Prevence regresí výkonu JavaScriptu: Automatizované testování výkonu

V dnešním rychle se měnícím digitálním světě je výkon webových stránek a aplikací klíčový pro spokojenost uživatelů, jejich zapojení a v konečném důsledku i pro obchodní úspěch. Pomalé načítání nebo nereagující aplikace může vést k frustrovaným uživatelům, nedokončeným transakcím a negativnímu dopadu na pověst vaší značky. JavaScript, jakožto klíčová součást moderního webového vývoje, hraje významnou roli v celkovém výkonu. Proto je prevence regresí výkonu – neočekávaného snížení výkonu – prvořadá. A právě zde vstupuje do hry automatizované testování výkonu.

Co je to regrese výkonu JavaScriptu?

K regresi výkonu dochází, když nová změna nebo aktualizace kódu způsobí snížení výkonu JavaScriptové aplikace. To se může projevit různými způsoby, jako jsou:

• Prodloužená doba načítání stránky: Uživatelé zažívají delší čekací doby, než je stránka plně interaktivní.
• Pomalejší vykreslování: Vizuálním prvkům trvá déle, než se objeví na obrazovce.
• Snížená snímková frekvence: Animace a přechody se zdají trhané a méně plynulé.
• Zvýšená spotřeba paměti: Aplikace využívá více paměti, což může vést k pádům nebo zpomalení.
• Zvýšené využití CPU: Aplikace spotřebovává více výpočetního výkonu, což ovlivňuje výdrž baterie na mobilních zařízeních.

Tyto regrese mohou být nenápadné a při manuálním testování snadno přehlédnutelné, zejména v komplexních aplikacích s mnoha propojenými komponentami. Mohou se projevit až po nasazení do produkčního prostředí, kde ovlivní velké množství uživatelů.

Význam automatizovaného testování výkonu

Automatizované testování výkonu vám umožňuje proaktivně identifikovat a řešit regrese výkonu dříve, než ovlivní vaše uživatele. Zahrnuje vytváření automatizovaných skriptů, které měří různé metriky výkonu a porovnávají je s předdefinovanými prahovými hodnotami nebo základními liniemi. Tento přístup nabízí několik klíčových výhod:

• Včasná detekce: Identifikujte problémy s výkonem brzy ve vývojovém cyklu, čímž zabráníte jejich proniknutí do produkce.
• Konzistence a spolehlivost: Automatizované testy poskytují konzistentní a spolehlivé výsledky, čímž eliminují lidskou chybu a subjektivitu.
• Rychlejší zpětná vazba: Získejte okamžitou zpětnou vazbu o dopadu změn kódu na výkon, což umožňuje rychlou iteraci a optimalizaci.
• Snížené náklady: Opravte problémy s výkonem brzy ve vývojovém procesu, což výrazně snižuje náklady a úsilí potřebné k nápravě.
• Zlepšený uživatelský zážitek: Poskytujte trvale rychlý a responzivní uživatelský zážitek, což vede ke zvýšené spokojenosti a zapojení uživatelů.
• Kontinuální monitorování: Integrujte testy výkonu do svého CI/CD (continuous integration/continuous delivery) pipeline pro průběžné sledování výkonu.

Klíčové metriky výkonu k monitorování

Při implementaci automatizovaného testování výkonu je zásadní zaměřit se na klíčové metriky výkonu, které přímo ovlivňují uživatelský zážitek. Mezi nejdůležitější metriky patří:

• First Contentful Paint (FCP): Měří čas potřebný k zobrazení prvního obsahu (text, obrázek atd.) na obrazovce.
• Largest Contentful Paint (LCP): Měří čas potřebný k zobrazení největšího obsahového prvku na obrazovce.
• First Input Delay (FID): Měří čas, který prohlížeč potřebuje k reakci na první interakci uživatele (např. kliknutí na tlačítko).
• Time to Interactive (TTI): Měří čas, za který se stránka stane plně interaktivní a reaguje na vstupy uživatele.
• Total Blocking Time (TBT): Měří celkový čas, po který je hlavní vlákno blokováno během načítání stránky, což brání prohlížeči reagovat na vstupy uživatele.
• Cumulative Layout Shift (CLS): Měří množství neočekávaných posunů rozvržení, ke kterým dochází během načítání stránky a způsobují vizuální nestabilitu.
• Doba provádění JavaScriptu: Čas strávený prováděním JavaScriptového kódu.
• Využití paměti: Množství paměti spotřebované aplikací.
• Využití CPU: Množství výpočetního výkonu spotřebovaného aplikací.
• Síťové požadavky: Počet a velikost síťových požadavků provedených aplikací.

Nástroje a technologie pro automatizované testování výkonu JavaScriptu

K implementaci automatizovaného testování výkonu JavaScriptu lze použít několik nástrojů a technologií. Zde je několik populárních možností:

• WebPageTest: Bezplatný open-source nástroj pro testování výkonu webových stránek z různých lokalit a zařízení. Poskytuje podrobné reporty o výkonu, včetně waterfall grafů, filmových pásů a metrik Core Web Vitals. WebPageTest lze automatizovat pomocí jeho API.
• Lighthouse: Open-source nástroj vyvinutý společností Google, který provádí audit webových stránek z hlediska výkonu, přístupnosti, osvědčených postupů a SEO. Poskytuje podrobná doporučení pro zlepšení výkonu. Lighthouse lze spustit z příkazového řádku, v Chrome DevTools nebo jako Node modul.
• PageSpeed Insights: Nástroj od Googlu, který analyzuje rychlost vašich webových stránek a poskytuje doporučení pro zlepšení. Jako svůj analytický engine používá Lighthouse.
• Chrome DevTools: Vestavěné vývojářské nástroje v prohlížeči Chrome nabízejí komplexní sadu nástrojů pro analýzu výkonu, včetně panelů Performance, Memory a Network. Tyto nástroje lze použít k profilování JavaScriptového kódu, identifikaci úzkých míst výkonu a monitorování využití paměti. Chrome DevTools lze automatizovat pomocí Puppeteer nebo Playwright.
• Puppeteer a Playwright: Node knihovny, které poskytují API na vysoké úrovni pro ovládání headless prohlížečů Chrome nebo Firefox. Lze je použít k automatizaci interakcí v prohlížeči, měření metrik výkonu a generování reportů o výkonu. Playwright podporuje Chrome, Firefox a Safari.
• Sitespeed.io: Open-source nástroj, který sbírá data z více nástrojů pro webový výkon (jako WebPageTest, Lighthouse a Browsertime) a prezentuje je na jednom dashboardu.
• Browsertime: Nástroj pro Node.js, který měří metriky výkonu prohlížeče pomocí Chrome nebo Firefoxu.
• Jest: Populární JavaScriptový testovací framework, který lze použít pro unit testování a integrační testování. Jest lze také použít pro testování výkonu měřením doby provádění úryvků kódu.
• Mocha a Chai: Další populární JavaScriptový testovací framework a knihovna pro aserce. Tyto nástroje lze kombinovat s knihovnami pro testování výkonu jako je benchmark.js.
• Nástroje pro monitorování výkonu (např. New Relic, Datadog, Sentry): Tyto nástroje poskytují monitorování výkonu v reálném čase a možnosti upozornění, což vám umožňuje detekovat a diagnostikovat problémy s výkonem v produkčním prostředí.

Implementace automatizovaného testování výkonu: Průvodce krok za krokem

Zde je průvodce krok za krokem pro implementaci automatizovaného testování výkonu ve vašich JavaScriptových projektech:

1. Definujte výkonnostní rozpočty

Výkonnostní rozpočet je sada limitů pro klíčové metriky výkonu, které vaše aplikace musí dodržovat. Tyto rozpočty slouží jako vodítka pro vývojáře a poskytují jasný cíl pro optimalizaci výkonu. Příklady výkonnostních rozpočtů zahrnují:

• Doba načítání stránky: Cílete na dobu načítání stránky pod 3 sekundy.
• First Contentful Paint (FCP): Snažte se o FCP pod 1 sekundu.
• Velikost JavaScriptového bundlu: Omezte velikost vašich JavaScriptových balíčků na méně než 500 KB.
• Počet HTTP požadavků: Snižte počet HTTP požadavků na méně než 50.

Definujte realistické a dosažitelné výkonnostní rozpočty na základě požadavků vaší aplikace a cílového publika. Zvažte faktory jako jsou síťové podmínky, schopnosti zařízení a očekávání uživatelů.

2. Vyberte správné nástroje

Vyberte nástroje a technologie, které nejlépe vyhovují vašim potřebám a rozpočtu. Zvažte faktory jako:

• Snadnost použití: Vyberte nástroje, které se snadno učí a používají, s jasnou dokumentací a podporující komunitou.
• Integrace s existujícími pracovními postupy: Vyberte nástroje, které se bezproblémově integrují s vašimi stávajícími vývojovými a testovacími postupy.
• Náklady: Zvažte náklady na nástroje, včetně licenčních poplatků a nákladů na infrastrukturu.
• Funkce: Vyberte nástroje, které nabízejí funkce, které potřebujete, jako je profilování výkonu, reportování a upozornění.

Začněte s malou sadou nástrojů a postupně rozšiřujte svou sadu nástrojů, jak se vaše potřeby vyvíjejí.

3. Vytvořte skripty pro testování výkonu

Napište automatizované testovací skripty, které měří výkon kritických uživatelských toků a komponent ve vaší aplikaci. Tyto skripty by měly simulovat reálné interakce uživatelů a měřit klíčové metriky výkonu.

Příklad použití Puppeteer k měření doby načítání stránky:

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(`Doba načítání stránky pro ${url}: ${metrics.timestamps.loadEventEnd - metrics.timestamps.navigationStart}ms`);

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

Tento skript používá Puppeteer ke spuštění headless prohlížeče Chrome, navigaci na zadanou URL, čekání na načtení stránky a následné měření doby načítání stránky. Volba `networkidle0` v `waitForNavigation` zajišťuje, že prohlížeč počká, dokud nebudou žádná síťová připojení po dobu alespoň 500 ms, než bude stránku považovat za načtenou.

Další příklad, využívající Browsertime a Sitespeed.io, se zaměřuje na Core Web Vitals:

// Nainstalujte potřebné balíčky:
// npm install -g browsertime sitespeed.io

// Spusťte test (příklad použití na příkazovém řádku):
// sitespeed.io https://www.example.com --browsertime.iterations 3 --browsertime.xvfb

// Tento příkaz:
// 1. Spustí Browsertime 3krát proti zadané URL.
// 2. Použije virtuální X server (xvfb) pro bezhlavé testování.
// 3. Sitespeed.io agreguje výsledky a poskytne report, včetně Core Web Vitals.

// Report zobrazí LCP, FID, CLS a další metriky výkonu.

Tento příklad ukazuje, jak nastavit Sitespeed.io s Browsertime pro spuštění automatizovaných testů výkonu a získání Core Web Vitals. Možnosti příkazového řádku jsou specifické pro spuštění testu browsertime se sitespeed.io.

4. Integrujte testy výkonu do svého CI/CD pipeline

Integrujte své testy výkonu do CI/CD pipeline, aby se automaticky spouštěly při každém commitu změn kódu. Tím zajistíte, že výkon je neustále monitorován a regrese jsou detekovány včas.

Většina CI/CD platforem, jako jsou Jenkins, GitLab CI, GitHub Actions a CircleCI, poskytuje mechanismy pro spouštění automatizovaných testů jako součást procesu sestavení. Nakonfigurujte svůj CI/CD pipeline tak, aby spouštěl vaše skripty pro testování výkonu a selhal sestavení, pokud jsou překročeny jakékoli výkonnostní rozpočty.

Příklad použití 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 # milisekundy

Tento GitHub Actions workflow definuje úlohu nazvanou „performance“, která běží na Ubuntu. Stáhne kód, nastaví Node.js, nainstaluje závislosti a poté spustí testy výkonu pomocí příkazu `npm run performance-test`. Proměnná prostředí `PERFORMANCE_BUDGET_PAGE_LOAD_TIME` definuje výkonnostní rozpočet pro dobu načítání stránky. Skript `npm run performance-test` by obsahoval potřebné příkazy k provedení vašich testů výkonu (např. pomocí Puppeteer, Lighthouse nebo WebPageTest). Váš soubor `package.json` by měl obsahovat skript `performance-test`, který provede testy a zkontroluje výsledky oproti definovaným rozpočtům a v případě porušení rozpočtů skončí s nenulovým návratovým kódem, což způsobí selhání CI sestavení.

5. Analyzujte a reportujte výsledky výkonu

Analyzujte výsledky svých testů výkonu, abyste identifikovali oblasti pro zlepšení. Generujte reporty, které shrnují metriky výkonu a zdůrazňují jakékoli regrese nebo porušení výkonnostních rozpočtů.

Většina nástrojů pro testování výkonu poskytuje vestavěné možnosti reportování. Použijte tyto reporty ke sledování trendů výkonu v čase a k identifikaci vzorců, které mohou naznačovat skryté problémy s výkonem.

Příklad reportu o výkonu (zjednodušený):

Zpráva o výkonu:

URL: https://www.example.com

Metriky:
 First Contentful Paint (FCP): 0.8s (PROŠLO)
 Largest Contentful Paint (LCP): 2.2s (PROŠLO)
 Time to Interactive (TTI): 2.8s (PROŠLO)
 Total Blocking Time (TBT): 150ms (PROŠLO)
 Doba načítání stránky: 2.9s (PROŠLO) - Rozpočet: 3.0s

Velikost JavaScriptového balíčku: 480KB (PROŠLO) - Rozpočet: 500KB

Nebyly zjištěny žádné regrese výkonu.

Tento report shrnuje metriky výkonu pro konkrétní URL a udává, zda vyhovují nebo nevyhovují na základě definovaných výkonnostních rozpočtů. Také uvádí, zda byly zjištěny nějaké regrese výkonu. Takový report lze generovat v rámci vašich testovacích skriptů a přidat do výstupu CI/CD.

6. Iterujte a optimalizujte

Na základě analýzy výsledků výkonu identifikujte oblasti pro optimalizaci a iterujte na svém kódu za účelem zlepšení výkonu. Mezi běžné optimalizační techniky patří:

• Dělení kódu (Code Splitting): Rozdělte velké JavaScriptové balíčky na menší, lépe spravovatelné části, které lze načítat na vyžádání.
• Líné načítání (Lazy Loading): Odložte načítání nekritických zdrojů, dokud nejsou potřeba.
• Optimalizace obrázků: Optimalizujte obrázky kompresí, změnou velikosti na vhodné rozměry a použitím moderních formátů obrázků, jako je WebP.
• Cachování: Využijte cachování v prohlížeči ke snížení počtu síťových požadavků.
• Minifikace a uglifikace: Zmenšete velikost vašich JavaScriptových a CSS souborů odstraněním zbytečných znaků a bílých mezer.
• Debouncing a Throttling: Omezte frekvenci výpočetně náročných operací, které jsou spouštěny událostmi uživatele.
• Používání efektivních algoritmů a datových struktur: Vyberte nejefektivnější algoritmy a datové struktury pro vaše specifické případy použití.
• Vyhýbání se únikům paměti: Zajistěte, aby váš kód správně uvolňoval paměť, když již není potřeba.
• Optimalizace knihoven třetích stran: Vyhodnoťte dopad knihoven třetích stran na výkon a v případě potřeby zvolte alternativy. Zvažte líné načítání skriptů třetích stran.

Neustále sledujte výkon své aplikace a opakujte proces testování a optimalizace podle potřeby.

Osvědčené postupy pro testování výkonu JavaScriptu

Zde jsou některé osvědčené postupy, které je třeba dodržovat při implementaci automatizovaného testování výkonu JavaScriptu:

• Testujte v realistickém prostředí: Spouštějte své testy výkonu v prostředí, které se co nejvíce podobá vašemu produkčnímu prostředí. To zahrnuje faktory jako síťové podmínky, schopnosti zařízení a konfiguraci serveru.
• Používejte konzistentní metodiku testování: Používejte konzistentní metodiku testování, abyste zajistili, že vaše výsledky jsou v čase srovnatelné. To zahrnuje faktory jako počet iterací, zahřívací období a interval měření.
• Monitorujte výkon v produkci: Používejte nástroje pro monitorování výkonu k neustálému sledování výkonu vaší aplikace v produkčním prostředí. To vám umožní detekovat a diagnostikovat problémy s výkonem, které nemusí být zachyceny během testování.
• Automatizujte vše: Automatizujte co nejvíce z procesu testování výkonu, včetně spouštění testů, analýzy výsledků a generování reportů.
• Udržujte testy aktuální: Aktualizujte své testy výkonu při každé změně kódu. Tím zajistíte, že vaše testy jsou vždy relevantní a přesně odrážejí výkon vaší aplikace.
• Zapojte celý tým: Zapojte celý vývojový tým do procesu testování výkonu. Pomáhá to zvýšit povědomí o problémech s výkonem a podporovat kulturu optimalizace výkonu.
• Nastavte upozornění: Nakonfigurujte upozornění, která vás informují o detekci regresí výkonu. To vám umožní rychle reagovat na problémy s výkonem a zabránit jejich dopadu na uživatele.
• Dokumentujte své testy a procesy: Dokumentujte své testy výkonu, výkonnostní rozpočty a testovací procesy. To pomáhá zajistit, že všichni v týmu rozumí, jak je výkon měřen a monitorován.

Řešení běžných výzev

Ačkoli automatizované testování výkonu nabízí řadu výhod, přináší také některé výzvy. Zde je návod, jak řešit některé běžné překážky:

• Nestabilní testy: Testy výkonu mohou být někdy nestabilní (flaky), což znamená, že mohou občas projít nebo selhat kvůli faktorům mimo vaši kontrolu, jako je přetížení sítě nebo zatížení serveru. Pro zmírnění tohoto problému spouštějte testy několikrát a průměrujte výsledky. Můžete také použít statistické techniky k identifikaci a odfiltrování odlehlých hodnot.
• Údržba testovacích skriptů: Jak se vaše aplikace vyvíjí, vaše testovací skripty budou muset být aktualizovány, aby odrážely změny. To může být časově náročný a chybový proces. K řešení tohoto problému použijte modulární a udržovatelnou architekturu testů a zvažte použití nástrojů pro automatizaci testů, které mohou automaticky generovat a aktualizovat testovací skripty.
• Interpretace výsledků: Výsledky testů výkonu mohou být složité a obtížně interpretovatelné. K řešení tohoto problému použijte jasné a stručné nástroje pro reportování a vizualizaci. Může být také přínosné stanovit základní úroveň výkonu a porovnávat následné výsledky testů s touto základní linií.
• Nakládání se službami třetích stran: Vaše aplikace může záviset na službách třetích stran, které jsou mimo vaši kontrolu. Výkon těchto služeb může ovlivnit celkový výkon vaší aplikace. K řešení tohoto problému monitorujte výkon těchto služeb a zvažte použití technik mockování nebo stubbingu k izolaci vaší aplikace během testování výkonu.

Závěr

Automatizované testování výkonu JavaScriptu je klíčovou praxí pro zajištění trvale rychlého a efektivního uživatelského zážitku. Implementací automatizovaných testů můžete proaktivně identifikovat a řešit regrese výkonu, snižovat náklady na vývoj a dodávat vysoce kvalitní produkt. Vyberte si správné nástroje, definujte jasné výkonnostní rozpočty, integrujte testy do svého CI/CD pipeline a neustále monitorujte a optimalizujte výkon své aplikace. Přijetím těchto postupů můžete vytvářet JavaScriptové aplikace, které jsou nejen funkční, ale také výkonné, potěší vaše uživatele a podpoří obchodní úspěch.

Pamatujte, že výkon je neustálý proces, nikoli jednorázová oprava. Neustále monitorujte, testujte a optimalizujte svůj JavaScriptový kód, abyste poskytli nejlepší možný zážitek pro své uživatele, ať jsou kdekoli na světě.

Další zdroje

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