。随着直出框架、方案及优秀实践的不断完善，相信应该要成为每个项目的标配。

文中略略提到的离线包方案，属于腾讯手Q方面独立研发出来的针对手机端优化的方案，对于其它非腾讯业务也有一定借鉴的意义，具体要参考我导师2014年在InfoQ上有关离线包系统的讲解(链接)。至于未来数年，我们可以将希望寄放在websocket，当然还有即将普及的HTTP2.0身上。

附录一

数据拉取同步方案：

function*(req, res) {
var opt = {
url : 'xxxxxxxxx',
        method: 'POST',
        form: {
                bkn: getBkn(skey),
                gc: gc,
        },
         headers : {
                 'host' : 'web.qun.qq.com',
                 'Referer' : 'web.qun.qq.com'
         }
};
function requestSync(opt) {
        return function(callback) {
                ajax.request(opt, function(error, response, body) {
                        callback(error, response);
                });
        }
}
var content = yield requestSync(opt);
}

如何理解? 简单的回调用法：

function* Hello() {
         yield 1;
         yield 2;
}

var hello = Hello() // hello 是一个generator
var a = hello.next() // a: Object {value: 1, done: false}
var b = hello.next() // b: Object {value: 2, done: false} 
var c = hello.next() // c: Object {value: undefined, done: true}

在next中传入参数：

function* gen() {
        while(true) {
                var value = yield null;
                   console.log(value);
        }
}
var g = gen();
g.next(1); 
// "{ value: null, done: false }"
g.next(2); 
// "{ value: null, done: false }"
// 2
// 在该示例中，调用 next 方法并传入了参数，请注意，首次调用 next 方法时没有出任何输出, 这是 因为初始状态时生成器通过yield 返回了null.

经典示例一，按顺序执行：

funciton delay(time, cb) {
 setTimeout(function() {
   cb && cb()
 }, time)
}
delay(200, function() {
 delay(1000, function() {
   delay(500, function() {
     console.log('finish')
   })
 })
})
function delay(time) {
 return function(fn) {
   setTimeout(function() {
     fn()
   }, time)
 }
}

co(function* () {
 yield delay(200);
 yield delay(1000);
 yield delay(500);
})(function() {
 console.timeEnd(1) // print 1: 1702.000ms 
})
function co(GenFunc) {    // GenFunc → function*() { yield ……….}
 return function(cb) {   // function() { console.log.timeEnd(1); }
   var gen = GenFunc()
   next()
   function next() {
     if (gen.next) {
       var ret = gen.next(); 
      // {done: true/false, value=delay 返回的function}
       if (ret.done) { // 如果结束就执行cb
         cb && cb()
       } else { // 继续next
         ret.value(next)
       }
     }
   }
 }
}

经典示例二，按顺序执行并且下一个执行依赖于上一个执行的返回值：

function delay(time) {
        return function(fn) {
                   setTimeout(function() {
                     fn(time) // time为回调参数
                   }, time)
         }
}

co(function* () {
        var a;
         a = yield delay(200); // a: 200
         a = yield delay(a + 100); // a: 300
         a = yield delay(a + 100); // a: 400
    return a;
})(function(data) {
         console.log(data) // print 400, 最后的值被回调出来
});
function co(GenFunc) {
        return function(cb) {
                   var gen = GenFunc();
                   next();
                   function next(args) { // 传入args
                     if (gen.next) {
                               var ret = gen.next(args) // 给next传入args
                               if (ret.done) {
                                         cb && cb(args)
                               } else {
                                 ret.value(next);
                       }
             }
           }
}

回到玄武直出代码：

module.exports = function*(req, res) {
}
co(function*(req, res){
    // some code
        function requestSync(opt) {
        return function(callback) {
                ajax.request(opt, function(error, response, body) {
                        callback(error, response);
                });
        }
}
var content = yield requestSync(opt); 
// 在gen.next()之后，yield会返回值给content
// other code
});

参考： http://www.alloyteam.com/2015/03/es6-generator-introduction/ http://www.alloyteam.com/2015/04/solve-callback-hell-with-generator/ http://www.html-js.com/article/Nodejs-commonly-used-modules-detailed-address-correction-in-Pyramid-Harmony-Generator-yield-ES6-CO-framework-of-learning

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