JavaScriptのパフォーマンスリグレッション防止：自動パフォーマンステスト

今日の急速に変化するデジタル世界において、ウェブサイトやアプリケーションのパフォーマンスは、ユーザー満足度、エンゲージメント、そして最終的にはビジネスの成功にとって極めて重要です。読み込みが遅い、または応答しないアプリケーションは、ユーザーの不満、トランザクションの放棄、そしてブランドの評判への悪影響につながる可能性があります。JavaScriptは現代のウェブ開発の中核をなす要素であり、全体的なパフォーマンスに大きな役割を果たします。したがって、パフォーマンスリグレッション（予期せぬパフォーマンスの低下）を防ぐことが最も重要です。ここで自動パフォーマンステストが活躍します。

JavaScriptのパフォーマンスリグレッションとは？

パフォーマンスリグレッションは、新しいコードの変更や更新によって、JavaScriptアプリケーションのパフォーマンスが低下する場合に発生します。これは、次のようなさまざまな形で現れます。

• ページ読み込み時間の増加：ユーザーは、ページが完全にインタラクティブになるまでの待ち時間が長くなります。
• レンダリングの遅延：視覚的要素が画面に表示されるまでに時間がかかります。
• フレームレートの低下：アニメーションやトランジションがカクカクして滑らかでなくなります。
• メモリ消費量の増加：アプリケーションがより多くのメモリを使用し、クラッシュや速度低下につながる可能性があります。
• CPU使用率の増加：アプリケーションがより多くの処理能力を消費し、モバイルデバイスのバッテリー寿命に影響を与えます。

これらのリグレッションは微妙で、特に多数の相互接続されたコンポーネントを持つ複雑なアプリケーションでは、手動テスト中に見過ごされがちです。本番環境へのデプロイ後に初めて明らかになり、多数のユーザーに影響を与える可能性があります。

自動パフォーマンステストの重要性

自動パフォーマンステストを使用すると、パフォーマンスリグレッションがユーザーに影響を与える前に、積極的に特定して対処できます。これには、さまざまなパフォーマンス指標を測定し、事前に定義されたしきい値やベースラインと比較する自動スクリプトの作成が含まれます。このアプローチには、いくつかの重要な利点があります。

• 早期発見：開発サイクルの早い段階でパフォーマンスの問題を特定し、本番環境に到達するのを防ぎます。
• 一貫性と信頼性：自動テストは一貫性があり信頼性の高い結果を提供し、人的エラーや主観性を排除します。
• 迅速なフィードバック：コード変更がパフォーマンスに与える影響について即座にフィードバックを得られ、迅速なイテレーションと最適化を可能にします。
• コスト削減：開発プロセスの早い段階でパフォーマンスの問題を修正することで、修正に必要なコストと労力を大幅に削減します。
• ユーザー体験の向上：一貫して高速で応答性の高いユーザー体験を提供し、ユーザー満足度とエンゲージメントを向上させます。
• 継続的な監視：パフォーマンステストを継続的インテグレーション/継続的デリバリー（CI/CD）パイプラインに統合し、継続的なパフォーマンス監視を行います。

監視すべき主要なパフォーマンス指標

自動パフォーマンステストを実装する際には、ユーザー体験に直接影響を与える主要なパフォーマンス指標に焦点を当てることが不可欠です。最も重要な指標には以下のようなものがあります。

• First Contentful Paint (FCP)：最初のコンテンツ（テキスト、画像など）が画面に表示されるまでにかかる時間を測定します。
• Largest Contentful Paint (LCP)：最大のコンテンツ要素が画面に表示されるまでにかかる時間を測定します。
• First Input Delay (FID)：ブラウザがユーザーの最初のインタラクション（例：ボタンのクリック）に応答するまでにかかる時間を測定します。
• Time to Interactive (TTI)：ページが完全にインタラクティブになり、ユーザー入力に応答できるようになるまでにかかる時間を測定します。
• Total Blocking Time (TBT)：ページ読み込み中にメインスレッドがブロックされ、ブラウザがユーザー入力に応答できなくなる合計時間を測定します。
• Cumulative Layout Shift (CLS)：ページ読み込み中に発生する予期せぬレイアウトシフトの量を測定し、視覚的な不安定性を引き起こします。
• JavaScript実行時間：JavaScriptコードの実行に費やされた時間。
• メモリ使用量：アプリケーションが消費するメモリの量。
• CPU使用率：アプリケーションが消費する処理能力の量。
• ネットワークリクエスト：アプリケーションが行うネットワークリクエストの数とサイズ。

自動JavaScriptパフォーマンステストのためのツールとテクノロジー

自動JavaScriptパフォーマンステストを実装するために使用できるツールやテクノロジーはいくつかあります。以下にいくつかの一般的なオプションを示します。

• WebPageTest：さまざまな場所やデバイスからウェブサイトのパフォーマンスをテストするための無料のオープンソースツール。ウォーターフォールチャート、フィルムストリップ、コアウェブバイタル指標など、詳細なパフォーマンスレポートを提供します。WebPageTestはAPIを介して自動化できます。
• Lighthouse：Googleが開発したオープンソースツールで、ウェブページのパフォーマンス、アクセシビリティ、ベストプラクティス、SEOを監査します。パフォーマンスを改善するための詳細な推奨事項を提供します。Lighthouseはコマンドライン、Chrome DevTools、またはNodeモジュールとして実行できます。
• PageSpeed Insights：Googleが提供するツールで、ウェブページの速度を分析し、改善のための推奨事項を提供します。分析エンジンとしてLighthouseを使用しています。
• Chrome DevTools：Chromeブラウザに組み込まれている開発者ツールは、パフォーマンスパネル、メモリパネル、ネットワークパネルなど、包括的なパフォーマンス分析ツールを提供します。これらのツールは、JavaScriptコードのプロファイリング、パフォーマンスのボトルネックの特定、メモリ使用量の監視に使用できます。Chrome DevToolsはPuppeteerやPlaywrightを使用して自動化できます。
• Puppeteer and Playwright：ヘッドレスのChromeまたはFirefoxブラウザを制御するための高レベルAPIを提供するNodeライブラリ。ブラウザのインタラクションを自動化し、パフォーマンス指標を測定し、パフォーマンスレポートを生成するために使用できます。PlaywrightはChrome、Firefox、Safariをサポートしています。
• Sitespeed.io：複数のウェブパフォーマンスツール（WebPageTest、Lighthouse、Browsertimeなど）からデータを収集し、単一のダッシュボードに表示するオープンソースツールです。
• Browsertime：ChromeまたはFirefoxを使用してブラウザのパフォーマンス指標を測定するNode.jsツールです。
• Jest：単体テストや統合テストに使用できる人気のJavaScriptテストフレームワーク。Jestはコードスニペットの実行時間を測定することでパフォーマンステストにも使用できます。
• Mocha and Chai：もう一つの人気のJavaScriptテストフレームワークとアサーションライブラリ。これらのツールはbenchmark.jsのようなパフォーマンステストライブラリと組み合わせることができます。
• パフォーマンス監視ツール（例：New Relic, Datadog, Sentry）：これらのツールはリアルタイムのパフォーマンス監視とアラート機能を提供し、本番環境でのパフォーマンスの問題を検出・診断することができます。

自動パフォーマンステストの実装：ステップバイステップガイド

以下は、JavaScriptプロジェクトに自動パフォーマンステストを実装するためのステップバイステップガイドです。

1. パフォーマンスバジェットを定義する

パフォーマンスバジェットとは、アプリケーションが遵守しなければならない主要なパフォーマンス指標に対する一連の制限です。これらのバジェットは開発者のためのガイドラインとして機能し、パフォーマンス最適化のための明確な目標を提供します。パフォーマンスバジェットの例には以下のようなものがあります。

• ページ読み込み時間：3秒未満のページ読み込み時間を目標とします。
• First Contentful Paint (FCP)：1秒未満のFCPを目指します。
• JavaScriptバンドルサイズ：JavaScriptバンドルのサイズを500KB未満に制限します。
• HTTPリクエスト数：HTTPリクエスト数を50未満に削減します。

アプリケーションの要件とターゲットオーディエンスに基づいて、現実的で達成可能なパフォーマンスバジェットを定義します。ネットワーク状況、デバイスの性能、ユーザーの期待などの要因を考慮してください。

2. 適切なツールを選択する

自分のニーズと予算に最も適したツールとテクノロジーを選択します。以下の要因を考慮してください。

• 使いやすさ：明確なドキュメントと支援的なコミュニティがあり、習得と使用が簡単なツールを選択します。
• 既存のワークフローとの統合：既存の開発およびテストワークフローとシームレスに統合できるツールを選択します。
• コスト：ライセンス料やインフラコストを含むツールのコストを考慮します。
• 機能：パフォーマンスプロファイリング、レポーティング、アラートなど、必要な機能を提供するツールを選択します。

少数のツールから始め、ニーズの進化に合わせて徐々にツールセットを拡大していきましょう。

3. パフォーマンステストスクリプトを作成する

アプリケーションの重要なユーザーフローとコンポーネントのパフォーマンスを測定する自動テストスクリプトを作成します。これらのスクリプトは、実際のユーザーインタラクションをシミュレートし、主要なパフォーマンス指標を測定する必要があります。

Puppeteerを使用してページ読み込み時間を測定する例：

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(`Page load time for ${url}: ${metrics.timestamps.loadEventEnd - metrics.timestamps.navigationStart}ms`);

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

このスクリプトはPuppeteerを使用してヘッドレスのChromeブラウザを起動し、指定されたURLに移動し、ページの読み込みを待ってから、ページ読み込み時間を測定します。`waitForNavigation`の`networkidle0`オプションは、ページが読み込まれたと見なす前に、少なくとも500ms間ネットワーク接続がなくなるまでブラウザが待機することを保証します。

もう一つの例は、BrowsertimeとSitespeed.ioを使用し、コアウェブバイタルに焦点を当てています。

// 必要なパッケージをインストール:
// npm install -g browsertime sitespeed.io

// テストを実行（コマンドライン使用例）：
// sitespeed.io https://www.example.com --browsertime.iterations 3 --browsertime.xvfb

// このコマンドは以下を実行します：
// 1. 指定されたURLに対してBrowsertimeを3回実行します。
// 2. ヘッドレスのテストのために仮想Xサーバー（xvfb）を使用します。
// 3. Sitespeed.ioが結果を集計し、コアウェブバイタルを含むレポートを提供します。

// レポートにはLCP、FID、CLS、その他のパフォーマンス指標が表示されます。

この例は、Sitespeed.ioとBrowsertimeをセットアップして自動パフォーマンステストを実行し、コアウェブバイタルを取得する方法を示しています。コマンドラインオプションは、sitespeed.ioでbrowsertimeテストを実行するためのものです。

4. パフォーマンステストをCI/CDパイプラインに統合する

パフォーマンステストをCI/CDパイプラインに統合し、コード変更がコミットされるたびに自動的に実行されるようにします。これにより、パフォーマンスが継続的に監視され、リグレッションが早期に検出されることが保証されます。

Jenkins、GitLab CI、GitHub Actions、CircleCIなどのほとんどのCI/CDプラットフォームは、ビルドプロセスの一部として自動テストを実行するメカニズムを提供します。パフォーマンステストスクリプトを実行し、いずれかのパフォーマンスバジェットを超えた場合にビルドを失敗させるようにCI/CDパイプラインを設定します。

GitHub Actionsを使用した例：

name: パフォーマンステスト

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 # ミリ秒

このGitHub Actionsワークフローは、「performance」というジョブを定義し、Ubuntu上で実行されます。コードをチェックアウトし、Node.jsをセットアップし、依存関係をインストールしてから、`npm run performance-test`コマンドを使用してパフォーマンステストを実行します。`PERFORMANCE_BUDGET_PAGE_LOAD_TIME`環境変数は、ページ読み込み時間のパフォーマンスバジェットを定義します。`npm run performance-test`スクリプトには、パフォーマンステスト（例：Puppeteer、Lighthouse、WebPageTestを使用）を実行するために必要なコマンドが含まれている必要があります。`package.json`ファイルには、テストを実行し、定義されたバジェットに対して結果をチェックし、バジェットに違反した場合はゼロ以外の終了コードで終了してCIビルドを失敗させる`performance-test`スクリプトが含まれているべきです。

5. パフォーマンス結果を分析・報告する

パフォーマンステストの結果を分析して、改善の余地がある領域を特定します。パフォーマンス指標を要約し、リグレッションやパフォーマンスバジェットの違反を強調するレポートを生成します。

ほとんどのパフォーマンステストツールは、組み込みのレポーティング機能を提供しています。これらのレポートを使用して、時間経過に伴うパフォーマンストレンドを追跡し、根本的なパフォーマンス問題を示す可能性のあるパターンを特定します。

パフォーマンスレポートの例（簡易版）：

パフォーマンスレポート：

URL: https://www.example.com

指標：
 First Contentful Paint (FCP): 0.8s (合格)
 Largest Contentful Paint (LCP): 2.2s (合格)
 Time to Interactive (TTI): 2.8s (合格)
 Total Blocking Time (TBT): 150ms (合格)
 ページ読み込み時間: 2.9s (合格) - バジェット: 3.0s

JavaScriptバンドルサイズ: 480KB (合格) - バジェット: 500KB

パフォーマンスリグレッションは検出されませんでした。

このレポートは、特定のURLのパフォーマンス指標を要約し、定義されたパフォーマンスバジェットに基づいて合格か不合格かを示します。また、パフォーマンスリグレッションが検出されたかどうかも記載されています。このようなレポートは、テストスクリプト内で生成し、CI/CDの出力に追加することができます。

6. イテレーションと最適化

パフォーマンス結果の分析に基づいて、最適化の領域を特定し、パフォーマンスを向上させるためにコードを繰り返し改善します。一般的な最適化手法には以下のようなものがあります。

• コード分割：大きなJavaScriptバンドルを、オンデマンドで読み込めるより小さく管理しやすいチャンクに分割します。
• 遅延読み込み：重要でないリソースの読み込みを、必要になるまで延期します。
• 画像最適化：画像を圧縮し、適切な寸法にリサイズし、WebPのような最新の画像形式を使用して最適化します。
• キャッシュ：ブラウザのキャッシュを活用して、ネットワークリクエストの数を減らします。
• Minification（最小化）とUglification（難読化）：不要な文字や空白を削除して、JavaScriptおよびCSSファイルのサイズを縮小します。
• デバウンスとスロットリング：ユーザーイベントによってトリガーされる計算コストの高い操作の頻度を制限します。
• 効率的なアルゴリズムとデータ構造の使用：特定のユースケースに最も効率的なアルゴリズムとデータ構造を選択します。
• メモリリークの回避：不要になったメモリをコードが適切に解放するようにします。
• サードパーティライブラリの最適化：サードパーティライブラリのパフォーマンスへの影響を評価し、必要に応じて代替案を選択します。サードパーティスクリプトの遅延読み込みを検討します。

アプリケーションのパフォーマンスを継続的に監視し、必要に応じてテストと最適化のプロセスを繰り返します。

JavaScriptパフォーマンステストのベストプラクティス

以下は、自動JavaScriptパフォーマンステストを実装する際に従うべきベストプラクティスです。

• 現実的な環境でテストする：本番環境に酷似した環境でパフォーマンステストを実行します。これには、ネットワーク状況、デバイスの性能、サーバー構成などの要素が含まれます。
• 一貫したテスト方法論を使用する：結果が時間とともに比較可能であることを保証するために、一貫したテスト方法論を使用します。これには、イテレーションの数、ウォームアップ期間、測定間隔などの要素が含まれます。
• 本番環境でのパフォーマンスを監視する：パフォーマンス監視ツールを使用して、本番環境でのアプリケーションのパフォーマンスを継続的に監視します。これにより、テスト中に検出されない可能性のあるパフォーマンスの問題を検出し、診断することができます。
• すべてを自動化する：テストの実行、結果の分析、レポートの生成など、パフォーマンステストプロセスの可能な限り多くを自動化します。
• テストを最新の状態に保つ：コード変更が行われるたびにパフォーマンステストを更新します。これにより、テストが常に適切であり、アプリケーションのパフォーマンスを正確に反映することが保証されます。
• チーム全体を巻き込む：開発チーム全体をパフォーマンステストプロセスに関与させます。これは、パフォーマンス問題への意識を高め、パフォーマンス最適化の文化を育むのに役立ちます。
• アラートを設定する：パフォーマンスリグレッションが検出されたときに通知されるようにアラートを設定します。これにより、パフォーマンスの問題に迅速に対応し、ユーザーへの影響を防ぐことができます。
• テストとプロセスを文書化する：パフォーマンステスト、パフォーマンスバジェット、およびテストプロセスを文書化します。これにより、チームの全員がパフォーマンスがどのように測定・監視されているかを理解するのに役立ちます。

一般的な課題への対処

自動パフォーマンステストは多くの利点を提供しますが、いくつかの課題も提示します。以下は、一般的な障害に対処する方法です。

• 不安定なテスト（Flaky Tests）：パフォーマンステストは時々不安定になることがあります。つまり、ネットワークの混雑やサーバーの負荷など、制御不能な要因により、断続的に成功したり失敗したりすることがあります。これを軽減するには、テストを複数回実行し、結果を平均化します。また、統計的手法を使用して外れ値を特定し、除外することもできます。
• テストスクリプトの保守：アプリケーションが進化するにつれて、パフォーマンステストスクリプトも変更を反映して更新する必要があります。これは時間のかかる、エラーを起こしやすいプロセスになる可能性があります。これに対処するには、モジュール式で保守しやすいテストアーキテクチャを使用し、テストスクリプトを自動的に生成・更新できるテスト自動化ツールの使用を検討します。
• 結果の解釈：パフォーマンステストの結果は複雑で解釈が難しい場合があります。これに対処するには、明確で簡潔なレポーティングおよび視覚化ツールを使用します。また、ベースラインとなるパフォーマンスレベルを確立し、その後のテスト結果をそのベースラインと比較することも有益です。
• サードパーティサービスへの対応：アプリケーションは、制御不能なサードパーティサービスに依存している場合があります。これらのサービスのパフォーマンスは、アプリケーション全体のパフォーマンスに影響を与える可能性があります。これに対処するには、これらのサービスのパフォーマンスを監視し、パフォーマンステスト中にアプリケーションを分離するためにモックやスタブ技術の使用を検討します。

結論

自動JavaScriptパフォーマンステストは、一貫して高速で効率的なユーザー体験を保証するための重要な実践です。自動テストを実装することで、パフォーマンスリグレッションを積極的に特定・対処し、開発コストを削減し、高品質な製品を提供できます。適切なツールを選択し、明確なパフォーマンスバジェットを定義し、テストをCI/CDパイプラインに統合し、アプリケーションのパフォーマンスを継続的に監視・最適化します。これらの実践を取り入れることで、機能的であるだけでなく、パフォーマンスも高く、ユーザーを満足させ、ビジネスの成功を推進するJavaScriptアプリケーションを作成できます。

パフォーマンスは一度きりの修正ではなく、継続的なプロセスであることを忘れないでください。世界中のどこにいるユーザーに対しても、可能な限り最高の体験を提供するために、JavaScriptコードを継続的に監視、テスト、最適化してください。

参考資料

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