TL;DR: 当我们在做性能优化的时候，我们究竟在优化什么？做性能优化需不需要了解底层的东西？需要了解到什么程度？浏览器底层是一个什么架构？浏览器渲染的本质究竟是什么？哪些方面对用户的体验影响才是最大的？有没有业内一些通用的标准或标杆参考？都1202年了，雅虎军规还有没有用？性能分析工具都有哪些？我们从哪方面进行分析才是合适的？腾讯文档遇到过什么性能问题？

本文为你一一解答这些问题。了解了这些问题，可能你在做性能优化的时候才能更加得心应手。

目录：

• 1. 性能优化的本质
  • 1.1 展示更快，响应更快
  • 1.2 理解浏览器多进程架构
  • 1.3 理解页面渲染相关进程
    • 1.3.1 Renderer Process & GPU Process
    • 1.3.2 Renderer Process详解
      • 1.3.2.1 Main Thread
• 2. 看看经典：雅虎军规
• 3. 性能指标
  • 3.1 什么样的性能指标才能真正代表用户体验？
  • 3.2 Core Web Vitals
    • 3.2.1 Largest Contenful Paint(LCP)
      • 3.2.1.1 LCP如何定义
      • 3.2.1.2 如何测量LCP
      • 3.2.1.3 如何优化LCP
    • 3.2.2 First Input Delay(FID)
      • 3.2.2.1 FID如何定义
      • 3.2.2.2 如何测量FID
      • 3.2.2.3 如何优化FID
    • 3.2.3 Cumulative Layout Shift(CLS)
      • 3.2.3.1 CLS如何定义
      • 3.2.3.2 如何测量CLS
      • 3.2.3.3 如何优化CLS
• 4. 性能工具：共欲善其事，必先利其器
  • 4.1 Lighthouse
  • 4.2 PageSpeed Insights
  • 4.3 CrUX
  • 4.4 Chrome DevTools Performance面板
    • 4.4.1 Frame
    • 4.4.2 Timings
    • 4.4.3 Main
    • 4.4.4 Layers
    • 4.4.5 Rendering
      • 4.4.5.1 Paint flashing
      • 4.4.5.2 Layout Shift Regions
      • 4.4.5.3 Frame Rendering Stats
    • 4.4.6 Memory
  • 4.5 Search Console
  • 4.6 web.dev
  • 4.7 Web Vitals extension
  • 4.8 工具思考与总结
• 5. 腾讯文档性能优化
  • 5.1 滑动性能优化
    • 5.1.1 过程
    • 5.1.2 总结
• 6. 谈谈监控
• 7. 总结

1. 性能优化的本质

1.1 展示更快，响应更快

性能优化的目的，就是为了提供给用户更好的体验，这些体验包含这几个方面：展示更快、交互响应快、页面无卡顿情况。

更详细的说，就是指，在用户输入url到站点完整把整个页面展示出来的过程中，通过各种优化策略和方法，让页面加载更快；在用户使用过程中，让用户的操作响应更及时，有更好的用户体验。

对于前端工程师来说，要做好性能优化，需要理解浏览器加载和渲染的本质。理解了本质原理，才能更好的去做优化。所以我们先来看看浏览器架构是怎样的。

1.2 理解浏览器多进程架构

从大的方面来说，浏览器是一个多进程架构。

它可以是一个进程包含多个线程，也可以是多个进程中，每个进程有多个线程，线程之间通过IPC通讯。每个浏览器有不同的实现细节，并没有标准规定浏览器必须如何去实现。

这里我们只谈论chrome架构。

下面这张图是目前chrome的多进程架构图。 (图片引自Mariko Kosaka的《Inside look at modern web browser》)

我们来看看这些进程分别对应浏览器窗口中的哪一部分： (图片引自Mariko Kosaka的《Inside look at modern web browser》)

那么，怎么看浏览器对应启动了什么进程呢？ chrome中，我们可以通过更多->More Tools->Task Manager看到启动的进程。

从chrome官网和源码，我们也可以得知，多进程架构中包含这些进程：

• Browser进程：打开浏览器后，始终只有一个。该进程有UI线程、Network线程、Storage线程等。用户输入url后，首先是Browser进程进行响应和请求服务器获取数据。然后传递给Renderer进程。
• Renderer进程：每一个tab一个，负责html、css、js执行的整个过程。 前端性能优化也与这个进程有关 。
• Plugin进程：与浏览器插件相关，例如flash等。
• GPU进程：浏览器共用一个。主要负责把Renderer进程中绘制好的tile位图作为纹理上传到GPU，并调用GPU相关方法把纹理draw到屏幕上。

这里的话只是简单介绍一下浏览器的多进程架构，让大家对浏览器整体架构有个初步认识，其实背后的细节还有很多，这里就不一一展开。有兴趣可以细看这一系列文章和chrome官网介绍。

1.3 理解页面渲染相关进程

1.3.1 Renderer Process & GPU Process

从以上的多架构，我们了解到，与前端渲染、性能优化相关的，其实主要是Renderer进程和GPU进程。那么，它们又是什么架构呢？

来看一下这张我们再熟悉不过的图。 (图片引自Paul的《The Anatomy of a Frame》)

• Renderer进程：包括3个线程。合成线程（Compositor Thread）、主线程（Main Thread）、Compositor Tile Worker。
• GPU进程：只有GPU线程，负责接收从Renderer进程中的Compositor Thread传过来的纹理，显示到屏幕上。

1.3.2 Renderer Process详解

Renderer进程中3个线程的作用为：

• Compositor Thread：首先接收vsync信号(vsync信号是指操作系统指示浏览器去绘制新的帧)，任何事件都会先到达Compositor线程。如果主线程没有绑定事件，那么Compositor线程将避免进入主线程，并尝试将输入转换为屏幕上的移动。它将更新的图层位置信息作为帧通过GPU线程传递给GPU进行绘制。

当用户在快速滑动过程中，如果主线程没有绑定事件，Compositor线程是可以快速响应并绘制的 ，这是浏览器做的一个优化。

• Main Thread： 主线程就是我们前端工程师熟知的线程，这里会执行解析Html、样式计算、布局、绘制、合成等动作。所以关于性能的问题，都发生在了这里。所以应该重点关注这里 。
• Compositor Tile Worker：由合成线程产生一个或多个worker来处理光栅化的工作。

Service Workers和Web Workers可以暂时理解也在Renderer进程中，这里不展开讨论。

1.3.2.1 Main Thread

主线程需要重点讲下。因为这是我们的代码真实存在的环境。

从上一小节Render进程和GPU进程的图中，我们可以看到有个红色的箭头，从Recal Styles和Layout指向了requestAnimationFrame，这意味着有Forced Synchronous Layout (or Styles)(强制回流和重绘)发生，这一点在性能方面特别要注意。

在Main Thread中，有这几个需要注意一下：

• requestAnimationFrame：因为布局和样式计算是在rAF之后，所以在rAF是进行元素变更的理想时机。如果在这里对一个元素变更100个类，不会进行100次计算，它们会分批以后处理。需要注意的是，不能在rAF中查询任何计算样式和布局的属性（例如：el.style.backgroundImage或el.style.offsetWidth），因为这样会导致重绘和回流。
• Layout：布局的计算通常是针对整个文档的，并且与DOM元素的大小成正比！（这点特别要注意，如果一个页面DOM元素太多，也会导致性能问题）

主线程的顺序始终都是：Input Event Handler->requestAnimationFrame->ParseHtml->ReculateStyles->Layout->Update Layer Tree->Paint->Composite->commit->requestIdleCallback，只能从前往后，例如，必须先是ReculateStyles，然后Layout、然后Paint。但是，如果它只需要做最后一步Paint，那么这就是它全部要做的事情，不会再发生前面的ReculateStyles和Layout。

这里其实给了我们一个启示： 如果要让fps保持60，即每帧的js执行时间少于16.66ms，那么让这个主线程执行的过程尽可能地少，是我们的性能优化目标 。

根据主线程的这些步骤，理想的情况下，我们只希望浏览器只发生最后一个步骤：Composite(合成)。

CSS的属性是我们需要关注一下的模块。这里描述了哪些CSS属性会引起重绘、回流和合成。例如，让我们给一个元素进行移动位置时： transform 和 opacity 可以直接触发合成，但是 left 和 top 却会触发Layout、Paint、Composite3个动作。所以显然用transform时更好的方案。

但这并不是说我们不应该用left和top这些可能引起重绘回流的属性，而是应该关注每个属性在浏览器性能中引起的效果 。

2. 看看经典：雅虎军规

多年前雅虎的Nicolas C. Zakas提出7个类别35条军规，至今为止很多前端优化准则都是围绕着这个展开。如果严格按照这些规则去做，其实我们有很多优化工作可以做，只要认真践行，性能提升不是问题。

我们来看看它7个分类都是围绕哪些方面展开：

• Server：与页面发起请求的相关；
• Cookie：与页面发起请求相关；
• Mobile：与页面请求相关；
• Content：与页面渲染相关；
• Image：与页面渲染相关；
• CSS：与页面渲染相关；
• Javascript：与页面渲染和交互相关。

从上面的描述可以看到，其实雅虎军规，是围绕页面发起请求那一刻，到页面渲染完成，页面开始交互这几个方面来展开，提出的一些原则。

很多原则大家也都耳熟能详，就不全部展开了，有兴趣的同学可以去查看原文。这里主要想提一些忽略但是又值得注意的点：

• 减少DOM节点数量

为什么要减少DOM节点的数量？ 当遍历查询500和5000个DOM节点，进行事件绑定时，会有所差别。 当一个页面DOM节点过多，应该考虑使用无限滚动方案来使视窗节点可控。可以看看google提的方案。

• 减少cookie大小

cookie 传输会造成带宽浪费，影响响应时间，可以这样做： 消除不必要的cookies； 静态资源不需要 cookie，可以采用其他的域名，不会主动带上 cookie。

• 避免图片src为空

图片src为空时，不同浏览器会有不同的副作用，会重新发起一起请求。

3. 性能指标

3.1 什么样的性能指标才能真正代表用户体验？

通常有2种途径来衡量性能。

1. 本地实验衡量：本地模拟用户的网络、设备等情况进行测试。通常在开发新功能的时候，实验测量是很重要的，因为我们不知道这个功能发布到线上会有什么性能问题，所以提前进行性能测试，可以进行预防。
2. 线上衡量：实验测量固然可以反映一些问题，但无法反映在用户那里真实的情况。同样的，在用户那里，性能问题会和用户的设备、网络情况有关，而且还跟用户如何与页面进行交互有关。

有这几个类型与用户感知性能相关。

• 页面加载时间：页面以多快的速度加载和渲染元素到页面上。
• 加载后响应时间：页面加载和执行js代码后多久能响应用户交互。
• 运行时响应：页面加载完成后，对用户的交互响应时间。
• 视觉稳定性：页面元素是否会以用户不期望的方式移动，并干扰用户的交互。
• 流畅度：过渡和动画是否以一致的帧率渲染，并从一种状态流畅地过渡到另一种状态。

对应上面几种分类，Google和W3C性能工作组提供了对应这几种性能指标：

• First contentful paint (FCP): 测量页面开始加载到某一块内容显示在页面上的时间。
• Largest contentful paint (LCP): 测量页面开始加载到最大文本块内容或图片显示在页面中的时间。
• First input delay (FID): 测量用户首次与网站进行交互(例如点击一个链接、按钮、js自定义控件)到浏览器真正进行响应的时间。
• Time to Interactive (TTI): 测量从页面加载到可视化呈现、页面初始化脚本已经加载，并且可以可靠地快速响应用户的时间。
• Total blocking time (TBT): 测量从FCP到TTI之间的时间，这个时间内主线程被阻塞无法响应用户输入。
• Cumulative layout shift (CLS): 测量从页面开始加载到状态变为隐藏过程中，发生不可预期的layout shifts的累积分数。

这些指标能从一定程度上衡量页面性能，但不一定都是有效的。举个例子。LCP指标主要用户衡量页面的主要内容是否完成加载，但会有这样的情况，最大的元素并不是主要内容，那么这个时候LCP指标并不是那么重要。 每个不同的站点有自己的特殊性，可以参考以上角度进行衡量，也需要因地制宜。

3.2 Core Web Vitals

在以上列出的指标中，Google定义了3个最核心的指标，作为Core Web Vitals。它们分别代表着：加载、交互、视觉稳定性。

• Largest Contentful Paint (LCP): 测量加载性能。为了能提供较好的用户体验，LCP指标建议页面首次加载要在2.5s内完成。
• First Input Delay (FID): 测量交互性能。为了提供较好用户体验，交互时间建议在100ms或以内。
• Cumulative Layout Shift (CLS): 测量视觉稳定性。为了提供较好用户体验，页面应该维持CLS在0.1或以内。

当页面访问量有75%的数据达到了以上以上Good的标准，则认为性能是不错的了。

Core Web Vitals是作为核心性能指标，但是其他指标也同样在重要，是做为核心指标的一个辅助。例如，TTFB和FCP都可以用来衡量加载性能(服务器响应时间和渲染时间)，它们作为LCP的一个问题手段辅助。同样的，TBT和TTI对于衡量交互性能也很重要，是FID的一个辅助，但是它们无法在线上进行测量，也无法反映以用户为中心的结果。

Google官方提供了一个web-vitals库，线上或本地都可以测量上面提到的3个指标：

import {getCLS, getFID, getLCP} from 'web-vitals';

function sendToAnalytics(metric) {
  const body = JSON.stringify(metric);
  // Use `navigator.sendBeacon()` if available, falling back to `fetch()`.
  (navigator.sendBeacon && navigator.sendBeacon('/analytics', body)) ||
      fetch('/analytics', {body, method: 'POST', keepalive: true});
}

getCLS(sendToAnalytics);
getFID(sendToAnalytics);
getLCP(sendToAnalytics);

下面，分别讲讲这3个指标定义的原因、如何测量、如何优化。

3.2.1 Largest Contentful Paint (LCP)

3.2.1.1 LCP如何定义

(图片来自LCP)

LCP是指页面开始加载到最大文本块内容或图片显示在页面中的时间。那么哪些元素可以被定义为最大元素呢？

• <img>标签
• <image> 在svg中的image标签
• <video> video标签
• CSS background url()加载的图片
• 包含内联或文本的块级元素

3.2.1.2 如何测量LCP

线上测量工具

• Chrome User Experience Report
• PageSpeed Insights
• Search Console (Core Web Vitals report)
• web-vitals JavaScript library

实验室工具

• Chrome DevTools
• Lighthouse
• WebPageTest

原生的JS API测量 LCP还可以用JS API进行测量，主要使用PerformanceObserver接口，目前除了IE不支持，其他浏览器基本都支持了。

new PerformanceObserver((entryList) => {
  for (const entry of entryList.getEntries()) {
    console.log('LCP candidate:', entry.startTime, entry);
  }
}).observe({type: 'largest-contentful-paint', buffered: true});

我们看一下结果是怎样的：

Google官方web-vitals库 Google官方也提供了一个web-vitals库，底层还是使用这个API，只是帮我们处理了一些需要测量和不需测量的场景、以及一些细节问题。

3.2.1.3 如何优化LCP

LCP可能被这四个因素影响：

• 服务端响应时间
• Javascript和CSS引起的渲染卡顿
• 资源加载时间
• 客户端渲染

更加详细的优化建议就不展开了，可以参考这里。

3.2.2 First Input Delay (FID)

3.2.2.1 FID如何定义

(图片来自FID)

我们都知道第一印象的重要性，比如初次遇到某人形成的印象，会在后续交往中起重要的影响。对于一个网站也是如此。

网站以多快的速度加载完成是其中一项指标，加载后以多快的速度对用户进行响应也同样重要。FID就是指后者。

可以通过下面的图来更详细了解FID处于哪个位置：

(图片来自FID)

从上图可以看出，当主线程处于繁忙的时候，FID是指从浏览器接收到了用户输入，到浏览器对用户的输入进行响应的延迟时间。

通常，当我们在写代码的时候，会认为只要用户输入信息，我们的事件回调就会立刻响应，但实际上并不是这样。这是主线程可能处于繁忙，浏览器正忙着解析和执行其他js。如上图所示的FID时间，主线程正在处理其他任务。

当FID的时间为100ms或以内，则为Good。

上面的例子中，用户刚好在主线程最繁忙的时刻进行了交互，但是如果用户在主线程空闲的时候交互，那么浏览器可以立刻响应。所以FID的值需要重点查看它的分布情况。

FID实际上测量的是输入事件被感知到到主线程空闲的这段时间。这意味着即使没有输入事件被注册，FID也可以测量。因为用户的输入相应并不一定需要事件被执行，但一定需要主线程是空闲的。例如，下面这些HTML元素都需要在交互响应之前等待主线程上的正在执行的任务完成：

• 输入框，例如<input>、<textarea>、<radio>、<checkbox>
• 下拉框，例如<select>
• 链接，例如<a>

为什么要考虑测量第一次的输入延迟？有如下原因：

• 因为第一次输入延迟是用户对你的网站形成的第一个印象，网站是否有质量且可靠；
• 在今天，web中最大的交互问题第一次加载之后；
• 对于网站应该如何解决较高的首次输入延迟(例如代码分割、减少JavaScript的预加载)的建议解决方案(TTI是指衡量这一块)，不一定与在页面加载后解决输入延迟(FID是指衡量这一块)的解决方案相同。所以FID是在TTI的基础上更精确的细分。

为什么FID只是包含从用户输入到主线程开始相应的时间？而没有包含事件处理到浏览器绘制UI的时间？

尽管主线程处理和绘制的这段时间也很重要，但是如果FID把这段时间也包含进来，开发者可能会使用异步API(例如setTimeout、requestAnimationFrame)来把这个task拆分到下一帧，以较少FID的时间，这样不仅没有提高用户体验，反而使用户体验降低。

3.2.2.2 如何测量FID

FID可以在实验环境也可以在线上环境测量。

线上测量工具

• Chrome User Experience Report
• PageSpeed Insights
• Search Console (Core Web Vitals report)
• web-vitals JavaScript library

原生的JS API测量

new PerformanceObserver((entryList) => {
  for (const entry of entryList.getEntries()) {
    const delay = entry.processingStart - entry.startTime;
    console.log('FID candidate:', delay, entry);
  }
}).observe({type: 'first-input', buffered: true});

PerformanceObserver目前除了在IE上没有兼容，其他浏览器基本都兼容了。

我们看一下结果是怎样的：

Google官方web-vitals库 Google官方也提供了一个web-vitals库，底层还是使用这个API，只是帮我们处理了一些需要测量和不需测量的场景、以及一些细节问题。

3.2.2.3 如何优化FID

FID可能被这四个因素影响：

• 减少第三方代码的影响
• 减少Javascript的执行时间
• 最小化主线程工作
• 减小请求数量和请求文件大小

更加详细的优化建议可以参考这里。

3.2.3 Cumulative Layout Shift (CLS)

3.2.3.1 CLS如何定义

(图片来自CLS)

CLS是一个非常重要的、以用户为中心的测量指标。它能衡量页面是否排版稳定。

页面移动会经常发生在资源异步加载、或者DOM元素动态添加到已存在的页面元素上面。这些元素有可能是图片、视频、第三方广告或小图标等。

但是我们开发过程中可能不会察觉到这些问题，因为调试过程中刷新页面，图片都已经缓存在本地。调试接口的时候我们使用的是mock或者在局域网，接口速度都很快，这些延迟都可能被我们忽略。

CLS就是帮我们去发现这些真实发生在用户端的问题的指标。

CLS是测量页面生命周期中，每个发生意外布局移动的分数。当一个可视元素在下一帧移动到另外一个位置，就是指布局移动。

CLS的分数在0.1或以下，则为Good。

那么意外布局移动的分数如何计算？

浏览器会监控两桢之间发生移动的不稳定元素。布局移动分数由2个元素决定：impact fraction和distance fraction。

layout shift score = impact fraction * distance fraction

可视区域内，在前一帧到下一帧之间所有不稳定的元素的并集，会影响当前帧的布局移动分数。

举个例子，下面这张图中，左边是当前帧的一个元素，下一帧中，元素下移了可视区域内25%的高度。红色虚线框标出了两桢中当前元素的并集，占适口的75%，所以这个时候，impact faction是0.75。

另外一个影响布局移动分数的是distance fraction，指这个元素相对视口移动的距离。不管是横向还是竖向，取最大值。

下面例子中，竖向距离更大，该元素相对适口移动了25%的距离，所以distance fraction是0.25。所以布局移动分数是 0.75 * 0.25 = 0.1875.

但是要注意的是，并不是所有的布局移动都是不好的，很多web网站都会改变元素的开始位置。只有当布局移动是非用户预期的，才是不好的。

换句话说，当用户点击了按钮，布局进行了改动，这是ok的，CLS的JS API中有一个字段hadRecentInput，用来标识500ms内是否有用户数据，视情况而定，可以忽略这个计算。

3.2.3.2 如何测量CLS

线上测量工具

• Chrome User Experience Report
• PageSpeed Insights
• Search Console (Core Web Vitals report)
• web-vitals JavaScript library

实验室工具

• Chrome DevTools
• Lighthouse
• WebPageTest

原生的JS API测量

let cls = 0;

new PerformanceObserver((entryList) => {
  for (const entry of entryList.getEntries()) {
    if (!entry.hadRecentInput) {
      cls += entry.value;
      console.log('Current CLS value:', cls, entry);
    }
  }
}).observe({type: 'layout-shift', buffered: true});

我们看一下结果是怎样的：

Google官方web-vitals库 Google官方也提供了一个web-vitals库，底层还是使用这个API，只是帮我们处理了一些需要测量和不需测量的场景、以及一些细节问题。

3.2.3.3 如何优化CLS

我们可以根据这些原则来避免非预期布局移动：

• 图片或视屏元素有大小属性，或者给他们保留一个空间大小，设置width、height，或者使用unsized-media feature policy。
• 不要在一个已存在的元素上面插入内容，除了相应用户输入。
• 使用animation或transition而不是直接触发布局改变。

更详细的内容可以看这里。

4. 性能工具：工欲善其事，必先利其器

Google开发的所有工具都支持Core Web Vitals的测量。工具如下：

• Lighthouse
• PageSpeed Insights
• Chrome DevTools
• Search Console
• web.dev's提供的测量工具
• Web Vitals扩展
• Chrome UX Report API

这些工具对Core Web Vitals的支持如下：

4.1 Lighthouse

打开F12，就可以看到Lighthouse，点击Generate Report，即可生成报告。当然也可以添加chrome插件使用。

Lighthhouse是一个实验室工具，本地模拟移动端和PC端对这几个方面进行测试。同时lighthouse还会针对这几个方面提出建议，在产品上线前值得一测。

Lighthouse还提供了Lighthouse CI，把Lighthouse集成到CI流水线中。举个例子，每次在上线之前，跑50次流水线对Lighthouse的各项指标进行测试取平均值，一旦发现异常，立刻进行排查。把性能问题排查提前到发布之前。这块后面会细讲。

4.2 PageSpeed Insights

PageSpeed Insights(PSI)是一个可以分析线上和实验室数据的工具。它是根据线上环境用户真实的数据(在Chrome UX 报告中)和Lighthouse结合出一份报告。和Lighthouse类似，它也会给出一些分析建议，可以知道页面的Core Web Vitals是否达标。

PageSpeed只是提供对单个页面的性能测试，而Search Console是正对整个网站的性能测试。

PageSpeed Insights也提供了API供我们使用。同样的，我们也可以把它集成到CI中。

4.3 CrUX

Chrome UX Report (CrUX)是指汇聚了成千上万条用户体验数据的数据报告集，它是经过用户同意才进行上报的，目前存储在Google BigQuery上，可以使用账号登陆进行查询。它测量了所有的Core Web Vitals指标。

上面提到的PageSpeed Insights工具就是结合CrUX的数据进行分析给出的结论。

当然CrUX现在也提供了API共我们进行查询，可以查询的数据包括：

• Largest Contentful Paint
• Cumulative Layout Shift
• First Input Delay
• First Contentful Paint

原理如下：

通过API的查询的数据每日都更新，并汇集了过去28天的数据。

具体的使用方式可以参考官方给出的demo。

4.4 Chrome DevTools Performance面板

Performance是我们最常用的本地性能分析工具。

这里像提几点可以关注下的功能：Frame、Timings、Main、Layers、FPS。下面一一讲解。

4.4.1 Frame

点击Frame展开后，会看到有一个一个红色或绿色小块，这些代表着每帧的消耗时间。目前大多数设备的屏幕刷新率为 60 次/秒，浏览器渲染页面的每一帧的速率如果与设备屏幕的刷新率保持一致，即60fps时，我们是不会感知到页面卡的情况的。

我们把鼠标移上去看看：

这种体验顺畅的情况。

再比如：

提示这一帧耗时了30.9ms，当前是32fps并且是掉帧状态。

4.4.2 Timings

这里可以看到几个关键指标的时间点。

• FP：First Paint；
• FCP：First Contentful Paint；
• LCP：Largest Contenful Paint；
• DCL：DOMContentLoaded Event
• L：OnLoad Event。

4.4.3 Main

Main是DevTools中最常用也是最重要的功能。

通过record，我们可以查看页面上所有操作在主线程中的执行过程。也就是我们常说的流程：

一旦有任何一个流程时间过长或频繁发生，比如Update Layer Tree时间过长、频繁出现RecalcStyles、Layout(重绘回流)，那么需要引起注意。后面会举一个例子。

4.4.4 Layers

Layers是浏览器在绘制过程中生成的一个层。因为浏览器底层渲染的本质是纵向分层、横向分块。这一块的知识点是发生在Renderer Process进程中。后面会以一个例子展开讲。

这里想提Layers的原因是，Layer的渲染也会影响性能问题，而且有时候还不容易被发现！

Layers面板一般不会默认展示出来，点击更多->more tools->Layers即可打开。

点击Layers面板，点击左边下三角展开按钮，可以看见页面最终生成的合成层。右边左上角可以选择不同纬度进行查看。

选中某个层，可以查看该层生成的原因。

Chrome的Blink内核给出了54种会生成合成层的原因：

constexpr CompositingReasonStringMap kCompositingReasonsStringMap[] = {
    {CompositingReason::k3DTransform, "transform3D", "Has a 3d transform"},
    {CompositingReason::kTrivial3DTransform, "trivialTransform3D",
     "Has a trivial 3d transform"},
    {CompositingReason::kVideo, "video", "Is an accelerated video"},
    {CompositingReason::kCanvas, "canvas",
     "Is an accelerated canvas, or is a display list backed canvas that was "
     "promoted to a layer based on a performance heuristic."},
    {CompositingReason::kPlugin, "plugin", "Is an accelerated plugin"},
    {CompositingReason::kIFrame, "iFrame", "Is an accelerated iFrame"},
    {CompositingReason::kSVGRoot, "SVGRoot", "Is an accelerated SVG root"},
    {CompositingReason::kBackfaceVisibilityHidden, "backfaceVisibilityHidden",
     "Has backface-visibility: hidden"},
    {CompositingReason::kActiveTransformAnimation, "activeTransformAnimation",
     "Has an active accelerated transform animation or transition"},
    {CompositingReason::kActiveOpacityAnimation, "activeOpacityAnimation",
     "Has an active accelerated opacity animation or transition"},
    {CompositingReason::kActiveFilterAnimation, "activeFilterAnimation",
     "Has an active accelerated filter animation or transition"},
    {CompositingReason::kActiveBackdropFilterAnimation,
     "activeBackdropFilterAnimation",
     "Has an active accelerated backdrop filter animation or transition"},
    {CompositingReason::kXrOverlay, "xrOverlay",
     "Is DOM overlay for WebXR immersive-ar mode"},
    {CompositingReason::kScrollDependentPosition, "scrollDependentPosition",
     "Is fixed or sticky position"},
    {CompositingReason::kOverflowScrolling, "overflowScrolling",
     "Is a scrollable overflow element"},
    {CompositingReason::kOverflowScrollingParent, "overflowScrollingParent",
     "Scroll parent is not an ancestor"},
    {CompositingReason::kOutOfFlowClipping, "outOfFlowClipping",
     "Has clipping ancestor"},
    {CompositingReason::kVideoOverlay, "videoOverlay",
     "Is overlay controls for video"},
    {CompositingReason::kWillChangeTransform, "willChangeTransform",
     "Has a will-change: transform compositing hint"},
    {CompositingReason::kWillChangeOpacity, "willChangeOpacity",
     "Has a will-change: opacity compositing hint"},
    {CompositingReason::kWillChangeFilter, "willChangeFilter",
     "Has a will-change: filter compositing hint"},
    {CompositingReason::kWillChangeBackdropFilter, "willChangeBackdropFilter",
     "Has a will-change: backdrop-filter compositing hint"},
    {CompositingReason::kWillChangeOther, "willChangeOther",
     "Has a will-change compositing hint other than transform and opacity"},
    {CompositingReason::kBackdropFilter, "backdropFilter",
     "Has a backdrop filter"},
    {CompositingReason::kBackdropFilterMask, "backdropFilterMask",
     "Is a mask for backdrop filter"},
    {CompositingReason::kRootScroller, "rootScroller",
     "Is the document.rootScroller"},
    {CompositingReason::kAssumedOverlap, "assumedOverlap",
     "Might overlap other composited content"},
    {CompositingReason::kOverlap, "overlap",
     "Overlaps other composited content"},
    {CompositingReason::kNegativeZIndexChildren, "negativeZIndexChildren",
     "Parent with composited negative z-index content"},
    {CompositingReason::kSquashingDisallowed, "squashingDisallowed",
     "Layer was separately composited because it could not be squashed."},
    {CompositingReason::kOpacityWithCompositedDescendants,
     "opacityWithCompositedDescendants",
     "Has opacity that needs to be applied by compositor because of composited "
     "descendants"},
    {CompositingReason::kMaskWithCompositedDescendants,
     "maskWithCompositedDescendants",
     "Has a mask that needs to be known by compositor because of composited "
     "descendants"},
    {CompositingReason::kReflectionWithCompositedDescendants,
     "reflectionWithCompositedDescendants",
     "Has a reflection that needs to be known by compositor because of "
     "composited descendants"},
    {CompositingReason::kFilterWithCompositedDescendants,
     "filterWithCompositedDescendants",
     "Has a filter effect that needs to be known by compositor because of "
     "composited descendants"},
    {CompositingReason::kBlendingWithCompositedDescendants,
     "blendingWithCompositedDescendants",
     "Has a blending effect that needs to be known by compositor because of "
     "composited descendants"},
    {CompositingReason::kPerspectiveWith3DDescendants,
     "perspectiveWith3DDescendants",
     "Has a perspective transform that needs to be known by compositor because "
     "of 3d descendants"},
    {CompositingReason::kPreserve3DWith3DDescendants,
     "preserve3DWith3DDescendants",
     "Has a preserves-3d property that needs to be known by compositor because "
     "of 3d descendants"},
    {CompositingReason::kIsolateCompositedDescendants,
     "isolateCompositedDescendants",
     "Should isolate descendants to apply a blend effect"},
    {CompositingReason::kFullscreenVideoWithCompositedDescendants,
     "fullscreenVideoWithCompositedDescendants",
     "Is a fullscreen video element with composited descendants"},
    {CompositingReason::kRoot, "root", "Is the root layer"},
    {CompositingReason::kLayerForHorizontalScrollbar,
     "layerForHorizontalScrollbar",
     "Secondary layer, the horizontal scrollbar layer"},
    {CompositingReason::kLayerForVerticalScrollbar, "layerForVerticalScrollbar",
     "Secondary layer, the vertical scrollbar layer"},
    {CompositingReason::kLayerForScrollCorner, "layerForScrollCorner",
     "Secondary layer, the scroll corner layer"},
    {CompositingReason::kLayerForScrollingContents, "layerForScrollingContents",
     "Secondary layer, to house contents that can be scrolled"},
    {CompositingReason::kLayerForSquashingContents, "layerForSquashingContents",
     "Secondary layer, home for a group of squashable content"},
    {CompositingReason::kLayerForForeground, "layerForForeground",
     "Secondary layer, to contain any normal flow and positive z-index "
     "contents on top of a negative z-index layer"},
    {CompositingReason::kLayerForMask, "layerForMask",
     "Secondary layer, to contain the mask contents"},
    {CompositingReason::kLayerForDecoration, "layerForDecoration",
     "Layer painted on top of other layers as decoration"},
    {CompositingReason::kLayerForOther, "layerForOther",
     "Layer for link highlight, frame overlay, etc."},
    {CompositingReason::kBackfaceInvisibility3DAncestor,
     "BackfaceInvisibility3DAncestor",
     "Ancestor in same 3D rendering context has a hidden backface"},
};

4.4.5 Rendering

Rendering面板也隐藏了很多好用的功能。

4.4.5.1 Paint flashing

勾选了Paint flashing后，我们就会看到页面上有哪些内容被重绘了：

4.4.5.2 Layout Shift Regions

勾选了Layout Shift Regions后，进行交互，就可以看到哪些元素进行了布局移动：

4.4.5.3 Frame Rendering Stats

这个工具有一个小插曲。

Frame Rendering Stats的前身是FPS meter，在Google版本85.0.4181.0改成了Frame Rendering Stats，但是迫于用户抱怨，在90版本的时候又改回来了。

Frame Rendering Stats主要显示不掉帧率。而FPS侧重于显示每秒的刷新率fps。

Chrome为什么要改成不掉帧率，是因为认为不掉帧率更能反映页面的顺畅度。而FPS显示每一秒渲染的帧数虽然能一定程度反映页面顺畅度，但是在一些特殊情况例如没有激活或空闲的页面，fps会比较低，这样并不能反映真实情况。

(图片引自blink dev论坛讨论)

4.4.6 Memory

在大型项目中，内存问题也是有发生。DevTools也提供了内存分析工具供我们使用。

点击Memory面板，点击录制按钮。

点击录制后，会看到当前状态下内存的占用情况，根据大小排序，我们可以定位到内存占用过多的地方。

4.5 Search Console

Google Search Console其实就是监控和维护网站在 Google 搜索结果中的展示情况以及排查问题的平台。数据来源是CrUX。

它会展示3个 Core Web Vitals metrics: LCP, FID, CLS。如果发现有问题，可以配合PageSpeed一起使用，分析问题。

(图片引自vital-tools)

4.6 web.dev

web.dev/measure是google官方提供的测量性能工具，也会提供类似PageSpeed Insight的指标，还会提供一些具体代码更改建议。

4.7 Web Vitals extension

Google也提供了扩展工具去测量Core Web Vitals。可以从Store中进行安装。

4.8 工具：思考与总结

当我们了解了这么多工具之后，琳琅满目，我们该如何选择？如何使用好这些工具进行分析？

• 首先我们可以使用Lighthouse，在本地进行测量，根据报告给出的一些建议进行优化；
• 发布之后，我们可以使用PageSpeed Insights去看下线上的性能情况；
• 接着，我们可以使用Chrome User Experience Report API去捞取线上过去28天的数据；
• 发现数据有异常，我们可以使用DevTools工具进行具体代码定位分析；
• 使用Search Console's Core Web Vitals report查看网站功能整体情况；
• 使用Web Vitals扩展方便的看页面核心指标情况；

5. 腾讯文档性能优化

前面碎碎念念讲了这么多，终于来到了最后的实战环节。下面以腾讯文档为例子，讲讲我们定义了指标并且遇到过哪些比较难处理的性能问题。目前也在持续优化中。

• 首屏

  • 首屏时间FCP：与Web Core Vitals定义的FCP类似，不过根据文档内容显示时间来自定义。
  • 可交互时间TTI：因为文档是在线编辑器，移动端下可交互我们认为是键盘可以弹起的时间

• 内存：运行期间占用内存情况

• crash：线上统计页面无响应率

• fps：主要测量滑动fps

• 卡顿

  • 运行期间不卡顿比例：衡量编辑期间不卡顿比例
  • 每打开一次文档出现卡顿次：编辑期间整体卡顿情况

• 成功率

  • 白屏比例：页面白屏情况
  • js报错率：检查代码是否健康
  • 数据落盘成功率：数据是否保存成功

从上面可以看出，我们主要围绕首屏加载、首屏可交互时间、交互情况、页面报错率、数据成功率、滑动顺畅度等维度进行优化的。

5.1 滑动性能优化

5.1.1 过程

滑动性能的故事是这样子的。

曾经，低端手机下，腾讯文档滑动很卡。通过竞品分析，我们发现石墨、飞书滑动非常顺畅。

而移动端下，腾讯文档采用懒渲染方式，石墨飞书采用的是全量渲染，所以我们第一个怀疑方向是懒渲染。是不是因为懒渲染，js执行时间过长，主线程绘制过程有问题，导致加载慢，才导致滑动卡？带着这样的疑问，我们使用了全量渲染进行测试。但是，当全量渲染完成后，滑动依旧卡顿，使用perfdog测量的数据如下：

这个时候，我们开始去研究源码，对比了下腾讯文档与石墨、飞书的滑动代码处理，发现了一个异常：石墨、飞书scroll事件断点后不会卡住，而腾讯文档会被卡住。

那这个时候我们有2个疑问：

• 疑问1: 打点后为什么可以滑动

• 疑问2: 这个卡住会不会影响滑动性能

如果我们不了解浏览器进程下多线程的架构，那这个时候肯定一脸懵逼，无从下手。

我们在来回顾一下这张图：

前面有提到在Renderer进程中存在这样一个线程：Compositor Thread(合成线程)。这个线程主要干什么事情呢？

Compositor Thread和Main Thread同样拥有绘制帧的信息。Compositor Thread会先接受到输入的vsync信号，处理滚动页面，不需要等待主线程执行完才commit给GPU线程绘制屏幕。

快速滑动的时候，合成线程会快速处理屏幕显示，所以会看到低分辨率的信息。

你会发现，合成线程可以优先处理滚动事件，而不需要等待主线程执行完才进行滚动，这也导致Touch事件可以执行e.preventDefault()，而scroll事件不能执行e.preventDefault()。(Chrome官网)

到此为止，我们知道原来滑动断点卡住可能是因为Compositor Thread处理滑动失效。当我们把罪魁祸首找到，原来是workbench-float-widgets节点挡在编辑器节点上面，导致合成线程对scroll优化失效

当我们把这个节点层级调整到编辑器下面后，在进行滑动测量，似乎不会那么卡了。并且数据也有所提升：

滑动fps从20上升至40左右，但卡顿率依旧很高。

那么我们继续分析，进行Performance录制。

发现一个异常，Update Layer Tree时间很长，Update Layer Tree又是一个什么东西？

通过前面的学习，我们知道Update Layer Tree是跟层有关系的一个过程。那这个时候，我们需要更深入的理解Layer形成的过程。

这里只做一个简单介绍，细节就不展开了，展开又是一个很长的篇幅。具体可以看Chrome的官方文档。

浏览器渲染的本质是：纵向分层、横向分块。

从DOM Tree到Layer Tree会经过这样的过程：

（图片来自Chrome的官方文档）

最新的代码已经讲Render Object改为Layout Object，Render Layer改为Paint Layer了。

所以Layer会经历从Render Layer到Graphics Layer的过程（当然，内核还会有其他Layer去处理中间态，这里我们就暂以官方文档的图为准）：

上图中，CompositedLayerMapping就是我们前面提到的54个会提升为合成层的理由。RenderLayer是一个中间态，GraphicsLayer才是我们在Layer面板中看到的那个Layer。在看这个问题的时候，我们打开Layer面板，并没有看到很多Layer。

我们再来看看官方文档是如何解释Layer生成的原因和过程的：

我们注意到其中有一项，当CSS中有position:relative时，会生成Render Layer。于是乎我们找到了罪魁祸首。

当我们把这个问题解决后，滑动顺畅了很多，fps也提升了不少：

顺着这个Layer的问题，我们继续分析。滑动过程，我们打开Layer面板，发现滑动过程有很多个Layer出现。

再一次的，通过上面的学习，我们已经知道Layer的过程，是先生成Render Layer，再生成Graphics Layer，如果这个过程中无法命中层压缩，那就会生成合成层，最终显示在Layer面板中。

可以再次理解下这个过程：

命中无法层压缩原因：

至此，我们的滑动fps终于到达了58+。

5.1.2 总结

通过这个案例，其实是想引申出以下几个思考点：

• 当我们在做性能优化的时候，更多的应该从本质出发去思考这个问题为什么会存在；
• 有没有什么工具辅助我们去快速定位出这个问题；
• 认认真真把官方文档看一遍真的很重要，里面有很多隐藏的信息。知道了这些信息，会恍然大悟；

6. 谈谈监控

最后一个章节想来谈谈监控。

我们在做性能优化的时候，常常会通过各种线上打点，来收集用户数据，进行性能分析。没错，这是一种监控手段，更精确的说，这是一种"事后"监控手段。

**"事后"监控固然重要，但我们也应该考虑"事前"监控，否则，每次发布一个需求后，去线上看数据。咦，发现数据下降了，然后我们去查代码，去查数据，去查原因。这样性能优化的同学永远处于"追赶者"的角色，永远跟在屁股后面查问题。

举个例子，我们可以这样去做"事前"监控。

建立流水线机制。流水线上如何做呢？

• Lighthouse CI 或 PageSpeed Insights API：把Lighthouse或PageSpeed Insights API集成到CI流水线中，输出报告分析。

• Puppeteer 或 Playwright：使用E2E自动化测试工具集成到流水线模拟用户操作，得到Chrome Trace Files，也就是我们平常录制Performance后，点击左上角下载的文件。Puppeteer和Playwright底层都是基于Chrome DevTools Protocol。

• Chrome Trace Files：根据规则分析Trace文件，可以得到每个函数执行的时间。如果函数执行时间超过了一个临界值，可以抛出异常。如果一个函数每次的执行时间都超过了临界值，那么就值得注意了。但是还有一点需要思考的是：函数执行的时间是否超过临界值固然重要，但更重要的是这是不是用户的输入响应函数，与用户体验是否有关。

（图片来自Flo Sloot的Jank: You can measure what your users can feel.）

• 输出报告。定义异常临界值。如果异常过多，考虑是否卡发布流程。

7. 总结

终于到了我们的总结部分。 我们来回顾一下前面的内容：

第一部分，讲了浏览器整体架构和渲染相关进程，为什么把这个章节也放到这篇性能优化的文章中？浏览器对于我们前端开发来说，是一个sandbox或者darkbox。我们知道js、html、css结合起来就能实现我们的需求，但如果知道它是如何去渲染、执行、处理我们的代码，不管是对做需求还是性能优化，都能更知其然和所以然。

第二部分，雅虎军规是多年前提出的非常经典的优化建议。至今对于我们依然有很强的指导作用。你会发现它是从页面加载、页面渲染、到页面交互全面的一个指导建议。与今天Chrome和W3c提出的Web Vitals思路依然类似。

第三部分，性能指标，参考标准与业内标杆的建议，能更好地指导我们进行优化。

第四部分，性能工具。工欲善其事，必先利其器。这个道理大家都懂，运用好工具，才能让我们更加事半功倍。

第五部分，以滑动性能优化为例子，让我们意识到理解原理(读书)的重要性。运用知识->结合工具->发现问题->发现本质问题->解决本质问题。

第六部分，监控在性能优化中占很重要的部分，"事前"监控更重要，防患于未然。让性能优化成为一个预防者而不是追赶者。

罗里吧嗦说了很多，当然还有很多性能优化的细节没有讲到，如果有错误的地方欢迎指正。或者有什么好方法好建议也强烈欢迎私聊交流一下～

参考文章： web.dev/learn-web-v…

developers.google.com/web/updates…

aerotwist.com/blog/the-an…

www.chromium.org/developers/…

medium.com/punching-pe…