Tutki, miten JavaScriptin suoritus vaikuttaa selaimen renderöintiputken jokaiseen vaiheeseen, ja opi strategioita koodin optimoimiseksi paremman verkkosivuston suorituskyvyn ja käyttökokemuksen saavuttamiseksi.
Selaimen renderöintiputki: Miten JavaScript vaikuttaa verkkosivujen suorituskykyyn
Selaimen renderöintiputki on sarja vaiheita, joita selain käyttää muuntaakseen HTML-, CSS- ja JavaScript-koodin visuaaliseksi esitykseksi käyttäjän näytöllä. Tämän putken ymmärtäminen on ratkaisevan tärkeää kaikille web-kehittäjille, jotka haluavat rakentaa korkean suorituskyvyn omaavia web-sovelluksia. JavaScript, joka on tehokas ja dynaaminen kieli, vaikuttaa merkittävästi tämän putken jokaiseen vaiheeseen. Tämä artikkeli perehtyy selaimen renderöintiputkeen ja tutkii, miten JavaScriptin suoritus vaikuttaa suorituskykyyn, ja tarjoaa toimivia optimointistrategioita.
Selaimen renderöintiputken ymmärtäminen
Renderöintiputki voidaan jakaa karkeasti seuraaviin vaiheisiin:
- HTML:n jäsentäminen: Selain jäsentää HTML-merkinnät ja rakentaa Document Object Modelin (DOM), puumaisen rakenteen, joka edustaa HTML-elementtejä ja niiden suhteita.
- CSS:n jäsentäminen: Selain jäsentää CSS-tyylitiedostot (sekä ulkoiset että sisäiset) ja luo CSS Object Modelin (CSSOM), toisen puumaisen rakenteen, joka edustaa CSS-sääntöjä ja niiden ominaisuuksia.
- Kiinnitys: Selain yhdistää DOM:n ja CSSOM:n luodakseen Render Tree -puun. Render Tree sisältää vain sisällön näyttämiseen tarvittavat solmut, jättäen pois elementit, kuten <head>, ja elementit, joiden `display: none`. Jokaisella näkyvällä DOM-solmulla on vastaavat CSSOM-säännöt liitettynä.
- Asettelu (Reflow): Selain laskee Render Tree -puun jokaisen elementin sijainnin ja koon. Tämä prosessi tunnetaan myös nimellä "reflow".
- Maalaus (Repaint): Selain maalaa jokaisen elementin Render Tree -puussa näytölle käyttämällä laskettuja asettelutietoja ja käytettyjä tyylejä. Tämä prosessi tunnetaan myös nimellä "repaint".
- Komposointi: Selain yhdistää eri kerrokset lopulliseksi kuvaksi, joka näytetään näytöllä. Nykyaikaiset selaimet käyttävät usein laitteistokiihdytystä komposointiin, mikä parantaa suorituskykyä.
JavaScriptin vaikutus renderöintiputkeen
JavaScript voi vaikuttaa merkittävästi renderöintiputkeen eri vaiheissa. Huonosti kirjoitettu tai tehoton JavaScript-koodi voi aiheuttaa suorituskyvyn pullonkauloja, mikä johtaa hitaaseen sivun latausaikaan, takkuileviin animaatioihin ja huonoon käyttökokemukseen.
1. Parserin estäminen
Kun selain kohtaa <script>-tunnisteen HTML:ssä, se yleensä pysäyttää HTML-asiakirjan jäsentämisen ladatakseen ja suorittaakseen JavaScript-koodin. Tämä johtuu siitä, että JavaScript voi muokata DOM:ia, ja selaimen on varmistettava, että DOM on ajan tasalla ennen jatkamista. Tämä estävä käyttäytyminen voi viivästyttää merkittävästi sivun alkuperäistä renderöintiä.
Esimerkki:
Harkitse tilannetta, jossa sinulla on suuri JavaScript-tiedosto HTML-asiakirjan <head>-osiossa:
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Oma verkkosivusto</title>
<script src="large-script.js"></script>
</head>
<body>
<h1>Tervetuloa verkkosivustolleni</h1>
<p>Jonkin verran sisältöä täällä.</p>
</body>
</html>
Tässä tapauksessa selain lopettaa HTML:n jäsentämisen ja odottaa, että `large-script.js` ladataan ja suoritetaan ennen <h1>- ja <p>-elementtien renderöintiä. Tämä voi johtaa havaittavaan viiveeseen sivun alkuperäisessä latauksessa.
Ratkaisut parserin estämisen minimoimiseksi:
- Käytä `async` tai `defer` -attribuutteja: `async`-attribuutti sallii komentosarjan lataamisen estämättä parseria, ja komentosarja suoritetaan heti, kun se on ladattu. `defer`-attribuutti sallii myös komentosarjan lataamisen estämättä parseria, mutta komentosarja suoritetaan vasta, kun HTML:n jäsentäminen on valmis, siinä järjestyksessä kuin ne näkyvät HTML:ssä.
- Sijoita komentosarjat <body>-tunnisteen loppuun: Asettamalla komentosarjat <body>-tunnisteen loppuun selain voi jäsentää HTML:n ja rakentaa DOM:n ennen kuin se kohtaa komentosarjat. Tämän ansiosta selain voi renderöidä sivun alkuperäisen sisällön nopeammin.
Esimerkki `async`-käytöstä:
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Oma verkkosivusto</title>
<script src="large-script.js" async></script>
</head>
<body>
<h1>Tervetuloa verkkosivustolleni</h1>
<p>Jonkin verran sisältöä täällä.</p>
</body>
</html>
Tässä tapauksessa selain lataa `large-script.js` asynkronisesti estämättä HTML:n jäsentämistä. Komentosarja suoritetaan heti, kun se on ladattu, mahdollisesti ennen kuin koko HTML-asiakirja on jäsennetty.
Esimerkki `defer`-käytöstä:
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Oma verkkosivusto</title>
<script src="large-script.js" defer></script>
</head>
<body>
<h1>Tervetuloa verkkosivustolleni</h1>
<p>Jonkin verran sisältöä täällä.</p>
</body>
</html>
Tässä tapauksessa selain lataa `large-script.js` asynkronisesti estämättä HTML:n jäsentämistä. Komentosarja suoritetaan sen jälkeen, kun koko HTML-asiakirja on jäsennetty, siinä järjestyksessä kuin se näkyy HTML:ssä.
2. DOM-manipulointi
JavaScriptia käytetään usein DOM:n manipuloimiseen, elementtien ja niiden määritteiden lisäämiseen, poistamiseen tai muokkaamiseen. Toistuvat tai monimutkaiset DOM-manipuloinnit voivat laukaista reflow- ja repaint-toimintoja, jotka ovat kalliita toimintoja, jotka voivat vaikuttaa merkittävästi suorituskykyyn.
Esimerkki:
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>DOM-manipulointiesimerkki</title>
</head>
<body>
<ul id="myList">
<li>Kohta 1</li>
<li>Kohta 2</li>
</ul>
<script>
const myList = document.getElementById('myList');
for (let i = 3; i <= 10; i++) {
const listItem = document.createElement('li');
listItem.textContent = `Kohta ${i}`;
myList.appendChild(listItem);
}
</script>
</body>
</html>
Tässä esimerkissä komentosarja lisää kahdeksan uutta luettelokohtaa järjestämättömään luetteloon. Jokainen `appendChild`-toiminto laukaisee reflow- ja repaint-toiminnon, koska selaimen on laskettava uudelleen asettelu ja piirrettävä luettelo uudelleen.
Ratkaisut DOM-manipuloinnin optimoimiseksi:
- Minimoi DOM-manipuloinnit: Vähennä DOM-manipulointien määrää mahdollisimman paljon. Yritä muuttaa muutokset yhteen sen sijaan, että muokkaat DOM:ia useita kertoja.
- Käytä DocumentFragment: Luo DocumentFragment, suorita kaikki DOM-manipuloinnit fragmentissa ja liitä sitten fragmentti varsinaiseen DOM:iin kerran. Tämä vähentää reflow- ja repaint-toimintojen määrää.
- Välimuistit DOM-elementit: Vältä DOM:n toistuvaa kyselyä samoista elementeistä. Tallenna elementit muuttujiin ja käytä niitä uudelleen.
- Käytä tehokkaita valitsimia: Käytä tarkkoja ja tehokkaita valitsimia (esim. ID:t) elementtien kohdistamiseen. Vältä monimutkaisten tai tehoton valitsimien käyttöä (esim. DOM-puun turha läpikäynti).
- Vältä tarpeettomia reflow- ja repaint-toimintoja: Tietyt CSS-ominaisuudet, kuten `width`, `height`, `margin` ja `padding`, voivat laukaista reflow- ja repaint-toimintoja, kun niitä muutetaan. Yritä välttää näiden ominaisuuksien muuttamista usein.
Esimerkki DocumentFragmentin käytöstä:
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>DOM-manipulointiesimerkki</title>
</head>
<body>
<ul id="myList">
<li>Kohta 1</li>
<li>Kohta 2</li>
</ul>
<script>
const myList = document.getElementById('myList');
const fragment = document.createDocumentFragment();
for (let i = 3; i <= 10; i++) {
const listItem = document.createElement('li');
listItem.textContent = `Kohta ${i}`;
fragment.appendChild(listItem);
}
myList.appendChild(fragment);
</script>
</body>
</html>
Tässä esimerkissä kaikki uudet luettelokohdat liitetään ensin DocumentFragmentiin, ja sitten fragmentti liitetään järjestämättömään luetteloon. Tämä vähentää reflow- ja repaint-toimintojen määrän yhteen.
3. Kalliit toiminnot
Tietyt JavaScript-toiminnot ovat luonnostaan kalliita ja voivat vaikuttaa suorituskykyyn. Näitä ovat:
- Monimutkaiset laskelmat: Monimutkaisten matemaattisten laskelmien tai tietojenkäsittelyn suorittaminen JavaScriptissä voi kuluttaa huomattavia CPU-resursseja.
- Suuret tietorakenteet: Suurten taulukoiden tai objektien kanssa työskentely voi johtaa lisääntyneeseen muistin käyttöön ja hitaampaan käsittelyyn.
- Säännölliset lausekkeet: Monimutkaisten säännöllisten lausekkeiden suorittaminen voi olla hidasta, etenkin suurilla merkkijonoilla.
Esimerkki:
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Kallisarvoinen operaatioesimerkki</title>
</head>
<body>
<div id="result"></div>
<script>
const resultDiv = document.getElementById('result');
let largeArray = [];
for (let i = 0; i < 1000000; i++) {
largeArray.push(Math.random());
}
const startTime = performance.now();
largeArray.sort(); // Kallisarvoinen operaatio
const endTime = performance.now();
const executionTime = endTime - startTime;
resultDiv.textContent = `Suoritusaika: ${executionTime} ms`;
</script>
</body>
</html>
Tässä esimerkissä komentosarja luo suuren taulukon satunnaisista numeroista ja lajittelee sen sitten. Suuren taulukon lajittelu on kallisarvoinen toiminto, joka voi kestää huomattavan ajan.
Ratkaisut kallisarvoisten toimintojen optimoimiseksi:
- Optimoi algoritmit: Käytä tehokkaita algoritmeja ja tietorakenteita vähentääksesi tarvittavan käsittelyn määrää.
- Käytä Web Workers -työntekijöitä: Siirrä kallisarvoisia toimintoja Web Workers -työntekijöille, jotka suoritetaan taustalla eivätkä estä pääsäiettä.
- Välimuistit tulokset: Välimuistit kallisarvoisten toimintojen tulokset, jotta niitä ei tarvitse laskea uudelleen joka kerta.
- Debouncing ja Throttling: Ota käyttöön debouncing- tai throttling-tekniikoita rajoittaaksesi funktiokutsujen määrää. Tämä on hyödyllistä tapahtumankäsittelijöille, jotka laukeavat usein, kuten vieritystapahtumat tai koonmuutostapahtumat.
Esimerkki Web Workerin käytöstä:
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Kallisarvoinen operaatioesimerkki</title>
</head>
<body>
<div id="result"></div>
<script>
const resultDiv = document.getElementById('result');
if (window.Worker) {
const myWorker = new Worker('worker.js');
myWorker.onmessage = function(event) {
const executionTime = event.data;
resultDiv.textContent = `Suoritusaika: ${executionTime} ms`;
};
myWorker.postMessage(''); // Käynnistä työntekijä
} else {
resultDiv.textContent = 'Web Workers -työntekijöitä ei tueta tässä selaimessa.';
}
</script>
</body>
</html>
worker.js:
self.onmessage = function(event) {
let largeArray = [];
for (let i = 0; i < 1000000; i++) {
largeArray.push(Math.random());
}
const startTime = performance.now();
largeArray.sort(); // Kallisarvoinen operaatio
const endTime = performance.now();
const executionTime = endTime - startTime;
self.postMessage(executionTime);
}
Tässä esimerkissä lajittelutoiminto suoritetaan Web Worker -työntekijässä, joka suoritetaan taustalla eikä estä pääsäiettä. Tämän avulla käyttöliittymä pysyy reagoivana lajittelun ollessa käynnissä.
4. Kolmannen osapuolen komentosarjat
Monet web-sovellukset luottavat kolmannen osapuolen komentosarjoihin analytiikkaa, mainontaa, sosiaalisen median integrointia ja muita ominaisuuksia varten. Nämä komentosarjat voivat usein olla merkittävä suorituskyvyn lisäys, koska ne voivat olla huonosti optimoituja, ladata suuria tietomääriä tai suorittaa kalliita toimintoja.
Esimerkki:
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Kolmannen osapuolen komentosarjaesimerkki</title>
<script src="https://example.com/analytics.js"></script>
</head>
<body>
<h1>Tervetuloa verkkosivustolleni</h1>
<p>Jonkin verran sisältöä täällä.</p>
</body>
</html>
Tässä esimerkissä komentosarja lataa analytiikkakomentosarjan kolmannen osapuolen verkkotunnuksesta. Jos tämän komentosarjan lataaminen tai suorittaminen on hidasta, se voi vaikuttaa negatiivisesti sivun suorituskykyyn.
Ratkaisut kolmannen osapuolen komentosarjojen optimoimiseksi:
- Lataa komentosarjat asynkronisesti: Käytä `async` tai `defer`-attribuutteja ladataksesi kolmannen osapuolen komentosarjat asynkronisesti estämättä parseria.
- Lataa komentosarjat vain tarvittaessa: Lataa kolmannen osapuolen komentosarjat vain silloin, kun niitä todella tarvitaan. Lataa esimerkiksi sosiaalisen median widgetit vain, kun käyttäjä on vuorovaikutuksessa niiden kanssa.
- Käytä Content Delivery Networkia (CDN): Käytä CDN:ää tarjotaksesi kolmannen osapuolen komentosarjoja sijainnista, joka on maantieteellisesti lähellä käyttäjää.
- Tarkkaile kolmannen osapuolen komentosarjojen suorituskykyä: Käytä suorituskyvyn valvontatyökaluja kolmannen osapuolen komentosarjojen suorituskyvyn seuraamiseen ja mahdollisten pullonkaulojen tunnistamiseen.
- Harkitse vaihtoehtoja: Tutki vaihtoehtoisia ratkaisuja, jotka voivat olla tehokkaampia tai joilla on pienempi jalanjälki.
5. Tapahtumakuuntelijat
Tapahtumakuuntelijat mahdollistavat JavaScript-koodin reagoimisen käyttäjän vuorovaikutukseen ja muihin tapahtumiin. Liian monen tapahtumakuuntelijan liittäminen tai tehotonta tapahtumankäsittelijöiden käyttö voi kuitenkin vaikuttaa suorituskykyyn.
Esimerkki:
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Tapahtumakuuntelijaesimerkki</title>
</head>
<body>
<ul id="myList">
<li>Kohta 1</li>
<li>Kohta 2</li>
<li>Kohta 3</li>
</ul>
<script>
const listItems = document.querySelectorAll('#myList li');
for (let i = 0; i < listItems.length; i++) {
listItems[i].addEventListener('click', function() {
alert(`Olet klikannut kohtaa ${i + 1}`);
});
}
</script>
</body>
</html>
Tässä esimerkissä komentosarja liittää klikkaustapahtuman kuuntelijan jokaiseen luettelokohtaan. Vaikka tämä toimii, se ei ole tehokkain lähestymistapa, etenkin jos luettelo sisältää suuren määrän kohteita.
Ratkaisut tapahtumakuuntelijoiden optimoimiseksi:
- Käytä tapahtumadelegaatiota: Sen sijaan, että liittäisit tapahtumakuuntelijoita yksittäisiin elementteihin, liitä yksi tapahtumakuuntelija pääelementtiin ja käytä tapahtumadelegaatiota käsittelemään sen lasten tapahtumia.
- Poista tarpeettomat tapahtumakuuntelijat: Poista tapahtumakuuntelijat, kun niitä ei enää tarvita.
- Käytä tehokkaita tapahtumankäsittelijöitä: Optimoi koodi tapahtumankäsittelijöissäsi minimoidaksesi tarvittavan käsittelyn määrän.
- Throttling tai debouncing tapahtumankäsittelijät: Käytä throttling- tai debouncing-tekniikoita rajoittamaan tapahtumankäsittelijä kutsujen määrää, etenkin tapahtumien osalta, jotka laukeavat usein, kuten vieritystapahtumat tai koonmuutostapahtumat.
Esimerkki tapahtumadelegaation käytöstä:
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Tapahtumakuuntelijaesimerkki</title>
</head>
<body>
<ul id="myList">
<li>Kohta 1</li>
<li>Kohta 2</li>
<li>Kohta 3</li>
</ul>
<script>
const myList = document.getElementById('myList');
myList.addEventListener('click', function(event) {
if (event.target.tagName === 'LI') {
const index = Array.prototype.indexOf.call(myList.children, event.target);
alert(`Olet klikannut kohtaa ${index + 1}`);
}
});
</script>
</body>
</html>
Tässä esimerkissä yksi klikkaustapahtuman kuuntelija on liitetty järjestämättömään luetteloon. Kun luettelokohdetta napsautetaan, tapahtumakuuntelija tarkistaa, onko tapahtuman kohde luettelokohta. Jos on, tapahtumakuuntelija käsittelee tapahtuman. Tämä lähestymistapa on tehokkaampi kuin klikkaustapahtuman kuuntelijan liittäminen jokaiseen luettelokohtaan erikseen.
Työkalut JavaScriptin suorituskyvyn mittaamiseen ja parantamiseen
Saatavilla on useita työkaluja, jotka auttavat sinua mittaamaan ja parantamaan JavaScriptin suorituskykyä:
- Selaimen kehittäjätyökalut: Nykyaikaiset selaimet sisältävät sisäänrakennettuja kehittäjätyökaluja, joiden avulla voit profiloida JavaScript-koodia, tunnistaa suorituskyvyn pullonkauloja ja analysoida renderöintiputkea.
- Lighthouse: Lighthouse on avoimen lähdekoodin, automatisoitu työkalu verkkosivujen laadun parantamiseen. Sillä on tarkastukset suorituskyvylle, saavutettavuudelle, progressiivisille web-sovelluksille, SEO:lle ja muulle.
- WebPageTest: WebPageTest on ilmainen työkalu, jonka avulla voit testata verkkosivustosi suorituskykyä eri sijainneista ja selaimista.
- PageSpeed Insights: PageSpeed Insights analysoi verkkosivun sisällön ja luo sitten ehdotuksia sivun nopeuttamiseksi.
- Suorituskyvyn valvontatyökalut: Saatavilla on useita kaupallisia suorituskyvyn valvontatyökaluja, jotka voivat auttaa sinua seuraamaan web-sovelluksesi suorituskykyä reaaliajassa.
Johtopäätös
JavaScriptilla on ratkaiseva rooli selaimen renderöintiputkessa. On välttämätöntä ymmärtää, miten JavaScriptin suoritus vaikuttaa suorituskykyyn, jotta voidaan rakentaa korkean suorituskyvyn omaavia web-sovelluksia. Noudattamalla tässä artikkelissa esitettyjä optimointistrategioita voit minimoida JavaScriptin vaikutuksen renderöintiputkeen ja tarjota sujuvan ja reagoivan käyttökokemuksen. Muista aina mitata ja valvoa verkkosivustosi suorituskykyä tunnistaaksesi ja ratkaistaksesi mahdolliset pullonkaulat.
Tämä opas tarjoaa vankan perustan JavaScriptin vaikutuksen ymmärtämiseen selaimen renderöintiputkeen. Jatka näiden tekniikoiden tutkimista ja kokeilemista hioaksesi web-kehitystaitojasi ja rakentaaksesi poikkeuksellisia käyttökokemuksia globaalille yleisölle.