JavaScript 性能回归预防：自动化性能测试

在当今快节奏的数字世界中，网站和应用程序的性能对于用户满意度、参与度以及最终的商业成功至关重要。加载缓慢或无响应的应用程序会导致用户失望、放弃交易，并对您的品牌声誉产生负面影响。作为现代 Web 开发的核心组成部分，JavaScript 在整体性能中扮演着重要角色。因此，防止性能回归——即性能的意外下降——是至关重要的。这正是自动化性能测试发挥作用的地方。

什么是 JavaScript 性能回归？

当新的代码更改或更新导致 JavaScript 应用程序性能下降时，就会发生性能回归。这可能以多种方式表现出来，例如：

• 页面加载时间增加：用户在页面完全可交互前需要等待更长时间。
• 渲染变慢：视觉元素需要更长时间才能显示在屏幕上。
• 帧率降低：动画和过渡效果显得卡顿且不流畅。
• 内存消耗增加：应用程序使用更多内存，可能导致崩溃或变慢。
• CPU 使用率增加：应用程序消耗更多处理能力，影响移动设备的电池寿命。

这些回归可能很微妙，在手动测试中很容易被忽略，尤其是在具有众多相互关联组件的复杂应用程序中。它们可能只有在部署到生产环境后才会显现出来，从而影响大量用户。

自动化性能测试的重要性

自动化性能测试使您能够在其影响用户之前，主动识别和解决性能回归问题。它涉及创建自动化脚本来测量各种性能指标，并将其与预定义的阈值或基线进行比较。这种方法提供了几个关键优势：

• 及早发现：在开发周期的早期识别性能问题，防止其进入生产环境。
• 一致性和可靠性：自动化测试提供一致且可靠的结果，消除了人为错误和主观性。
• 更快的反馈：立即获得代码更改对性能影响的反馈，从而实现快速迭代和优化。
• 降低成本：在开发过程的早期修复性能问题，显著减少修复所需的成本和精力。
• 改善用户体验：提供持续快速且响应迅速的用户体验，从而提高用户满意度和参与度。
• 持续监控：将性能测试集成到您的持续集成/持续交付 (CI/CD) 流水线中，以进行持续的性能监控。

需要监控的关键性能指标

在实施自动化性能测试时，必须关注直接影响用户体验的关键性能指标。一些最重要的指标包括：

• 首次内容绘制 (First Contentful Paint, FCP)：测量第一个内容（文本、图像等）出现在屏幕上所需的时间。
• 最大内容绘制 (Largest Contentful Paint, LCP)：测量最大内容元素出现在屏幕上所需的时间。
• 首次输入延迟 (First Input Delay, FID)：测量浏览器响应用户首次交互（例如，点击按钮）所需的时间。
• 可交互时间 (Time to Interactive, TTI)：测量页面变得完全可交互并响应用户输入所需的时间。
• 总阻塞时间 (Total Blocking Time, TBT)：测量页面加载期间主线程被阻塞的总时间，这会阻止浏览器响应用户输入。
• 累积布局偏移 (Cumulative Layout Shift, CLS)：测量页面加载期间发生的意外布局偏移量，这会导致视觉不稳定。
• JavaScript 执行时间：执行 JavaScript 代码所花费的时间。
• 内存使用量：应用程序消耗的内存量。
• CPU 使用率：应用程序消耗的处理能力。
• 网络请求：应用程序发出的网络请求的数量和大小。

用于自动化 JavaScript 性能测试的工具和技术

有多种工具和技术可用于实施自动化 JavaScript 性能测试。以下是一些流行的选择：

• WebPageTest：一个免费的开源工具，用于从不同地点和设备测试网站性能。它提供详细的性能报告，包括瀑布图、胶片视图和核心 Web 指标。WebPageTest 可以通过其 API 实现自动化。
• Lighthouse：由 Google 开发的开源工具，可审计网页的性能、可访问性、最佳实践和 SEO。它为提高性能提供了详细的建议。Lighthouse 可以从命令行、Chrome DevTools 中或作为 Node 模块运行。
• PageSpeed Insights：Google 提供的一款工具，用于分析您的网页速度并提供改进建议。它使用 Lighthouse 作为其分析引擎。
• Chrome DevTools：Chrome 浏览器内置的开发者工具提供了一套全面的性能分析工具，包括性能面板、内存面板和网络面板。这些工具可用于分析 JavaScript 代码、识别性能瓶颈和监控内存使用情况。Chrome DevTools 可以使用 Puppeteer 或 Playwright 实现自动化。
• Puppeteer 和 Playwright：提供高级 API 来控制无头 Chrome 或 Firefox 浏览器的 Node 库。它们可用于自动化浏览器交互、测量性能指标和生成性能报告。Playwright 支持 Chrome、Firefox 和 Safari。
• Sitespeed.io：一个开源工具，可从多个 Web 性能工具（如 WebPageTest、Lighthouse 和 Browsertime）收集数据，并在单个仪表板中呈现。
• Browsertime：一个 Node.js 工具，使用 Chrome 或 Firefox 测量浏览器性能指标。
• Jest：一个流行的 JavaScript 测试框架，可用于单元测试和集成测试。Jest 也可以通过测量代码片段的执行时间来进行性能测试。
• Mocha 和 Chai：另一个流行的 JavaScript 测试框架和断言库。这些工具可以与 benchmark.js 等性能测试库结合使用。
• 性能监控工具（例如，New Relic, Datadog, Sentry）：这些工具提供实时性能监控和警报功能，使您能够在生产环境中检测和诊断性能问题。

实施自动化性能测试：分步指南

以下是在您的 JavaScript 项目中实施自动化性能测试的分步指南：

1. 定义性能预算

性能预算是您的应用程序必须遵守的一组关键性能指标的限制。这些预算为开发人员提供了指导方针，并为性能优化提供了明确的目标。性能预算的示例包括：

• 页面加载时间：目标页面加载时间低于 3 秒。
• 首次内容绘制 (FCP)：目标 FCP 低于 1 秒。
• JavaScript 包大小：将 JavaScript 包的大小限制在 500KB 以下。
• HTTP 请求数：将 HTTP 请求数减少到 50 以下。

根据您的应用程序要求和目标受众，定义切合实际且可实现的性能预算。考虑网络条件、设备能力和用户期望等因素。

2. 选择合适的工具

选择最适合您的需求和预算的工具和技术。考虑以下因素：

• 易用性：选择易于学习和使用的工具，这些工具应具有清晰的文档和支持性社区。
• 与现有工作流程的集成：选择能与您现有开发和测试工作流程无缝集成的工具。
• 成本：考虑工具的成本，包括许可费和基础设施成本。
• 功能：选择提供您所需功能的工具，例如性能分析、报告和警报。

从一小组工具开始，并随着需求的演变逐步扩展您的工具集。

3. 创建性能测试脚本

编写自动化测试脚本，用于测量应用程序中关键用户流程和组件的性能。这些脚本应模拟真实的用户交互并测量关键性能指标。

使用 Puppeteer 测量页面加载时间的示例：

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();
})();

此脚本使用 Puppeteer 启动一个无头 Chrome 浏览器，导航到指定 URL，等待页面加载，然后测量页面加载时间。`waitForNavigation` 中的 `networkidle0` 选项可确保浏览器在认为页面已加载前，至少等待 500 毫秒网络连接为空闲状态。

另一个使用 Browsertime 和 Sitespeed.io 的示例，专注于核心 Web 指标：

// Install necessary packages:
// npm install -g browsertime sitespeed.io

// Run the test (example command-line usage):
// sitespeed.io https://www.example.com --browsertime.iterations 3 --browsertime.xvfb

// This command will:
// 1. Run Browsertime 3 times against the specified URL.
// 2. Use a virtual X server (xvfb) for headless testing.
// 3. Sitespeed.io will aggregate the results and provide a report, including Core Web Vitals.

// The report will show LCP, FID, CLS, and other performance metrics.

此示例展示了如何设置 Sitespeed.io 和 Browsertime 来运行自动化性能测试并检索核心 Web 指标。命令行选项是特定于使用 sitespeed.io 运行 browsertime 测试的。

4. 将性能测试集成到您的 CI/CD 流水线中

将您的性能测试集成到 CI/CD 流水线中，以便在提交代码更改时自动运行它们。这可以确保性能得到持续监控，并及早发现回归问题。

大多数 CI/CD 平台，如 Jenkins、GitLab CI、GitHub Actions 和 CircleCI，都提供了在构建过程中运行自动化测试的机制。配置您的 CI/CD 流水线以运行您的性能测试脚本，并在超出任何性能预算时使构建失败。

使用 GitHub Actions 的示例：

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 # milliseconds

此 GitHub Actions 工作流定义了一个名为“performance”的作业，它在 Ubuntu 上运行。它会检出代码，设置 Node.js，安装依赖项，然后使用 `npm run performance-test` 命令运行性能测试。`PERFORMANCE_BUDGET_PAGE_LOAD_TIME` 环境变量定义了页面加载时间的性能预算。`npm run performance-test` 脚本将包含执行性能测试所需的命令（例如，使用 Puppeteer、Lighthouse 或 WebPageTest）。您的 `package.json` 文件应包含 `performance-test` 脚本，该脚本执行测试并根据定义的预算检查结果，如果违反预算则以非零退出代码退出，从而导致 CI 构建失败。

5. 分析和报告性能结果

分析您的性能测试结果以确定需要改进的领域。生成报告，总结性能指标并突出显示任何回归或违反性能预算的情况。

大多数性能测试工具都提供内置的报告功能。使用这些报告来跟踪性能趋势随时间的变化，并识别可能表明潜在性能问题的模式。

性能报告示例（简化版）：

Performance Report:

URL: https://www.example.com

Metrics:
 First Contentful Paint (FCP): 0.8s (PASS)
 Largest Contentful Paint (LCP): 2.2s (PASS)
 Time to Interactive (TTI): 2.8s (PASS)
 Total Blocking Time (TBT): 150ms (PASS)
 Page Load Time: 2.9s (PASS) - Budget: 3.0s

JavaScript Bundle Size: 480KB (PASS) - Budget: 500KB

No performance regressions detected.

此报告总结了特定 URL 的性能指标，并根据定义的性能预算指示它们是通过还是失败。它还注明是否检测到任何性能回归。这样的报告可以在您的测试脚本中生成，并添加到 CI/CD 输出中。

6. 迭代和优化

根据对性能结果的分析，确定优化的领域并迭代您的代码以提高性能。常见的优化技术包括：

• 代码分割：将大的 JavaScript 包分解成更小、更易于管理的块，这些块可以按需加载。
• 懒加载：推迟非关键资源的加载，直到需要它们为止。
• 图像优化：通过压缩图像、将其调整到适当的尺寸以及使用现代图像格式（如 WebP）来优化图像。
• 缓存：利用浏览器缓存来减少网络请求的数量。
• 压缩与丑化：通过删除不必要的字符和空格来减小 JavaScript 和 CSS 文件的大小。
• 防抖与节流：限制由用户事件触发的计算密集型操作的频率。
• 使用高效的算法和数据结构：为您的特定用例选择最高效的算法和数据结构。
• 避免内存泄漏：确保您的代码在不再需要内存时正确释放它。
• 优化第三方库：评估第三方库的性能影响，并在必要时选择替代方案。考虑懒加载第三方脚本。

持续监控应用程序的性能，并根据需要重复测试和优化过程。

JavaScript 性能测试的最佳实践

以下是在实施自动化 JavaScript 性能测试时应遵循的一些最佳实践：

• 在真实环境中测试：在与您的生产环境非常相似的环境中运行性能测试。这包括网络条件、设备能力和服务器配置等因素。
• 使用一致的测试方法：使用一致的测试方法，以确保您的结果随时间推移是可比较的。这包括迭代次数、预热期和测量间隔等因素。
• 在生产环境中监控性能：使用性能监控工具持续监控您应用程序在生产环境中的性能。这使您能够检测和诊断在测试期间可能未发现的性能问题。
• 自动化一切：尽可能自动化性能测试过程，包括测试执行、结果分析和报告生成。
• 保持测试更新：每当代码发生更改时，都要更新您的性能测试。这可以确保您的测试始终具有相关性，并准确反映您应用程序的性能。
• 让整个团队参与：让整个开发团队参与性能测试过程。这有助于提高对性能问题的认识，并培养性能优化的文化。
• 设置警报：配置警报，以便在检测到性能回归时通知您。这使您能够快速响应性能问题，防止其影响您的用户。
• 记录您的测试和流程：记录您的性能测试、性能预算和测试流程。这有助于确保团队中的每个人都了解性能是如何被测量和监控的。

应对常见挑战

虽然自动化性能测试带来了许多好处，但它也存在一些挑战。以下是如何应对一些常见的障碍：

• 不稳定的测试：性能测试有时可能不稳定，这意味着它们可能会由于您无法控制的因素（如网络拥塞或服务器负载）而间歇性地通过或失败。为了减轻这种情况，可以多次运行测试并取平均结果。您还可以使用统计技术来识别和过滤掉异常值。
• 维护测试脚本：随着应用程序的演变，您的性能测试脚本需要更新以反映这些变化。这可能是一个耗时且容易出错的过程。为了解决这个问题，请使用模块化且可维护的测试架构，并考虑使用可以自动生成和更新测试脚本的测试自动化工具。
• 解读结果：性能测试结果可能很复杂且难以解读。为了解决这个问题，请使用清晰简洁的报告和可视化工具。建立性能基线水平并将后续测试结果与该基线进行比较也很有帮助。
• 处理第三方服务：您的应用程序可能依赖于您无法控制的第三方服务。这些服务的性能会影响您应用程序的整体性能。为了解决这个问题，请监控这些服务的性能，并考虑使用模拟或存根技术在性能测试期间隔离您的应用程序。

结论

自动化 JavaScript 性能测试是确保提供持续快速高效用户体验的关键实践。通过实施自动化测试，您可以主动识别和解决性能回归问题，降低开发成本，并交付高质量的产品。选择合适的工具，定义明确的性能预算，将测试集成到您的 CI/CD 流水线中，并持续监控和优化您的应用程序性能。通过采纳这些实践，您可以创建不仅功能强大而且性能卓越的 JavaScript 应用程序，从而取悦您的用户并推动商业成功。

请记住，性能是一个持续的过程，而不是一次性的修复。持续监控、测试和优化您的 JavaScript 代码，以便为世界各地的用户提供最佳体验。

更多资源

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