Dowiedz się, jak wykonywanie JavaScript wpływa na każdy etap potoku renderowania przeglądarki i poznaj strategie optymalizacji kodu w celu poprawy wydajności i komfortu użytkowania strony.
Potok renderowania przeglądarki: Jak JavaScript wpływa na wydajność stron internetowych
Potok renderowania przeglądarki to sekwencja kroków, które przeglądarka internetowa podejmuje, aby przekształcić kod HTML, CSS i JavaScript w wizualną reprezentację na ekranie użytkownika. Zrozumienie tego potoku jest kluczowe dla każdego web developera, który chce budować wysoce wydajne aplikacje internetowe. JavaScript, będąc potężnym i dynamicznym językiem, znacząco wpływa na każdy etap tego potoku. Ten artykuł zagłębi się w potok renderowania przeglądarki i zbada, w jaki sposób wykonywanie JavaScript wpływa na wydajność, dostarczając praktycznych strategii optymalizacji.
Zrozumienie potoku renderowania przeglądarki
Potok renderowania można ogólnie podzielić na następujące etapy:
- Parsowanie HTML: Przeglądarka parsuje kod HTML i buduje Document Object Model (DOM), strukturę drzewiastą reprezentującą elementy HTML i ich relacje.
- Parsowanie CSS: Przeglądarka parsuje arkusze stylów CSS (zarówno zewnętrzne, jak i wbudowane) i tworzy CSS Object Model (CSSOM), kolejną strukturę drzewiastą reprezentującą reguły CSS i ich właściwości.
- Połączenie: Przeglądarka łączy DOM i CSSOM, aby utworzyć Render Tree. Render Tree zawiera tylko węzły potrzebne do wyświetlania zawartości, pomijając elementy takie jak <head> i elementy z `display: none`. Każdy widoczny węzeł DOM ma dołączone odpowiadające mu reguły CSSOM.
- Układ (Reflow): Przeglądarka oblicza pozycję i rozmiar każdego elementu w Render Tree. Proces ten jest również znany jako „reflow”.
- Malowanie (Repaint): Przeglądarka maluje każdy element w Render Tree na ekran, używając obliczonych informacji o układzie i zastosowanych stylach. Proces ten jest również znany jako „repaint”.
- Kompozycja: Przeglądarka łączy różne warstwy w ostateczny obraz, który ma zostać wyświetlony na ekranie. Nowoczesne przeglądarki często używają przyspieszenia sprzętowego do kompozycji, poprawiając wydajność.
Wpływ JavaScript na potok renderowania
JavaScript może znacząco wpłynąć na potok renderowania na różnych etapach. Źle napisany lub nieefektywny kod JavaScript może wprowadzać wąskie gardła wydajności, prowadząc do długiego czasu ładowania strony, zacinających się animacji i słabego doświadczenia użytkownika.
1. Blokowanie parsera
Kiedy przeglądarka napotyka tag <script> w HTML, zwykle wstrzymuje parsowanie dokumentu HTML, aby pobrać i wykonać kod JavaScript. Dzieje się tak dlatego, że JavaScript może modyfikować DOM, a przeglądarka musi upewnić się, że DOM jest aktualny przed kontynuowaniem. To blokujące zachowanie może znacznie opóźnić początkowe renderowanie strony.
Przykład:
Rozważmy scenariusz, w którym masz duży plik JavaScript w <head> dokumentu HTML:
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Moja strona internetowa</title>
<script src="large-script.js"></script>
</head>
<body>
<h1>Witamy na mojej stronie</h1>
<p>Jakaś treść tutaj.</p>
</body>
</html>
W tym przypadku przeglądarka zatrzyma parsowanie HTML i poczeka, aż `large-script.js` zostanie pobrany i wykonany, zanim zrenderuje elementy <h1> i <p>. Może to prowadzić do zauważalnego opóźnienia w początkowym ładowaniu strony.
Rozwiązania minimalizujące blokowanie parsera:
- Użyj atrybutów `async` lub `defer`: Atrybut `async` pozwala skryptowi pobrać się bez blokowania parsera, a skrypt wykona się zaraz po pobraniu. Atrybut `defer` również pozwala skryptowi pobrać się bez blokowania parsera, ale skrypt wykona się po zakończeniu parsowania HTML, w kolejności, w jakiej pojawiają się w HTML.
- Umieść skrypty na końcu tagu <body>: Umieszczając skrypty na końcu tagu <body>, przeglądarka może sparsować HTML i zbudować DOM przed napotkaniem skryptów. Pozwala to przeglądarce szybciej renderować początkową zawartość strony.
Przykład z użyciem `async`:
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Moja strona internetowa</title>
<script src="large-script.js" async></script>
</head>
<body>
<h1>Witamy na mojej stronie</h1>
<p>Jakaś treść tutaj.</p>
</body>
</html>
W tym przypadku przeglądarka pobierze `large-script.js` asynchronicznie, nie blokując parsowania HTML. Skrypt wykona się zaraz po pobraniu, potencjalnie zanim cały dokument HTML zostanie sparsowany.
Przykład z użyciem `defer`:
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Moja strona internetowa</title>
<script src="large-script.js" defer></script>
</head>
<body>
<h1>Witamy na mojej stronie</h1>
<p>Jakaś treść tutaj.</p>
</body>
</html>
W tym przypadku przeglądarka pobierze `large-script.js` asynchronicznie, nie blokując parsowania HTML. Skrypt wykona się po zakończeniu parsowania całego dokumentu HTML, w kolejności, w jakiej pojawia się w HTML.
2. Manipulacja DOM
JavaScript jest często używany do manipulowania DOM, dodawania, usuwania lub modyfikowania elementów i ich atrybutów. Częste lub złożone manipulacje DOM mogą wyzwalać reflows i repainty, które są kosztownymi operacjami, które mogą znacząco wpłynąć na wydajność.
Przykład:
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Przykład manipulacji DOM</title>
</head>
<body>
<ul id="myList">
<li>Pozycja 1</li>
<li>Pozycja 2</li>
</ul>
<script>
const myList = document.getElementById('myList');
for (let i = 3; i <= 10; i++) {
const listItem = document.createElement('li');
listItem.textContent = `Pozycja ${i}`;
myList.appendChild(listItem);
}
</script>
</body>
</html>
W tym przykładzie skrypt dodaje osiem nowych pozycji do listy nieuporządkowanej. Każda operacja `appendChild` uruchamia reflow i repaint, ponieważ przeglądarka musi ponownie obliczyć układ i narysować listę.
Rozwiązania optymalizacji manipulacji DOM:
- Minimalizuj manipulacje DOM: Zredukuj liczbę manipulacji DOM do minimum. Zamiast modyfikować DOM wielokrotnie, spróbuj połączyć zmiany razem.
- Użyj DocumentFragment: Utwórz DocumentFragment, wykonaj wszystkie manipulacje DOM na fragmencie, a następnie dołącz fragment do rzeczywistego DOM tylko raz. Zmniejsza to liczbę reflows i repaints.
- Pamięć podręczna elementów DOM: Unikaj wielokrotnego wysyłania zapytań do DOM o te same elementy. Przechowuj elementy w zmiennych i używaj ich ponownie.
- Używaj wydajnych selektorów: Używaj konkretnych i wydajnych selektorów (np. identyfikatorów) do targetowania elementów. Unikaj używania złożonych lub nieefektywnych selektorów (np. niepotrzebnego przechodzenia przez drzewo DOM).
- Unikaj niepotrzebnych reflows i repaints: Niektóre właściwości CSS, takie jak `width`, `height`, `margin` i `padding`, mogą wyzwalać reflows i repaints po zmianie. Staraj się unikać częstej zmiany tych właściwości.
Przykład z użyciem DocumentFragment:
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Przykład manipulacji DOM</title>
</head>
<body>
<ul id="myList">
<li>Pozycja 1</li>
<li>Pozycja 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 = `Pozycja ${i}`;
fragment.appendChild(listItem);
}
myList.appendChild(fragment);
</script>
</body>
</html>
W tym przykładzie wszystkie nowe elementy listy są najpierw dołączane do DocumentFragment, a następnie fragment jest dołączany do listy nieuporządkowanej. Zmniejsza to liczbę reflows i repaints do tylko jednego.
3. Kosztowne operacje
Niektóre operacje JavaScript są z natury kosztowne i mogą wpływać na wydajność. Obejmują one:
- Złożone obliczenia: Wykonywanie złożonych obliczeń matematycznych lub przetwarzania danych w JavaScript może zużywać znaczne zasoby procesora.
- Duże struktury danych: Praca z dużymi tablicami lub obiektami może prowadzić do zwiększonego zużycia pamięci i wolniejszego przetwarzania.
- Wyrażenia regularne: Złożone wyrażenia regularne mogą być wolne w wykonaniu, szczególnie na dużych ciągach znaków.
Przykład:
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Przykład kosztownej operacji</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(); // Kosztowna operacja
const endTime = performance.now();
const executionTime = endTime - startTime;
resultDiv.textContent = `Czas wykonania: ${executionTime} ms`;
</script>
</body>
</html>
W tym przykładzie skrypt tworzy dużą tablicę liczb losowych, a następnie ją sortuje. Sortowanie dużej tablicy jest kosztowną operacją, która może zająć dużo czasu.
Rozwiązania optymalizacji kosztownych operacji:
- Optymalizuj algorytmy: Używaj wydajnych algorytmów i struktur danych, aby zminimalizować ilość wymaganego przetwarzania.
- Użyj Web Workers: Przenieś kosztowne operacje do Web Workers, które działają w tle i nie blokują głównego wątku.
- Wyniki pamięci podręcznej: Zapisz wyniki kosztownych operacji w pamięci podręcznej, aby nie trzeba było ich ponownie obliczać za każdym razem.
- Debouncing i Throttling: Zastosuj techniki debouncingu lub throttlingu, aby ograniczyć częstotliwość wywołań funkcji. Jest to przydatne w przypadku procedur obsługi zdarzeń, które są często wyzwalane, na przykład zdarzeń przewijania lub zmiany rozmiaru.
Przykład z użyciem Web Worker:
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Przykład kosztownej operacji</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 = `Czas wykonania: ${executionTime} ms`;
};
myWorker.postMessage(''); // Uruchom robota
} else {
resultDiv.textContent = 'Web Workers nie są obsługiwane w tej przeglądarce.';
}
</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(); // Kosztowna operacja
const endTime = performance.now();
const executionTime = endTime - startTime;
self.postMessage(executionTime);
}
W tym przykładzie operacja sortowania jest wykonywana w Web Worker, który działa w tle i nie blokuje głównego wątku. Pozwala to interfejsowi użytkownika pozostać responsywnym podczas sortowania.
4. Skrypty innych firm
Wiele aplikacji internetowych opiera się na skryptach innych firm w zakresie analityki, reklam, integracji z mediami społecznościowymi i innych funkcji. Skrypty te mogą często być znaczącym źródłem obciążenia wydajności, ponieważ mogą być źle zoptymalizowane, pobierać duże ilości danych lub wykonywać kosztowne operacje.
Przykład:
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Przykład skryptu innej firmy</title>
<script src="https://example.com/analytics.js"></script>
</head>
<body>
<h1>Witamy na mojej stronie</h1>
<p>Jakaś treść tutaj.</p>
</body>
</html>
W tym przykładzie skrypt ładuje skrypt analityczny z domeny innej firmy. Jeśli ten skrypt ładuje się lub wykonuje wolno, może negatywnie wpłynąć na wydajność strony.
Rozwiązania optymalizacji skryptów innych firm:
- Ładuj skrypty asynchronicznie: Użyj atrybutów `async` lub `defer`, aby ładować skrypty innych firm asynchronicznie, nie blokując parsera.
- Ładuj skrypty tylko w razie potrzeby: Ładuj skrypty innych firm tylko wtedy, gdy są naprawdę potrzebne. Na przykład, ładuj widżety mediów społecznościowych tylko wtedy, gdy użytkownik wchodzi z nimi w interakcję.
- Użyj sieci dostarczania treści (CDN): Użyj CDN, aby obsługiwać skrypty innych firm z lokalizacji, która jest geograficznie blisko użytkownika.
- Monitoruj wydajność skryptów innych firm: Używaj narzędzi do monitorowania wydajności, aby śledzić wydajność skryptów innych firm i identyfikować wszelkie wąskie gardła.
- Rozważ alternatywy: Przeglądaj alternatywne rozwiązania, które mogą być bardziej wydajne lub mieć mniejszy footprint.
5. Nasłuchiwacze zdarzeń
Nasłuchiwacze zdarzeń pozwalają kodowi JavaScript reagować na interakcje użytkownika i inne zdarzenia. Jednak dołączanie zbyt wielu nasłuchiwaczy zdarzeń lub używanie nieefektywnych procedur obsługi zdarzeń może wpłynąć na wydajność.
Przykład:
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Przykład nasłuchiwacza zdarzeń</title>
</head>
<body>
<ul id="myList">
<li>Pozycja 1</li>
<li>Pozycja 2</li>
<li>Pozycja 3</li>
</ul>
<script>
const listItems = document.querySelectorAll('#myList li');
for (let i = 0; i < listItems.length; i++) {
listItems[i].addEventListener('click', function() {
alert(`Kliknąłeś pozycję ${i + 1}`);
});
}
</script>
</body>
</html>
W tym przykładzie skrypt dołącza nasłuchiwacz zdarzenia kliknięcia do każdego elementu listy. Chociaż to działa, nie jest to najbardziej wydajne podejście, szczególnie jeśli lista zawiera dużą liczbę elementów.
Rozwiązania optymalizacji nasłuchiwaczy zdarzeń:
- Użyj delegowania zdarzeń: Zamiast dołączać nasłuchiwacze zdarzeń do poszczególnych elementów, dołącz pojedynczy nasłuchiwacz zdarzeń do elementu nadrzędnego i użyj delegowania zdarzeń do obsługi zdarzeń na jego elementach podrzędnych.
- Usuń niepotrzebne nasłuchiwacze zdarzeń: Usuń nasłuchiwacze zdarzeń, gdy nie są już potrzebne.
- Używaj wydajnych procedur obsługi zdarzeń: Zoptymalizuj kod wewnątrz swoich procedur obsługi zdarzeń, aby zminimalizować ilość wymaganego przetwarzania.
- Throttle lub debounce procedury obsługi zdarzeń: Użyj technik throttlingu lub debouncingu, aby ograniczyć częstotliwość wywołań procedury obsługi zdarzeń, szczególnie w przypadku zdarzeń, które są często wyzwalane, takich jak zdarzenia przewijania lub zmiany rozmiaru.
Przykład z użyciem delegowania zdarzeń:
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Przykład nasłuchiwacza zdarzeń</title>
</head>
<body>
<ul id="myList">
<li>Pozycja 1</li>
<li>Pozycja 2</li>
<li>Pozycja 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(`Kliknąłeś pozycję ${index + 1}`);
}
});
</script>
</body>
</html>
W tym przykładzie do listy nieuporządkowanej dołączony jest pojedynczy nasłuchiwacz zdarzenia kliknięcia. Gdy kliknięty zostanie element listy, nasłuchiwacz zdarzenia sprawdza, czy celem zdarzenia jest element listy. Jeśli tak, nasłuchiwacz zdarzenia obsługuje zdarzenie. To podejście jest bardziej wydajne niż dołączanie nasłuchiwacza zdarzenia kliknięcia do każdego elementu listy z osobna.
Narzędzia do pomiaru i poprawy wydajności JavaScript
Dostępnych jest kilka narzędzi, które pomogą w pomiarze i poprawie wydajności JavaScript:- Narzędzia deweloperskie przeglądarki: Nowoczesne przeglądarki są wyposażone we wbudowane narzędzia deweloperskie, które umożliwiają profilowanie kodu JavaScript, identyfikację wąskich gardeł wydajności i analizę potoku renderowania.
- Lighthouse: Lighthouse to otwarte źródło, zautomatyzowane narzędzie do poprawy jakości stron internetowych. Ma audyty dotyczące wydajności, dostępności, progresywnych aplikacji internetowych, SEO i innych.
- WebPageTest: WebPageTest to darmowe narzędzie, które pozwala przetestować wydajność Twojej strony internetowej z różnych lokalizacji i przeglądarek.
- PageSpeed Insights: PageSpeed Insights analizuje zawartość strony internetowej, a następnie generuje sugestie, aby strona działała szybciej.
- Narzędzia do monitorowania wydajności: Dostępnych jest kilka komercyjnych narzędzi do monitorowania wydajności, które mogą pomóc w śledzeniu wydajności Twojej aplikacji internetowej w czasie rzeczywistym.
Wnioski
JavaScript odgrywa kluczową rolę w potoku renderowania przeglądarki. Zrozumienie, w jaki sposób wykonywanie JavaScript wpływa na wydajność, jest niezbędne do budowania wysoce wydajnych aplikacji internetowych. Stosując strategie optymalizacji opisane w tym artykule, możesz zminimalizować wpływ JavaScript na potok renderowania i zapewnić płynne i responsywne działanie użytkownika. Pamiętaj, aby zawsze mierzyć i monitorować wydajność swojej witryny, aby zidentyfikować i rozwiązać wszelkie wąskie gardła.
Ten przewodnik stanowi solidną podstawę do zrozumienia wpływu JavaScript na potok renderowania przeglądarki. Kontynuuj eksplorację i eksperymentuj z tymi technikami, aby udoskonalić swoje umiejętności tworzenia stron internetowych i budować wyjątkowe wrażenia użytkownika dla globalnej publiczności.