首页 前端开发 性能优化：通用快照方案

性能优化：通用快照方案 - 阿里技术

Author: 阿里云开发者 · 分类： 前端开发 ·    2024年03月 · tags:

阿里妹导读

本文我们将探讨快照技术如何增强页面性能和用户体验，如何在业务中集成快照方案，以及我们的通用快照解决方案的技术细节。

写在前面

性能优化对于提供卓越的用户体验至关重要，钉钉终端团队特别关注用户体验。我们团队采用了一系列创新的性能优化措施，显著提升了首次有意义绘制（FMP）和首次内容绘制（FCP）的性能指标。其中，利用快照方案，结合用户的本地存储能力，我们能够进一步提高页面性能。快照方案是在完成常规手段前端优化（如优化首屏加载体积、实施懒加载、渲染优化和缓存提升等）和资源离线处理之后的又一重要步骤，旨在更迅速地向用户展示页面内容。

钉钉的 PC 工作台通过应用快照技术加速了页面渲染，并从此经验中提炼出了一个通用的快照 SDK，使得其他页面也能轻松集成此技术，从而提高其性能。不仅限于钉钉端内应用本身，同样适用于解决端外等各种场景下的性能提升需求。

接下来，我们将探讨快照技术如何增强页面性能和用户体验，如何在业务中集成快照方案，以及我们的通用快照解决方案的技术细节。

快照方案概述

快照从概念上，这个词从摄影领域借鉴而来，在计算机领域是指在某个特定时间点对系统、数据或配置状态的完整副本，而系统或程序可以利用这一份记录实现快速恢复、启动优化等。

基于快照的性能体验优化手段，主要利用了存储在客户端本地的快照
资源，加速页面速度，提升用户体验。

快照方案对前端性能提升的作用：改善首屏显示速度，减少白屏时间。

快照优点：能很好的保存每个用户千人千面的信息，并且有可能和 SSR+流式渲染结合。

使用案例和效果演示

钉钉标准 PC 工作台首页

钉钉标准 PC 工作台通过快照技术提升页面性能：

数据效果

命中快照场景的P80时间 809ms

未命中快照场景 P80 时间 2926ms

钉钉机器人管理

接入快照前后对比视频

BEFORE-无快照 页面有明显加载过程 AFTER-命中快照 页面主要内容快速渲染

数据效果

BEFORE-无快照 理论 FMP：369ms FCP：229ms AFTER-命中快照 理论 FMP：52ms FCP：169ms

快照 SDK

简介

快照技术的核心生效机制包括三个步骤：保存快照、渲染快照和移除快照。我们将这三项功能模块化并提供了配置选项，简化了其他业务的快照能力集成流程。

作用：通过配置快照的 webpack 插件，使页面自动化具备快照功能；

原理：该插件会在构建时向项目中修改 html 文件内容，插入快照功能逻辑；

可配置：支持配置快照内容和关键流程时机、分平台灰度控制能力；

自动数据场景：接入后会自动在 Feel 平台自动增加快照场景
，便于查看快照覆盖率以及进行相关性能感知。

接入指南

anpm 包：https://anpm.alibaba-inc.com/package/@ali/snapshot-dd-webpack-plugin/

安装


tnpm install @ali/snapshot-dd-webpack-plugin --save-dev 
# 或 
ayarn add @ali/snapshot-dd-webpack-plugin --dev

使用

在您的webpack配置文件中配置：

快速体验快照能力版


const SnapshotDDWebpackPlugin = require('@ali/snapshot-dd-webpack-plugin'); 

module.exports = { 
  // ... 
  plugins: [ 
    new HtmlWebpackPlugin(), 
    // 新增代码 
    new SnapshotDDWebpackPlugin()， 
  ] 
  // ... 
};
检测快照是否开启成功

1. 修改webpack配置后，tnpm start重启项目。

  1. 查看element元素中是否有id为html-snapshot的快照节点，检查其中内容是否符合预期（快照一般会在第二次打开页面才展示快照，第一次打开页面会存储快照）。

精细化调整配置版

默认配置中保存快照、展示快照、移除快照时机均为默认值，若需更加精细化效果呈现，请在配置中调整。


const SnapshotDDWebpackPlugin = require('@ali/snapshot-dd-webpack-plugin'); 

module.exports = { 
  // ... 
  plugins: [ 
    new HtmlWebpackPlugin(), 
    // 新增代码 
    new SnapshotDDWebpackPlugin({ 
      // 可选配置选项config，详细可配置项说明见下文IConfig 

      // 页面根元素id（即react全局挂载容器id），默认取dingapp 
      // rootId: 'mytestid',  

      // 默认为false，使用indexDB存储方式，核心业务可配置true使用localStorage 
      // useLocalStorage: true, 

      // 灰度配置, 仅支持钉钉端内 
      // grayConfig: { 
      //   disable: '你的general模块key', // 禁用快照开关key 
      //      mobile: 'win_snapshot_enable', 
      //      pc: 'pc_snapshot_enable', 

      //      mac: '你的general模块key', // 控制mac端能力灰度，仅在mac端生效 
      //      win: 'win_snapshot_enable', // 控制win端能力灰度，仅在win端生效 

      //      android: 'win_snapshot_enable', // 控制android端能力灰度，仅在android端生效 
      //      ios: 'win_snapshot_enable', // 控制ios端能力灰度，仅在ios端生效 
      // }, 

      // 自定义处理快照内容，将以该方法返回的内容作为页面快照内容 
      // handleSnapshotHtml: (data) => '<div>test</div>', 

      // 快照内容替换，可配置对快照做微调处理：挖空、替换可能发生改变产生闪烁的元素 
      // snapshotSlotContentMap: { 
      //   '.dtm-button-secondary': `<div class="xxx"></div>`, 
      // }, 

      // 保存快照成功回调，可进行埋点等操作 
      // takeSnapShotCallback: (data) => console.log('takeSnapShotCallback data:', data), 

      // 快照时机，默认onload之后100ms 
      // takeSnapShotDelay: 1000, 

      // 配置检测到该元素上屏时，执行隐藏快照逻辑，例如'.your-class #yourId' 
      // hideSnapshotSelector: '.dtm-button-secondary', 

      // 移除快照成功回调，可进行埋点等操作 
      // hideSnapShotCallback: (data) => console.log('hideSnapShotCallback data:', data), 

      // 未配置hideSnapshotSelector时，会自动检测 FCP后2s 隐藏快照，配置隐藏的delay时间 

      // 未配置hideSnapshotSelector时，会自动检测 FCP后2s 隐藏快照，配置隐藏的delay时间 
      // hideSnapShotFCPDelay: 2000, 

      // 配置不支持自动FCP的delay隐藏时间，默认3s 
      // hideSnapShotNotSupportFCPDelay: 2000, 

      // debug模式配置，debug模式会有更多log打点 
      // debug: true, 
    }) 
  ] 
  // ... 
};
可配置项IConfig

interface IConfig { 
    // 页面根元素id（即react全局挂载容器id），默认取dingapp，若非dingapp，请指定 
    rootId?: string; 
    // 默认为false，使用indexDB存储方式，核心业务可配置true使用localStorage 
    useLocalStorage?: boolean; 
    // 灰度配置, 仅支持钉钉端内 
    grayConfig?: { 
        disable?: string; // 禁用快照 
        pc?: string; // 控制PC端能力灰度，仅在PC端生效 
        mobile?: string; // 控制移动端能力灰度，仅在移动端生效 
        android?: string; // 控制android端能力灰度，仅在android端生效 
        ios?: string; // 控制ios端能力灰度，仅在ios端生效 
        mac?: string; // 控制mac端能力灰度，仅在mac端生效 
        win?: string; // 控制win端能力灰度，仅在win端生效 
    } 

    // 自定义处理快照内容，将以该方法返回的内容作为页面快照内容 
    handleSnapshotHtml?: string; // (html: string) => string; 

    // 快照内容替换，可配置对快照做微调处理：挖空、替换可能发生改变产生闪烁的元素 
    snapshotSlotContentMap?: { 
        [querySelector: string]: string; // key为任意selector，value为HTML内容的字符串表示 
    }; 
    // 保存快照成功回调，可进行埋点等操作 
    takeSnapShotCallback?: string; // (html?: string) => void; 
    // 快照时机，默认onload之后100ms 
    takeSnapShotDelay?: number; 

    // 配置检测到该元素上屏时，执行隐藏快照逻辑，例如'.your-class #yourId' 
    hideSnapshotSelector?: string; 
    // 移除快照成功回调，可进行埋点等操作 
    hideSnapShotCallback?: string; // () => void; 

    // 未配置hideSnapshotSelector时，会自动检测 FCP后2s 隐藏快照，配置隐藏的delay时间 
    hideSnapShotFCPDelay?: number; 
    // 配置不支持自动FCP的delay隐藏时间，默认3s 
    hideSnapShotNotSupportFCPDelay?: number; 

    // debug模式配置，debug模式会有更多log打点 
    debug?: boolean; 
}
灰度开关配置

注意：目前依赖钉钉 JSAPI， 仅支持钉钉端内


grayConfig?: { 
    disable?: string; // 禁用快照 
    pc?: string; // 控制PC端能力灰度，仅在PC端生效 
    mobile?: string; // 控制移动端能力灰度，仅在移动端生效 
    android?: string; // 控制android端能力灰度，仅在android端生效 
    ios?: string; // 控制ios端能力灰度，仅在ios端生效 
    mac?: string; // 控制mac端能力灰度，仅在mac端生效 
    win?: string; // 控制win端能力灰度，仅在win端生效 
}

请在钉钉gray平台创建general模块的key，可选以下纬度按需配置灰度key 。
1、【可选】禁用快照开关，不区分设备，优先级最高，默认值为false，灰度到的用户值为true，则无法使用快照 ；
2、【可选】按照平台类型建立的灰度key，用于灰度，可按照PC、移动端、Mac、Win、Android、iOS纬度进行灰度；

自定义用法

SDK 支持透出takeSnapshot 、removeSnapshot 方法，业务在项目中自行调用。

注意事项

  1. 请确保您的webpack配置文件中，HtmlWebpackPlugin已经配置好，否则快照功能无法生效；
  2. 请确保您的项目中，页面根元素id若非dingapp，请在配置中指定您的rootId，否则快照功能无法生效；
  3. 请确保您的项目中，将css以内联<style>形式打包到html中已经配置好，否则快照功能中样式可能错乱；
  4. 默认配置中保存快照、展示快照、移除快照时机均为默认值，若需更加精细化效果呈现，请在配置中调整；

实现方案

我们先一起回顾下

快照的作用是什么？

快照机制极大缩短了用户等待JavaScript资源加载并解析后页面完成渲染的时间。通过采取这样一种在 HTML 中尽早渲染快照的策略，我们能够优化页面的加载过程，提前页面的内容渲染，减少用户等待的白屏时间。

1 工作原理

  • 生成快照：把页面中关键元素的数据缓存到本地存储
  • 展示快照：页面加载过程中，从本地存储中提取出之前保存的快照，并将其作为临时的DOM覆盖在实际页面之上
  • 移除快照：当页面的真实DOM渲染完毕，移除上层的DOM快照，让用户得以看到最新渲染的页面内容

Step1 生成快照

把页面中关键元素的数据缓存到本地存储。

什么时候生成快照？

一般情况下，在页面渲染完成之后，即页面 onload 。

关键元素

快照的内容包括页面哪些部分？

对于首屏内容多变的场景，可以只对页面中每次基本不变的部分进行快照，使首屏部分内容实现秒出的同时避免快照闪烁。对于页面中一些不适合快照的部分，可以选择挖空或者替换为骨架屏的方式。

数据

快照内容是什么形式？

快照内容可以是两种：HTML 或图片，因 HTML 形式具备便于数据处理，并且可拓展性强的优点，采用 HTML 形式

快照形式内容对比

本地存储

生成的快照存放在哪里？

考虑到端内各业务在同一域名下共用 localStorage 内存，在快照 SDK 中默认将放在 indexDB 中，支持通过配置项使用 localStorage。（配置项中通过传入 useLocalStorage 参数控制）

考虑到 indexDB 空间够用，故没有使用磁盘。

✅ localStorage

✅ indexDB

  • 磁盘
存储位置对比
存储方式 存储速度 存储空间 适用场景
localStorage 较快 约 5MB 存储简单数据或需要快速读写
indexDB 较慢 250MB 以上 需要存储大量结构化数据或需要进行复杂数据操作
磁盘 较慢 大（取决于用户磁盘） 端内支持调用 jsapi 场景
ServiceWorker 兼容性问题？

Step2 展示快照

什么时候展示快照？

在 HTML 中尽早展示快照逻辑。SDK 中会将展示逻辑插入到<body>内 dom 节点之后，建议接入快照后，把 html 内容中快照逻辑前的逻辑（加载脚本等）后置。

Step3 移除快照

什么时候隐藏快照？

在页面的真实 DOM 渲染完成时，实现快照和真实页面的无缝衔接

快照 SDK 效果

自动完成快照三个功能的注入

<p></p>

        <script> 
            // 增加参数传递部分 
            window.__DD_SNAPSHOT_CONFIG__ = { 
                "rootId": "Root", 
                "debug": true, 
                "useLocalStorage": true 
            } 
</script> 

        <div id="html-snapshot" style="position: absolute; left: 0; right: 0; top: 0; z-index: 9999999;"></div> 
        <script> 
            // 快照展示逻辑 
            !async function() { 
                const n = function() { 
                    const n = new URL(window.location.href) 
                      , {pathname: t, search: e, hash: o} = n; 
                    let a = e; 
                    e.startsWith("?") && (a = e.substring(1)); 
                    const r = new URLSearchParams(a) 
                      , s = []; 
                    for (const [n,t] of r) 
                        !["dd_mini_app_id", "pc_slide", "dd_darkmode", "dd_progress", "dtaction"].includes(n) && s.push(t); 
                    const i = [t.replace(/.html$/, ""), s.join("_"), o].filter((n=>n)).join("-").replace(/[^a-zA-Z0-9-]/g, "_"); 
                    return window.__ddSnapshotKey = `ddSnapshotKey_${i}`, 
                    window.__ddSnapshotKey 
                }() 
                  , t = await async function(n) { 
                    let t; 
                    return t = window.__DD_SNAPSHOT_CONFIG__ && window.__DD_SNAPSHOT_CONFIG__.useLocalStorage ? localStorage.getItem(n) : await async function(n) { 
                        try { 
                            const t = await function(n, t, e) { 
                                return new Promise(((n,o)=>{ 
                                    const a = indexedDB.open("SnapshotDatabase8"); 
                                    a.onerror = n=>{ 
                                        o("数据库打开失败") 
                                    } 
                                    , 
                                    a.onsuccess = a=>{ 
                                        const r = a.target.result.transaction(t, "readonly").objectStore(t).get(e); 
                                        r.onerror = n=>{ 
                                            o("获取数据失败") 
                                        } 
                                        , 
                                        r.onsuccess = t=>{ 
                                            n(t.target.result) 
                                        } 
                                    } 
                                } 
                                )) 
                            }(0, "snapshot", n); 
                            return t 
                        } catch (n) { 
                            console.error("[snapshot]: Error while loading snapshot:", n) 
                        } 
                    }(n), 
                    t || "" 
                }(n) 
                  , e = document.getElementById("html-snapshot"); 
                if (e && t) { 
                    window.__useLocalSnapshotHtmlDD = !0; 
                    var o = (new DOMParser).parseFromString(t, "text/html").body; 
                    o.firstChild && e.appendChild(o.firstChild), 
                    window.performance && window.performance.mark && window.performance.mark("fmp_snapshot"), 
                    window.addEventListener("load", (function() { 
                        setTimeout((function() { 
                            var n = document.getElementById("html-snapshot"); 
                            n && (n.style.display = "none") 
                        } 
                        ), 1e4) 
                    } 
                    )) 
                } 
            }(); 
</script> 

        <script src="https://dev.g.alicdn.com/code/npm/@ali/snapshot-dd-webpack-plugin/1.0.0/debugSnapshot.js?t=1706019210161"></script> 
        <div id="Root"></div>

2 适用场景

快照方案适用的场景有哪些？

3 接入时机

快照方案接入的阶段？

适合在性能优化的后期阶段，此时已经完成了大量基本性能提升措施：诸如减小资源包体积、优化渲染流程、完善数据接口效率、加强缓存机制以及接入离线包技术等策略之后，适合考虑引入快照技术。

4 准确性&稳定性保障

如何保障快照的准确性？

通过以下措施保障快照内容的可控性和稳定性：

1、选取页面中多次刷新页面展示不变的部分作为快照内容；

2、对快照做微调处理：挖空、替换可能发生改变
、产生闪烁的元素/模块，例如 PC 工作台将不可预测的插件内容进行了骨架模版的替换；

接入快照是否会对业务性能有影响？

  • 根据快照逻辑测试数据，预计耗费时间不超过 20ms（参考文档 SSG 方案 5ms、工作台测试 demo18ms）；
  • 需要将 css 打包到 html 内，假如首屏 css 文件体积很大，建议结合离线包方案使用；

异常边界：真实页面加载失败了怎么办？

对展示快照的时间设置一个展示的兜底时间，如果展示时间达到上限时，首屏仍然没有渲染成功，那么快照将直接隐藏。然后

1、展示页面的真实加载失败的情况。

2、进一步优化：展示快照部分的 HTML 结构

稳定性保障怎么做？

  • 做好四端设备/不同机型/不同系统的测试：不同机型、系统表现可能会有不同。例如工作台的快照在 mac 端低系统版本会有一个上屏时间检测异常的 bug。
  • 分设备能力灰度，灰度观察时间适当放长，灰度过程观察是否符合预期。

如何预防安全风险？

  • 存储快照时只存储页面的 dom 结构。
  • 展示快照时，避免用户本地的快照内容被篡改，会过滤 script 标签，仅展示 dom 结构部分。

5 优点和限制

快照手段的优点是什么？

1、 利用用户的本地缓存，无额外服务器成本。

2、 快照能很好的保存用户千人千面的信息，相比统一骨架屏，具备适配千人千面的能力。
3、 快照手段可以是对 SSR、CSR 或离线包等端侧性能优化手段的补充。

快照的限制是什么？

快照缓存的生效前提是二次访问，重复访问率较高的页面快照覆盖率高，效果会明显一些。

下一步展望

1 效果优化

覆盖率提升

目前PC工作台的快照命中率在82%左右，ACTION 是如何提升覆盖率。

首屏渲染提升

快照内容优化：保存快照时计算组件高度，仅保存&展示首屏内容，加速快照真实上屏时间。

2 方案优化

为了进一步提高页面加载速度和用户体验，我们可以对基于快照的展示方案进行以下优化：

  • 快照作为页面框架: 我们将快照HTML作为基础框架存储在客户端本地。在页面加载时，这一框架被迅速从本地存储中取出并渲染，为用户提供初步的页面结构。
  • 数据注入优化: 利用本地缓存的首页schema数据，我们可以对快照框架进行必要的调整和数据填充。这个过程中，难点在于确保业务改造的成本与复杂度之间的平衡。
  • 渐进式增量渲染: 在JavaScript资源加载并执行后，我们继续“注水”，即将剩余的数据和内容注入到快照框架中，完成页面的最终渲染。
与原有方案相比，此优化策略的关键在于，从本地存储中提取的快照不只是作为临时覆盖层来加速页面展示，而是作为实际页面的起始点，随后通过增量更新实现完整同构渲染。
此方法与服务器端生成静态页面(SSG)的差异在于，HTML模板的生成转移到了客户端，而不是在服务器端处理。这种做法有效地利用了客户端的本地缓存能力，不仅减少了服务器的负载，还可能降低数据传输量，从而提高了整体的页面加载性能。

方案对比

4