Veebilehitseja renderduse optimeerimine: Süvaanalüüs JavaScripti joonistamise jõudlusest

Tänapäeva kiires digimaailmas ootavad kasutajad, et veebilehed ja -rakendused oleksid kiired ja jõudsad. Aeglane või hakitud kasutajaliides (UI) võib põhjustada frustratsiooni ja lõppkokkuvõttes kasutajate lahkumist. Veebijõudluse oluline aspekt on brauseri renderdamise torujuhe ning selle joonistamise (paint) etapi mõistmine on optimeeritud veebikogemuste loomisel esmatähtis. See juhend annab põhjaliku ülevaate JavaScripti joonistamise jõudlusest, pakkudes praktilisi strateegiaid ja tehnikaid teie veebirakenduse reageerimisvõime parandamiseks kasutajatele üle kogu maailma.

Brauseri renderdamise torujuhtme mõistmine

Brauseri renderdamise torujuhe on rida samme, mida veebilehitseja teeb HTML-i, CSS-i ja JavaScripti koodi teisendamiseks visuaalseks kujutiseks kasutaja ekraanil. Selle torujuhtme optimeerimine on sujuva ja jõudsa kogemuse pakkumise võti. Peamised etapid on:

1. DOM-i konstrueerimine: Brauser parsib HTML-i ja konstrueerib dokumendiobjekti mudeli (DOM), mis on HTML-struktuuri puulaadne esitus.
2. CSSOM-i konstrueerimine: Brauser parsib CSS-i ja konstrueerib CSS-objekti mudeli (CSSOM), mis on CSS-reeglite puulaadne esitus.
3. Renderduspuu konstrueerimine: Brauser kombineerib DOM-i ja CSSOM-i, et luua renderduspuu, mis sisaldab ainult nähtavaid sõlmi ja nende stiile.
4. Paigutus (Layout): Brauser arvutab iga renderduspuu elemendi suuruse ja asukoha, määrates kindlaks, kus need ekraanile kuvatakse. Seda tuntakse ka kui Reflow.
5. Joonistamine (Paint): Brauser teisendab renderduspuu tegelikeks piksliteks ekraanil. Seda protsessi tuntakse kui rasterdamist.
6. Komponeerimine (Composite): Brauser kombineerib lehe erinevad kihid lõplikuks pildiks, mis seejärel kasutajale kuvatakse.

JavaScripti roll joonistamise jõudluses

JavaScript võib oluliselt mõjutada renderdamise torujuhtme joonistamise etappi mitmel viisil:

• Stiilide otsene manipuleerimine: JavaScript saab otse muuta elementide CSS-stiile, käivitades ümberjoonistamisi ja ümberpaigutusi. Sagedased või halvasti optimeeritud stiilimuudatused võivad põhjustada jõudluse kitsaskohti. Näiteks elemendi `left` ja `top` omaduste korduv muutmine tsüklis põhjustab tõenäoliselt mitu ümberpaigutust ja ümberjoonistamist.
• DOM-i manipuleerimine: Elementide lisamine, eemaldamine või muutmine DOM-is võib käivitada ümberpaigutusi ja ümberjoonistamisi, kuna brauser peab paigutuse ümber arvutama ja mõjutatud alad uuesti joonistama. Suure hulga elementide programmiline lisamine ilma korraliku optimeerimiseta võib jõudlust oluliselt halvendada.
• Animatsioonid: JavaScriptil põhinevad animatsioonid võivad käivitada ümberjoonistamisi igas kaadris, eriti kui neid ei ole optimeeritud. Omaduste nagu `left`, `top`, `width` või `height` otsene kasutamine animatsioonides sunnib brauserit sageli paigutust ümber arvutama, mis toob kaasa halva jõudluse.
• Keerulised arvutused: JavaScripti kood, mis teeb keerulisi arvutusi või andmetöötlust, võib blokeerida põhilõime, lükates edasi joonistamise etappi ja muutes kasutajaliidese mittereageerivaks. Kujutage ette suure andmehulga töötlemist keerukate visualiseeringute genereerimiseks; kui see töötlemine toimub põhilõimes, võib see renderdamise blokeerida.

Joonistamise jõudluse kitsaskohtade tuvastamine

Enne optimeerimist on oluline tuvastada oma rakenduse spetsiifilised joonistamise jõudluse kitsaskohad. Siin on, kuidas saate kasutada Chrome DevTools'i (või sarnaseid tööriistu teistes brauserites) jõudlusprobleemide diagnoosimiseks:

1. Avage Chrome DevTools: Vajutage F12 (või Cmd+Opt+I macOS-is), et avada Chrome DevTools.
2. Navigeerige vahekaardile Performance: Valige vahekaart "Performance".
3. Salvestage jõudlusprofiil: Klõpsake salvestusnupul (ümmargune nupp) ja suhelge oma veebirakendusega, et jõudlusprobleem esile kutsuda.
4. Lõpetage salvestamine: Klõpsake salvestusnupul uuesti, et salvestamine lõpetada.
5. Analüüsige ajaskaalat: Uurige ajaskaalat, et tuvastada pikad joonistamise kestused, liigsed ümberpaigutused (paigutuse arvutused) ja JavaScripti täitmine, mis blokeerib põhilõime. Pöörake tähelepanu jaotisele "Rendering"; see toob esile joonistamise sündmused. Otsige punaseid alasid, mis viitavad jõudlusprobleemidele. Alumine vahekaart "Summary" annab ülevaate sellest, millele brauser aega kulutab.
6. Lülitage sisse Paint Flashing: Vahekaardil Rendering (saadaval DevTools'i kolme punkti kaudu) lülitage sisse "Paint flashing". See tõstab esile ekraani alad, mida uuesti joonistatakse. Sage vilkumine viitab potentsiaalsetele jõudlusprobleemidele.

Strateegiad JavaScripti joonistamise jõudluse optimeerimiseks

Kui olete kitsaskohad tuvastanud, saate JavaScripti joonistamise jõudluse optimeerimiseks rakendada järgmisi strateegiaid:

1. Minimeerige ümberpaigutusi (Reflows) ja ümberjoonistamisi (Repaints)

Ümberpaigutused ja ümberjoonistamised on kulukad operatsioonid. Nende esinemiskordade arvu vähendamine on jõudluse jaoks ülioluline. Siin on mõned tehnikad:

• Vältige stiilide otsest manipuleerimist: Selle asemel, et otse muuta üksikute elementide stiile, proovige muuta klassinimesid või CSS-muutujaid. See võimaldab brauseril uuendusi pakettidena töödelda ja renderdamisprotsessi optimeerida. Näiteks `element.style.width = '100px'` asemel kaaluge klassi lisamist, mis määratleb laiuse.
• DOM-i uuenduste pakettidena töötlemine: Kui teete DOM-is mitu muudatust, grupeerige need kokku, et minimeerida ümberpaigutuste arvu. Saate kasutada tehnikaid nagu dokumendifragmendid või ajutised muutujad, et koguda muudatused enne nende rakendamist DOM-ile. Näiteks selle asemel, et lisada elemente DOM-i ükshaaval tsüklis, lisage need dokumendifragmenti ja seejärel lisage fragment korraga DOM-i.
• Lugege paigutuse omadusi hoolikalt: Paigutuse omaduste (nt `offsetWidth`, `offsetHeight`, `scrollTop`) lugemine sunnib brauserit paigutust ümber arvutama. Vältige nende omaduste tarbetut lugemist, eriti tsüklite sees. Kui peate neid kasutama, salvestage väärtused vahemällu ja taaskasutage neid.
• Kasutage animatsioonide jaoks `requestAnimationFrame`-i: `requestAnimationFrame` on brauseri API, mis ajastab animatsioonide käivitamise enne järgmist ümberjoonistamist. See tagab, et animatsioonid on sünkroniseeritud brauseri värskendussagedusega, mis toob kaasa sujuvama ja tõhusama renderdamise. Kasutage animatsioonide jaoks `setInterval` või `setTimeout` asemel `requestAnimationFrame`-i.
• Virtuaalne DOM ja lepitus (raamistikele nagu React, Vue.js, Angular): Raamistikud, mis kasutavad virtuaalset DOM-i, minimeerivad otsest DOM-i manipuleerimist. Muudatused rakendatakse esmalt virtuaalsele DOM-ile ja seejärel uuendab raamistik tõhusalt tegelikku DOM-i erinevuste põhjal (lepitus). On oluline mõista, kuidas teie raamistik DOM-i uuendusi käsitleb.

2. Kasutage animatsioonideks CSS-i transformatsioone ja läbipaistvust

Elementide animeerimisel eelistage CSS-i transformatsioonide (nt `translate`, `scale`, `rotate`) ja läbipaistvuse (opacity) kasutamist. Neid omadusi saab animeerida ilma ümberpaigutusi käivitamata, kuna neid haldab tavaliselt GPU. Omaduste nagu `left`, `top`, `width` või `height` animeerimine on palju kulukam, sest need sunnivad sageli paigutust ümber arvutama.

Näiteks elemendi horisontaalseks liigutamiseks `left`-omaduse animeerimise asemel kasutage `transform: translateX(value)`. Samamoodi kasutage `opacity`-t `display`-omaduse otsese manipuleerimise asemel.

3. Optimeerige JavaScripti koodi

Tõhus JavaScripti kood on oluline kitsaskohtade vältimiseks, mis võivad joonistamise etappi edasi lükata. Siin on mõned kaalutlused:

• Minimeerige JavaScripti täitmisaega: Tuvastage ja optimeerige aeglaselt töötavat JavaScripti koodi. Kasutage Chrome DevTools'i vahekaarti Performance oma koodi profileerimiseks ja kõige aeganõudvamate funktsioonide tuvastamiseks.
• Web Workerid taustaülesannete jaoks: Viige pikaajalised või arvutusmahukad ülesanded Web Workeritesse. Web Workerid töötavad eraldi lõimedes, vältides põhilõime blokeerimist ja renderdamise häirimist. Näiteks pilditöötlust, andmeanalüüsi või võrgupäringuid saab käsitleda Web Workerites.
• Debouncing ja Throttling: Sündmuste, nagu kerimine või suuruse muutmine, käsitlemisel kasutage debouncing'it või throttling'ut, et piirata funktsiooni täitmise kordade arvu. See aitab vältida liigseid ümberjoonistamisi ja ümberpaigutusi. Debouncing tagab, et funktsioon kutsutakse välja alles pärast teatud tegevusetusperioodi. Throttling tagab, et funktsioon kutsutakse välja maksimaalselt üks kord määratud ajavahemiku jooksul.
• Koodi tükeldamine: Jagage oma JavaScripti kood väiksemateks tükkideks ja laadige neid vastavalt vajadusele. See võib vähendada teie rakenduse esialgset laadimisaega ja parandada selle reageerimisvõimet. Tööriistad nagu Webpack ja Parcel aitavad koodi tükeldamisega.
• Tõhusad andmestruktuurid ja algoritmid: Kasutage andmetöötluse optimeerimiseks sobivaid andmestruktuure ja algoritme. Kaaluge Map-ide ja Set-ide kasutamist objektide ja massiivide asemel, kui jõudlus on kriitilise tähtsusega.

4. Kasutage riistvaralist kiirendust

Brauserid saavad kasutada GPU-d (graafikaprotsessorit) teatud renderdamisoperatsioonide, näiteks komponeerimise ja transformatsioonide, kiirendamiseks. Soodustage riistvaralist kiirendust, kasutades CSS-i omadusi, mis käivitavad uute komponeerimiskihtide loomise. Sageli kasutatakse CSS-i omadust `will-change`, kuid kasutage seda mõistlikult, sest liigne kasutamine võib jõudlust negatiivselt mõjutada.

Näide:

            .element {
  will-change: transform, opacity;
}
            

              
                Copy
              
            
          

See annab brauserile teada, et elemendi `transform`- ja `opacity`-omadused tõenäoliselt muutuvad, võimaldades tal renderdamist vastavalt optimeerida.

5. Optimeerige pilte ja muid varasid

Suured pildid ja muud varad võivad oluliselt mõjutada lehe laadimisaega ja renderdamise jõudlust. Optimeerige oma varasid, et vähendada nende suurust ja parandada laadimiskiirust.

• Piltide optimeerimine: Kasutage tööriistu nagu ImageOptim või TinyPNG, et tihendada pilte kvaliteeti kaotamata. Valige sobiv pildiformaat (nt WebP, JPEG, PNG) vastavalt pildi sisule. Kasutage `srcset`-atribuudiga kohanduvaid pilte, et pakkuda erineva suurusega pilte vastavalt kasutaja seadmele.
• Laisk laadimine (Lazy Loading): Laadige pilte ja muid varasid alles siis, kui need on vaateaknas nähtavad. See võib oluliselt parandada esialgset laadimisaega ja vähendada ressursside hulka, mida brauser peab renderdama. Raamatukogud nagu lazysizes aitavad laiska laadimist rakendada.
• Vahemällu salvestamine (Caching): Kasutage brauseri vahemälu, et salvestada staatilisi varasid lokaalselt, vähendades vajadust neid korduvalt alla laadida. Seadistage oma serveris sobivad vahemälu päised. Kaaluge sisuedastusvõrgu (CDN) kasutamist oma varade globaalseks levitamiseks ja laadimisaegade parandamiseks kasutajatele üle kogu maailma.

6. Jälgige ja täiustage pidevalt

Veebijõudluse optimeerimine on pidev protsess. Jälgige pidevalt oma rakenduse jõudlust ja tuvastage parendusvaldkondi. Kasutage jõudluse jälgimise tööriistu nagu Google PageSpeed Insights, WebPageTest ja Lighthouse, et saada ülevaadet oma rakenduse jõudlusest ja tuvastada potentsiaalseid probleeme. Profileerige regulaarselt oma koodi ja analüüsige renderdamise torujuhet, et tuvastada ja lahendada kitsaskohti.

Globaalsed kaalutlused veebi jõudluse osas

Veebijõudluse optimeerimisel on oluline arvestada globaalset konteksti. Eri maailmaosade kasutajatel võivad olla erinevad võrgukiirused, seadme võimekused ja internetiühenduse kulud.

• Võrgu latentsus: Võrgu latentsus võib oluliselt mõjutada lehe laadimisaega, eriti kehva interneti infrastruktuuriga piirkondade kasutajate jaoks. Minimeerige HTTP-päringute arvu ja optimeerige oma varade suurust, et vähendada latentsuse mõju. Kaaluge tehnikate, nagu HTTP/2, kasutamist, mis võimaldab saata mitu päringut üle ühe ühenduse.
• Seadmete võimekus: Arengumaade kasutajad võivad kasutada vanemaid või vähem võimsaid seadmeid. Optimeerige oma rakendus, et tagada selle hea toimimine ka nendel seadmetel. Kaaluge adaptiivsete laadimistehnikate kasutamist, et pakkuda erinevat sisu vastavalt kasutaja seadmele.
• Andmesidekulud: Mõnes piirkonnas on internetiühendus kallis. Optimeerige oma rakendus andmekasutuse minimeerimiseks. Kasutage tehnikaid nagu piltide tihendamine, koodi tükeldamine ja laisk laadimine, et vähendada andmemahtu, mida kasutajad peavad alla laadima.
• Lokaliseerimine: Veenduge, et teie rakendus on eri keelte ja piirkondade jaoks korralikult lokaliseeritud. Kasutage sobivaid märgistikke ja vorminduskonventsioone. Kaaluge CDN-i kasutamist, mis levitab teie varasid globaalselt, et parandada laadimisaegu kasutajatele üle kogu maailma.

Näide: JavaScriptil põhineva animatsiooni optimeerimine

Oletame, et teil on JavaScriptil põhinev animatsioon, mis liigutab elementi horisontaalselt üle ekraani. Algne kood võib välja näha selline:

            const element = document.getElementById('my-element');
let position = 0;

function animate() {
  position += 2;
  element.style.left = position + 'px';
  requestAnimationFrame(animate);
}

animate();
            

              
                Copy
              
            
          

See kood manipuleerib otse `left`-omadust, mis käivitab igas kaadris ümberpaigutusi ja ümberjoonistamisi. Selle animatsiooni optimeerimiseks saate kasutada CSS-i transformatsioone:

            const element = document.getElementById('my-element');
let position = 0;

function animate() {
  position += 2;
  element.style.transform = `translateX(${position}px)`;
  requestAnimationFrame(animate);
}

animate();
            

              
                Copy
              
            
          

Kasutades `transform: translateX()`, saate elementi liigutada ilma ümberpaigutusi käivitamata, mis toob kaasa sujuvama ja jõudsama animatsiooni.

Kokkuvõte

JavaScripti joonistamise jõudluse optimeerimine on ülioluline, et pakkuda kiiret, reageerivat ja nauditavat kasutajakogemust kasutajatele üle kogu maailma. Mõistes brauseri renderdamise torujuhet, tuvastades jõudluse kitsaskohti ja rakendades selles juhendis kirjeldatud strateegiaid, saate oma veebirakenduste jõudlust oluliselt parandada. Ärge unustage pidevalt oma rakenduse jõudlust jälgida ja kohandada oma optimeerimistehnikaid vastavalt vajadusele. Arvestage globaalse kontekstiga ja optimeerige oma rakendus nii, et see toimiks hästi erineva võrgukiiruse, seadme võimekuse ja internetiühenduse kuludega kasutajate jaoks. Nende tavade omaksvõtmine aitab luua veebikogemusi, mis on kõigile kättesaadavad ja jõudsad, olenemata nende asukohast või seadmest.