Предотвратяване на регресии в производителността на JavaScript: Автоматизирано тестване на производителността

В днешния забързан дигитален свят производителността на уебсайтовете и приложенията е от решаващо значение за удовлетвореността на потребителите, ангажираността и в крайна сметка за успеха на бизнеса. Бавно зареждащото се или неотговарящо приложение може да доведе до разочаровани потребители, изоставени трансакции и отрицателно въздействие върху репутацията на вашата марка. JavaScript, като основен компонент на съвременната уеб разработка, играе значителна роля в цялостната производителност. Ето защо предотвратяването на регресии в производителността – неочаквани спадове в производителността – е от първостепенно значение. Тук се намесва автоматизираното тестване на производителността.

Какво е регресия в производителността на JavaScript?

Регресия в производителността възниква, когато нова промяна или актуализация на кода води до намаляване на производителността на JavaScript приложение. Това може да се прояви по различни начини, като например:

• Увеличено време за зареждане на страницата: Потребителите изпитват по-дълго време на изчакване, преди страницата да стане напълно интерактивна.
• По-бавно изобразяване: Визуалните елементи се появяват по-бавно на екрана.
• Намалена честота на кадрите: Анимациите и преходите изглеждат накъсани и по-малко плавни.
• Увеличена консумация на памет: Приложението използва повече памет, което потенциално може да доведе до сривове или забавяния.
• Увеличено натоварване на процесора: Приложението консумира повече процесорна мощ, което се отразява на живота на батерията на мобилните устройства.

Тези регресии могат да бъдат едва доловими и лесно да се пропуснат по време на ръчно тестване, особено в сложни приложения с множество взаимосвързани компоненти. Те може да станат видими едва след внедряване в производствена среда, засягайки голям брой потребители.

Значението на автоматизираното тестване на производителността

Автоматизираното тестване на производителността ви позволява проактивно да идентифицирате и адресирате регресиите в производителността, преди те да засегнат вашите потребители. То включва създаване на автоматизирани скриптове, които измерват различни показатели за производителност и ги сравняват с предварително определени прагове или базови линии. Този подход предлага няколко ключови предимства:

• Ранно откриване: Идентифицирайте проблеми с производителността в ранен етап от цикъла на разработка, предотвратявайки достигането им до производствена среда.
• Последователност и надеждност: Автоматизираните тестове предоставят последователни и надеждни резултати, елиминирайки човешката грешка и субективността.
• По-бърза обратна връзка: Получавайте незабавна обратна връзка за въздействието на промените в кода върху производителността, което позволява бързи итерации и оптимизации.
• Намалени разходи: Коригирайте проблемите с производителността в ранен етап от процеса на разработка, което значително намалява разходите и усилията, необходими за отстраняването им.
• Подобрено потребителско изживяване: Осигурете постоянно бързо и отзивчиво потребителско изживяване, което води до повишена удовлетвореност и ангажираност на потребителите.
• Непрекъснат мониторинг: Интегрирайте тестовете за производителност във вашия процес на непрекъсната интеграция/непрекъснато доставяне (CI/CD) за постоянен мониторинг на производителността.

Ключови показатели за производителност, които да се наблюдават

При внедряването на автоматизирано тестване на производителността е важно да се съсредоточите върху ключови показатели, които пряко влияят на потребителското изживяване. Някои от най-важните показатели включват:

• First Contentful Paint (FCP): Измерва времето, необходимо за появата на първото съдържание (текст, изображение и т.н.) на екрана.
• Largest Contentful Paint (LCP): Измерва времето, необходимо за появата на най-големия елемент със съдържание на екрана.
• First Input Delay (FID): Измерва времето, необходимо на браузъра да отговори на първото взаимодействие на потребителя (напр. кликване върху бутон).
• Time to Interactive (TTI): Измерва времето, необходимо на страницата да стане напълно интерактивна и отзивчива към потребителски команди.
• Total Blocking Time (TBT): Измерва общото време, през което основната нишка е блокирана по време на зареждане на страницата, което пречи на браузъра да отговори на потребителски команди.
• Cumulative Layout Shift (CLS): Измерва количеството неочаквани промени в оформлението, които настъпват по време на зареждане на страницата, причинявайки визуална нестабилност.
• Време за изпълнение на JavaScript: Времето, прекарано в изпълнение на JavaScript код.
• Използване на памет: Количеството памет, консумирано от приложението.
• Използване на процесора: Количеството процесорна мощ, консумирана от приложението.
• Мрежови заявки: Броят и размерът на мрежовите заявки, направени от приложението.

Инструменти и технологии за автоматизирано тестване на производителността на JavaScript

Има няколко инструмента и технологии, които могат да се използват за внедряване на автоматизирано тестване на производителността на JavaScript. Ето няколко популярни опции:

• WebPageTest: Безплатен инструмент с отворен код за тестване на производителността на уебсайтове от различни местоположения и устройства. Той предоставя подробни доклади за производителността, включително водопадни диаграми, филмови ленти и метрики от Core Web Vitals. WebPageTest може да бъде автоматизиран чрез неговия API.
• Lighthouse: Инструмент с отворен код, разработен от Google, който одитира уеб страници за производителност, достъпност, добри практики и SEO. Той предоставя подробни препоръки за подобряване на производителността. Lighthouse може да се изпълнява от командния ред, в Chrome DevTools или като Node модул.
• PageSpeed Insights: Инструмент, предоставен от Google, който анализира скоростта на вашите уеб страници и предоставя препоръки за подобрение. Той използва Lighthouse като свой аналитичен двигател.
• Chrome DevTools: Вградените инструменти за разработчици в браузъра Chrome предлагат изчерпателен набор от инструменти за анализ на производителността, включително панелите Performance, Memory и Network. Тези инструменти могат да се използват за профилиране на JavaScript код, идентифициране на тесни места в производителността и наблюдение на използването на паметта. Chrome DevTools могат да бъдат автоматизирани с помощта на Puppeteer или Playwright.
• Puppeteer и Playwright: Node библиотеки, които предоставят API на високо ниво за управление на браузъри Chrome или Firefox в режим без графичен интерфейс (headless). Те могат да се използват за автоматизиране на взаимодействия с браузъра, измерване на показатели за производителност и генериране на доклади за производителността. Playwright поддържа Chrome, Firefox и Safari.
• Sitespeed.io: Инструмент с отворен код, който събира данни от множество инструменти за уеб производителност (като WebPageTest, Lighthouse и Browsertime) и ги представя в едно табло за управление.
• Browsertime: Node.js инструмент, който измерва показателите за производителност на браузъра с помощта на Chrome или Firefox.
• Jest: Популярна JavaScript рамка за тестване, която може да се използва за единични и интеграционни тестове. Jest може да се използва и за тестване на производителността чрез измерване на времето за изпълнение на фрагменти от код.
• Mocha и Chai: Друга популярна JavaScript рамка за тестване и библиотека за твърдения (assertion library). Тези инструменти могат да се комбинират с библиотеки за тестване на производителността като benchmark.js.
• Инструменти за мониторинг на производителността (напр. New Relic, Datadog, Sentry): Тези инструменти предоставят възможности за мониторинг на производителността в реално време и известяване, което ви позволява да откривате и диагностицирате проблеми с производителността в производствена среда.

Внедряване на автоматизирано тестване на производителността: Ръководство стъпка по стъпка

Ето ръководство стъпка по стъпка за внедряване на автоматизирано тестване на производителността във вашите JavaScript проекти:

1. Определете бюджети за производителност

Бюджетът за производителност е набор от ограничения за ключови показатели за производителност, които вашето приложение трябва да спазва. Тези бюджети служат като насоки за разработчиците и предоставят ясна цел за оптимизация на производителността. Примери за бюджети за производителност включват:

• Време за зареждане на страницата: Целете се във време за зареждане на страницата под 3 секунди.
• First Contentful Paint (FCP): Стремете се към FCP под 1 секунда.
• Размер на JavaScript пакета (bundle): Ограничете размера на вашите JavaScript пакети до под 500KB.
• Брой HTTP заявки: Намалете броя на HTTP заявките до под 50.

Определете реалистични и постижими бюджети за производителност въз основа на изискванията на вашето приложение и целевата аудитория. Вземете предвид фактори като мрежови условия, възможности на устройствата и очаквания на потребителите.

2. Изберете правилните инструменти

Изберете инструментите и технологиите, които най-добре отговарят на вашите нужди и бюджет. Вземете предвид фактори като:

• Лекота на използване: Изберете инструменти, които са лесни за научаване и използване, с ясна документация и подкрепяща общност.
• Интеграция със съществуващи работни процеси: Изберете инструменти, които се интегрират безпроблемно с вашите съществуващи работни процеси за разработка и тестване.
• Цена: Вземете предвид цената на инструментите, включително лицензионни такси и разходи за инфраструктура.
• Функционалности: Изберете инструменти, които предлагат необходимите ви функции, като профилиране на производителността, отчитане и известяване.

Започнете с малък набор от инструменти и постепенно разширявайте инструментариума си с развитието на вашите нужди.

3. Създайте скриптове за тестване на производителността

Напишете автоматизирани тестови скриптове, които измерват производителността на критични потребителски потоци и компоненти във вашето приложение. Тези скриптове трябва да симулират реални потребителски взаимодействия и да измерват ключови показатели за производителност.

Пример с Puppeteer за измерване на времето за зареждане на страницата:

const puppeteer = require('puppeteer');

(async () => {
 const browser = await puppeteer.launch();
 const page = await browser.newPage();
 const url = 'https://www.example.com';

 const navigationPromise = page.waitForNavigation({waitUntil: 'networkidle0'});
 await page.goto(url);
 await navigationPromise;

 const metrics = await page.metrics();

 console.log(`Време за зареждане на страницата ${url}: ${metrics.timestamps.loadEventEnd - metrics.timestamps.navigationStart}ms`);

 await browser.close();
})();

Този скрипт използва Puppeteer, за да стартира браузър Chrome без графичен интерфейс, да навигира до определен URL, да изчака страницата да се зареди и след това да измери времето за зареждане на страницата. Опцията `networkidle0` в `waitForNavigation` гарантира, че браузърът изчаква, докато няма повече мрежови връзки в продължение на поне 500 ms, преди да счете страницата за заредена.

Друг пример, използващ Browsertime и Sitespeed.io, се фокусира върху Core Web Vitals:

// Инсталирайте необходимите пакети:
// npm install -g browsertime sitespeed.io

// Стартирайте теста (пример за използване от командния ред):
// sitespeed.io https://www.example.com --browsertime.iterations 3 --browsertime.xvfb

// Тази команда ще:
// 1. Стартира Browsertime 3 пъти срещу посочения URL.
// 2. Използва виртуален X сървър (xvfb) за тестване без графичен интерфейс.
// 3. Sitespeed.io ще обобщи резултатите и ще предостави отчет, включително Core Web Vitals.

// Отчетът ще покаже LCP, FID, CLS и други показатели за производителност.

Този пример показва как да настроите Sitespeed.io с Browsertime, за да изпълнявате автоматизирани тестове за производителност и да извличате Core Web Vitals. Опциите на командния ред са специфични за изпълнение на тест с browsertime със sitespeed.io.

4. Интегрирайте тестовете за производителност във вашия CI/CD процес

Интегрирайте вашите тестове за производителност във вашия CI/CD процес, за да ги изпълнявате автоматично при всяко внасяне на промени в кода. Това гарантира, че производителността се наблюдава непрекъснато и че регресиите се откриват рано.

Повечето CI/CD платформи, като Jenkins, GitLab CI, GitHub Actions и CircleCI, предоставят механизми за изпълнение на автоматизирани тестове като част от процеса на изграждане (build). Конфигурирайте вашия CI/CD процес да изпълнява вашите скриптове за тестване на производителността и да проваля изграждането, ако някой от бюджетите за производителност бъде надвишен.

Пример с GitHub Actions:

name: Performance Tests

on:
 push:
 branches: [ main ]
 pull_request:
 branches: [ main ]

jobs:
 performance:
 runs-on: ubuntu-latest
 steps:
 - uses: actions/checkout@v2
 - name: Set up Node.js
 uses: actions/setup-node@v2
 with:
 node-version: '16'
 - name: Install dependencies
 run: npm install
 - name: Run performance tests
 run: npm run performance-test
 env:
 PERFORMANCE_BUDGET_PAGE_LOAD_TIME: 3000 # милисекунди

Този работен процес на GitHub Actions дефинира задача, наречена „performance“, която се изпълнява на Ubuntu. Той изтегля кода, настройва Node.js, инсталира зависимостите и след това изпълнява тестовете за производителност с помощта на командата `npm run performance-test`. Променливата на средата `PERFORMANCE_BUDGET_PAGE_LOAD_TIME` определя бюджета за производителност за времето на зареждане на страницата. Скриптът `npm run performance-test` ще съдържа необходимите команди за изпълнение на вашите тестове за производителност (напр. с Puppeteer, Lighthouse или WebPageTest). Вашият файл `package.json` трябва да съдържа скрипта `performance-test`, който изпълнява тестовете и проверява резултатите спрямо определените бюджети, като завършва с код за изход, различен от нула, ако бюджетите са нарушени, което води до провал на CI изграждането.

5. Анализирайте и докладвайте резултатите от производителността

Анализирайте резултатите от вашите тестове за производителност, за да идентифицирате области за подобрение. Генерирайте отчети, които обобщават показателите за производителност и подчертават всякакви регресии или нарушения на бюджетите за производителност.

Повечето инструменти за тестване на производителността предоставят вградени възможности за отчитане. Използвайте тези отчети, за да проследявате тенденциите в производителността във времето и да идентифицирате модели, които могат да показват скрити проблеми с производителността.

Пример за отчет за производителността (опростен):

Отчет за производителността:

URL: https://www.example.com

Метрики:
 First Contentful Paint (FCP): 0.8s (ПРЕМИНАЛ)
 Largest Contentful Paint (LCP): 2.2s (ПРЕМИНАЛ)
 Time to Interactive (TTI): 2.8s (ПРЕМИНАЛ)
 Total Blocking Time (TBT): 150ms (ПРЕМИНАЛ)
 Време за зареждане на страницата: 2.9s (ПРЕМИНАЛ) - Бюджет: 3.0s

Размер на JavaScript пакета: 480KB (ПРЕМИНАЛ) - Бюджет: 500KB

Не са открити регресии в производителността.

Този отчет обобщава показателите за производителност за конкретен URL адрес и показва дали те преминават или се провалят въз основа на определените бюджети за производителност. Той също така отбелязва дали са открити регресии в производителността. Такъв отчет може да бъде генериран във вашите тестови скриптове и добавен към изхода на CI/CD.

6. Итерирайте и оптимизирайте

Въз основа на анализа на резултатите от производителността, идентифицирайте области за оптимизация и итерирайте върху кода си, за да подобрите производителността. Често срещаните техники за оптимизация включват:

• Разделяне на кода (Code Splitting): Разделете големите JavaScript пакети на по-малки, по-управляеми части, които могат да се зареждат при поискване.
• Мързеливо зареждане (Lazy Loading): Отложете зареждането на некритични ресурси, докато не станат необходими.
• Оптимизация на изображения: Оптимизирайте изображенията, като ги компресирате, преоразмерявате до подходящите размери и използвате съвременни формати на изображения като WebP.
• Кеширане: Използвайте кеширането в браузъра, за да намалите броя на мрежовите заявки.
• Минифициране и грозифициране (Minification and Uglification): Намалете размера на вашите JavaScript и CSS файлове, като премахнете ненужните символи и празни пространства.
• Debouncing и Throttling: Ограничете честотата на изчислително скъпи операции, които се задействат от потребителски събития.
• Използване на ефективни алгоритми и структури от данни: Изберете най-ефективните алгоритми и структури от данни за вашите конкретни случаи на употреба.
• Избягване на изтичане на памет (Memory Leaks): Уверете се, че вашият код правилно освобождава паметта, когато вече не е необходима.
• Оптимизиране на библиотеки на трети страни: Оценете въздействието върху производителността на библиотеки на трети страни и изберете алтернативи, ако е необходимо. Обмислете мързеливото зареждане на скриптове на трети страни.

Непрекъснато наблюдавайте производителността на вашето приложение и повтаряйте процеса на тестване и оптимизация, ако е необходимо.

Добри практики за тестване на производителността на JavaScript

Ето някои добри практики, които да следвате при внедряването на автоматизирано тестване на производителността на JavaScript:

• Тествайте в реалистична среда: Изпълнявайте тестовете си за производителност в среда, която максимално наподобява вашата производствена среда. Това включва фактори като мрежови условия, възможности на устройствата и конфигурация на сървъра.
• Използвайте последователна методология за тестване: Използвайте последователна методология за тестване, за да гарантирате, че резултатите ви са сравними във времето. Това включва фактори като броя на итерациите, периода на „загряване“ и интервала на измерване.
• Наблюдавайте производителността в производствена среда: Използвайте инструменти за мониторинг на производителността, за да наблюдавате непрекъснато производителността на вашето приложение в производствена среда. Това ви позволява да откривате и диагностицирате проблеми с производителността, които може да не бъдат уловени по време на тестване.
• Автоматизирайте всичко: Автоматизирайте колкото е възможно повече от процеса на тестване на производителността, включително изпълнението на тестовете, анализа на резултатите и генерирането на отчети.
• Поддържайте тестовете актуални: Актуализирайте тестовете си за производителност при всяка промяна в кода. Това гарантира, че тестовете ви винаги са релевантни и че отразяват точно производителността на вашето приложение.
• Включете целия екип: Включете целия екип за разработка в процеса на тестване на производителността. Това помага за повишаване на осведомеността за проблемите с производителността и за насърчаване на култура на оптимизация на производителността.
• Настройте известия: Конфигурирайте известия, които да ви уведомяват при откриване на регресии в производителността. Това ви позволява бързо да реагирате на проблеми с производителността и да предотвратите тяхното въздействие върху потребителите.
• Документирайте вашите тестове и процеси: Документирайте вашите тестове за производителност, бюджети за производителност и процеси на тестване. Това помага да се гарантира, че всички в екипа разбират как се измерва и наблюдава производителността.

Справяне с често срещани предизвикателства

Въпреки че автоматизираното тестване на производителността предлага множество предимства, то също така представлява и някои предизвикателства. Ето как да се справите с някои често срещани препятствия:

• Нестабилни тестове: Тестовете за производителност понякога могат да бъдат нестабилни (flaky), което означава, че могат да преминават или да се провалят периодично поради фактори извън вашия контрол, като натовареност на мрежата или на сървъра. За да смекчите това, изпълнявайте тестовете няколко пъти и осреднявайте резултатите. Можете също да използвате статистически техники за идентифициране и филтриране на отклоненията.
• Поддръжка на тестови скриптове: С развитието на вашето приложение, вашите тестови скриптове за производителност ще трябва да се актуализират, за да отразяват промените. Това може да бъде времеемък и податлив на грешки процес. За да се справите с това, използвайте модулна и лесна за поддръжка тестова архитектура и обмислете използването на инструменти за автоматизация на тестове, които могат автоматично да генерират и актуализират тестови скриптове.
• Тълкуване на резултатите: Резултатите от тестовете за производителност могат да бъдат сложни и трудни за тълкуване. За да се справите с това, използвайте ясни и сбити инструменти за отчитане и визуализация. Може също да бъде полезно да се установи базова линия на производителност и да се сравняват последващите резултати от тестовете с тази базова линия.
• Работа с услуги на трети страни: Вашето приложение може да разчита на услуги на трети страни, които са извън вашия контрол. Производителността на тези услуги може да повлияе на цялостната производителност на вашето приложение. За да се справите с това, наблюдавайте производителността на тези услуги и обмислете използването на техники за симулиране (mocking или stubbing), за да изолирате вашето приложение по време на тестване на производителността.

Заключение

Автоматизираното тестване на производителността на JavaScript е ключова практика за осигуряване на постоянно бързо и ефективно потребителско изживяване. Чрез внедряване на автоматизирани тестове можете проактивно да идентифицирате и адресирате регресиите в производителността, да намалите разходите за разработка и да доставите висококачествен продукт. Изберете правилните инструменти, определете ясни бюджети за производителност, интегрирайте тестовете във вашия CI/CD процес и непрекъснато наблюдавайте и оптимизирайте производителността на вашето приложение. Възприемайки тези практики, можете да създавате JavaScript приложения, които са не само функционални, но и производителни, радвайки вашите потребители и допринасяйки за успеха на бизнеса.

Помнете, че производителността е непрекъснат процес, а не еднократна поправка. Непрекъснато наблюдавайте, тествайте и оптимизирайте вашия JavaScript код, за да предоставите възможно най-доброто изживяване на вашите потребители, независимо къде се намират по света.

Допълнителни ресурси

• Web Vitals
• Lighthouse
• WebPageTest
• Sitespeed.io
• Puppeteer
• Playwright