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2015年双11手机淘宝前端技术之H5性能最佳实践

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文/Tancy

前言

2015年是全面『无线化』的一年,在BAT(财报)几家公司都已经超过50%的流量来自移动端,这次 双11 更是占到了68.67%无线交易(天猫微博)。

手淘中大量的业务采用H5的方式开发,H5体验好坏全面影响着手淘的使用体验。

今年手机淘宝在技术上重点解决“顿”,“卡”,“慢”的问题,并提出了“521法则” ,具体指:

  • App内存节省50%

  • 绘制帧率,滑动体验提升20%

  • App全链路实现 1S 法则

  • 强网(4G/Wifi)实现1S首屏(包括图片)加载

  • 3G 1S首包返回

  • 2G 1S建连,并且实现高复用 从底层到前端

其中1S加载完成是H5页面需要解决的重点问题,也是难点。

下面给大家介绍我们1年多来解决了些什么样的问题,以及带来多少性能的提升。以下每一条都是手淘在无线领域获得的宝贵经验。

系统&网络环境(手淘2015)

首先给大家介绍一下目前手淘的环境情况(供大家在设备兼容方面参考)。

操作系统

操作系统方面iOS占比42.23%,Android 占比52.38%,阿里云OS 占比5.29%,Windows Phone 占比 0.1%。

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iOS版本 & Android版本

iOS 系统版本占比情况:

  • iOS 9 49%

  • iOS 8 38%

  • iOS 7 11%

Android 系统版本对比iOS 碎片化较为严重,所幸4.0以下版本占比小于10%。

占比如下:

  • 4.4.4版本30%

  • 4.4.2版本16%

  • 4.3版本11%

  • 4.2.2版本10%

  • 5.0版本以上10%

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网络情况

网络情况方面,得力于近年的3G/4G推广已经占35%,2G网络占比15%左右。

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运营商

运营商方面 中国移动占据70%的用户,中国联通18.12%,中国电信11.69%。其中需要注意的是移动3G技术(TD-SCDMA)性能差设备支持少,移动4G容易在信号不理想的地段降级成2G。

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收集性能数据&建立衡量标准

淘系H5页面主要在手淘客户端中展现,为了了解H5页面在客户端中的性能表现,我们在WebView容器中做了大量性能数据的采集,以页面,数据接口,单个静态资源为维度采集。

H5页面:我们以WebView的DidFinishLoad事件触发作为完成加载(Fully Loaded)的时间。

同时对支持performance.timing的设备收集Timing数据,用于详细分析网络请求各阶段的性能消耗情况。

WebViewDidFinishLoad 官方解释:Sent after a web view finishes loading a frame. Android iOS

1年前H5性能状况

针对几个主要的业务,我们将收集到的用户性能数据整理后得到以下的结果(部分业务按传统的网页性能优化方法优化过)。

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性能情况非常不理想,不达标严重。2G下大于10s的占比在50%, 3G:6s内的低于70%近一半。

传统优化

看到上面的性能情况,我们最先想到的优化方法就是PC时代YAHOO 23条web性能优化军规。

首先看看我们日常业务的请求瀑布图是怎么样的,根据这些情况看那些可以用规则去优化。

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请求数优化

  • 在请求数控制方面,将js,css各用combo的方式合并成单个资源。

  • 页面图片等等,只加载首屏资源,提升首屏展示速度。

  • 使用CSS ,SVG,ICONFONT 替换UI图片

合理使用IconFont

iconfont对于前端来说有很多优点:自由变化大小 矢量不失真、自由修改颜色、可以添加一些视觉效果如 阴影、旋转、透明度、兼容IE6。

使用现状

目前大家都基本上从平台上生成,生成后的文件如下:

@font-face {
font-family: "iconfont";
src: url('iconfont.eot'); /* IE9*/
src: url('iconfont.eot?#iefix') format('embedded-opentype'), /* IE6-IE8 */
url('iconfont.woff') format('woff'), /* chrome、firefox */
url('iconfont.ttf') format('truetype'), /* chrome、firefox、opera、Safari, Android, iOS 4.2+*/
url('iconfont.svg#iconfont') format('svg'); /* iOS 4.1- */ }

这样直接引用在项目中,真实在手机上的网络请求如下(在桌面版Chrome浏览器网络中无法看到这些请求):

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这样造成了极大的网络带宽的消耗,这些icon资源往往在界面渲染中占据重要位置。

目前我们移动端只加载ttf一个字体文件,对于较小的文件也可以考虑base64在css文件中。

首屏多个动态接口合并请求

日常的业务中,一个页面往往拆分出多个异步数据接口(后端开发说:解耦),甚至首屏也需要3-5个接口(如动态banner区块,推荐内容,商品列表等),有些还有嵌套关系。

但是这些对页面性能造成不小的影响。

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手淘中某个接口在各网络下的请求性能,2G,3G下平均的消耗时间在2-6s完成下载。其中几个请求性能稍差点对整个页面影响也深远。

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禁止重定向

在我们CaseByCase的分析中发现,页面&静态资源的重定向会造成巨大的性能损耗。

特别使用前端JS脚本来实现页面跳转的。

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图片优化

手淘的特点就是图片多,图片的性能好坏可不仅仅影响用户体验哦,还直接影响着交易,钱 钱 钱…

我们在图片方面做了大量的优化。

使用WebP格式。

手淘2年前已经开始使用WebP格式了(主要native使用),1年前H5全面使用,其中iOS 的webview中由手淘以插件的方式支持。我们以手淘线上真实案例来看使用webp格式的前后效果。

案例为:线上的一个活动页面,打开一看其中的banner 就320多KB,整个页面加载457KB,如果就单单banner图片换成webp格式,整个页面的大小就只有181KB。

使用WebP前

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使用WebP后

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Banner部分对比

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这种业务类型的案例,我们改进一下就可以为用户,为公司省70%的流量费用。

商品图片优化

商品图片在手淘的各个产品中都是必不可少的,为了适应不同业务需求的需要,我们在CDN服务上生成各个尺寸和质量的图片(近100个规格)。

  • q值:根据手淘网络情况,加载不同质量的商品图片(q30,q50,q75,q90)

  • 锐化:根据需要调整图片锐化值

  • DPI:根据设备DPI取适当尺寸商品图片

  • 合理的使用CDN图片尺寸可以带来下载图片的性能提升,还可以减少不必要的内存消耗。 我们日常中会用到的尺寸,每浪费10像素的宽高都可以造成很大的内存资源浪费。

计算方式如下:

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图片DPI 优化

根据设备DPI值和图片质量Q值做优化,达到最优视觉体验和加载性能(DPI高,宽高增加后可适当降低质量)。

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Sprite图片

Sprite图片(又称:雪碧图)被运用在众多使用了很多小图标的网站上。相对于把每张小图标以单个文件的形式引用到页面上,Sprite图片会只要请求一张图片就够了,减少了请求数提升了加载性能,还有就是方便图标管理。但在移动互联网时代在使用Sprite图片需要合理利用,不然反对性能造成影响。

解码内存消耗

Decoded in memory的计算公式: w x h x 4(宽 x 高 x 每个像素4个字节)

如果设备DPI大于1,还需要 X DPI系数。如Retina设备X 4,RetinaHD设备X 9.

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禁止生成大图且利用率少

由于图片在浏览器中的解码方式,合理的生成紧凑的Sprite图片,即可以带来更少的请求数,又高性能低消耗。

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建议合并成如下:

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不建议合并成如下:

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结合Native优化

经过几轮的常规前端性能优化后,页面性能有进步,但是离目标还远远不够。我们也不断的问自己到到底那里慢,那里瓶颈最大。我们开始试着CaseByCase的分析页以及梳理H5在手淘中的全链路性能消耗。

最终做了一些和native结合的优化思路。

HTTPDNS

DNS解析想必大家都知道,在传统PC时代DNS Lookup基本在几十ms内。而我们通过大量的数据采集和真实网络抓包分析(存在DNS解析的请求),DNS的消耗相当可观,2G网络大量5-10s,3G网络平均也要3-5s。

案例:iPhone5s 联通3G

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针对这种情况,手淘开发了一套httpdns,httpdns是面向无线端的域名解析服务,与传统走UDP协议的DNS不同,httpdns基于HTTP协议。 基于HTTP的域名解析,减少域名解析部分的时间并解决DNS劫持的问题。

手淘httpdns服务在启动的时候就会对白名单的域名进行域名解析,返回对应服务的最近ip(各运营商),端口号,协议类型,心跳 等信息。

优点

  • 防止域名劫持

传统DNS由Local DNS解析域名,不同运营商的Local DNS有不同的策略,某些Local DNS可能会劫持特定的域名。采用httpdns能够绕过Local DNS,避免被劫持;另外,httpdns的解析结果包含HMAC校验,也能够防止解析结果被中间网络设备窜改。

  • 更精准的调度

对域名解析而言,尤其是CDN域名,解析得到的IP应该更靠近客户端的地区和运营商,这样才能有更快的网络访问速度。然而,由于运营商策略的多样性,其推送的Local DNS可能和客户端不在同一个地区,这时得到的解析结果可能不是最优的。httpdns能够得到客户端的出口网关IP,从而能够更准确地判断客户端的地区和运营商,得到更精准的解析结果。

  • 更小的解析延迟和波动

在2G/3G这种移动网络下,DNS解析的延迟和波动都比较大。就单次解析请求而言,httpdns不会比传统的DNS更快,但通过httpdns客户端SDK的配合,总体而言,能够显著降低解析延迟和波动。httpdns客户端SDK有几个特性:预解析、多域名解析、TTL缓存和异步请求。

  • 额外的域名相关信息

传统DNS的解析结果只有ip,httpdns的解析结果采用JSON格式,除了ip外,还支持其它域名相关的信息,比如端口、spdy协议等。利用这些额外的信息,APP可以启用或停止某个功能,甚至利用httpdns来做灰度发布,通过httpdns控制灰度的比例。

SSL+SPDY协议

在经过以上的优化方案后,H5页面的性能始终离目标还远。在移动端建连的消耗非常大,在业界也只有SPDY 这个玩意儿比较新颖。

理论上SPDY协议可以完成多路复用的加密全双工通道,显著提升非wifi环境下的网络体验。

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  • 多路复用请求优化

  • 服务器推送技术

  • SPDY压缩http头

看着很牛逼的技术,但是等我们第一期上线后发现,从数据上几乎察觉不了变化。

域名收敛

域名收敛是指尽量控制一个页面中使用的域名数量。为什么要这么做呢?我们前面提到DNS解析,减少域名数量可以降低DNS解析的成本。上文还提到SPDY协议,其中一个特性就是复用请求,使用同一个域名可以更多的复用请求。这个PC时代正好相反,我们原先用多个域名提升并发请求量已提升性能。

PC时代的域名数量类似这样的

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域名最终形态(建议)

  • 页面请求 域名一个

  • 静态资源(css,js) 一个

  • 图片资源 一个

  • 动态数据一个

  • 数据统计一个

最终结合SSL+SPDY+域名收敛 才发挥出真正的作用。下图是各网络下SSL 和 非SSL 的性能情况。

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动态数据复用状态

动态数据部分,相信各个公司都差不多,动态数据会有专门的API提供出来。手淘(mtop平台)也一样,接口总会有各种状态,登录失效,令牌过期,签名失效等。手淘使用了重发请求的方式来获取新的签名令牌等。导致如下的情况(始料未及):

在手淘真实环境中发现一次令牌过期,可以造成10多秒的延迟。

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手淘在启动的时候Native已经做了很多的数据请求,这些也是mtop请求,只是由native程序发出。 我们判断到页面是在手淘客户端中就会使用native发出mtop数据请求,这样就规避了令牌失效,签名失效的问题。

直本次优化后,我们第一次看到了非常激动人心的数据:第一次里程碑式的提升

优化前

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优化后

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预加载和离线化方案

手淘中加载H5页面的首屏白屏时间较长,基于此,集团各BU都内部产生了离线包的方案(手淘,航旅,钱包),将静态资源通过Hybrid的方式提前加载到本地。大量了资源预加载给H5页面带来了极大的提升,资源加载时间降到30ms内。

今年双11前,针对预加载方案,在技术上解决了3个痛点:

  • 开发成本(开发方式侵入性强)

  • 静态资源解Combo

  • 更新到达率

关于 预加载&离线化方案详细技术细节很多,这里先简单阐述这个功能带来的性能提升价值。

下图案例:

  • 第一个HTML没有预加载,阻塞页面时间较长

  • 静态资源部分几ms 级别加载,加载性能非常好

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这是第二次里程碑式的提升,3G,4G,WIFI网络性能全面提升。

截至到这个时间点为止,我们个别业务的性能有了显著的提升。以下是其中一个业务的3个性能优化节点的性能优化对比。其中10s以上加载完成的占比大大的缩小,1s以内的占比上升较高。

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统计方案优化

业务数据统计在日常工作中是必不可少的部分,因统计部分量级不大,往往会忽视掉。其中我们对一个业务CaseByCase的分析后发现。一个中国移动 2G/3G.Edge的用户在请求H5页面的时候 log.mmstat.com 的日志埋点花了近6s才加载完成。

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后面我们对数据统计部分做了Native的异步上传。效果是这样滴:

iOS:

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Android:

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第三次里程碑式的提升,2G网络性能全面提升

渲染优化

  • 禁止使用iframe (阻塞父文档onload事件)

  • 禁止使用GIF图片实现Loading 效果 (降低CPU消耗,提升渲染性能)视频。

业务效果

前面说了这么多性能优化,肯定会有问,花了这么多力气,前端到客户端到后端搞了这么多,价值在那里呢。业界google,amazon,microsoft都给过速度性能对业务对GMV的影响。

下面是两个手淘中的业务在持续几个月的性能优化后UV,跳失率,停留时间的变化。

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2015 双11 战绩

好了,说了这么多这次双11搞的怎么样呢?

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在无线时代,H5页面中的任意一个微小的点都会应网络问题被放大N倍。持续分析用户真实数据和CaseByCase的分析不同业务场景,才能真正找到性能瓶颈。

H5要达到极致的体验,需要大家跳出前端的圈子,从客户端,后端 一起的角度来共同协助发挥各自的优势才能真正做到极致的体验。后面有更多精彩等这大家。