Web优化躬行记（2）——JavaScript

一、语言

1）慎用全局变量

　　当变量暴露在全局作用域中时，由于全局作用域比较复杂，因此查找会比较慢。

　　并且还有可能污染window对象，覆盖之前所赋的值，发生意想不到的错误。

0 == ''     //true
0 == '0'    //false

3）简写

　　简写的方式很多，此处只会列举其中的几种，例如用三目运算替代if-else语句，或用&&或||符号替代条件语句。

if (count > 1) {
  ++a;
} else {
  --a;
}
// 简写
count > 1 ? (++a) : (--a);

if (count) {
  ++a;
}
// 简写
count && (++a)

　　利用ES6语法，可以用解构赋值，简洁明了。还有些小技巧包括用箭头函数表示回调，块级作用域变量等。

const { count } = obj;

　　关于去除数组中的重复数，可以采用ES6最新的Set数据结构。

Array.from(new Set(arr));

4）减少魔法数

　　魔法数是指意义不明的常量，例如直接在代码中使用一个数字1，其判断条件令人费解。

if(type == 1) { }

　　而如果将该数字赋给一个语义化的常量后，就能明确其意图。

const ERROR_TYPE = 1;
if(type == ERROR_TYPE) { }

5）位运算

　　用位运算取代纯数学操作，例如对2取模（digit%2）判断偶数与奇数。

if (digit & 1) {
  // 奇数（odd）
} else {
  // 偶数（even）
}

　　位掩码技术，使用单个数字的每一位来判断选项是否成立。掩码中每个选项的值都是2的幂。

var OPTION_A = 1, OPTION_B = 2, OPTION_C = 4, OPTION_D = 8, OPTION_E = 16;
//用按位或运算创建一个数字来包含多个设置选项
var options = OPTION_A | OPTION_C | OPTION_D;
//接下来可以用按位与操作来判断给定的选项是否可用
//选项A是否在列表中
if(options & OPTION_A) {
  //...
}

　　用按位左移（<<）做乘法，用按位右移做除法（>>），例如digit*2可以替换成digit<<2。

6）字符串拼接

　　除了使用加号（+）或加等（+=）实现字符串拼接之外，还可以使用数组的join()和字符串的concat()方法。

["strick", "jane"].join("");
"strick".concat("jane");

　　ES6提供的模板字面量是一种能够嵌入表达式的格式化字符串，也可以用来做字符串拼接。

str = "My name is \"" + name + "\". M y age is " + age + ".";       //传统拼接方式
str = `My name is "${name}". My age is ${age}.`;        　　　　     //模板字面量方式

7）正则优化

　　正则优化包括：

　　1. 减少分支数量，缩小分支范围；

　　2. 使用非捕获数组；

　　3. 只捕获感兴趣的文本以减少后期处理；

　　4. 使用合适的量词；

　　5. 化繁为简，分解复杂的正则。

8）惰性模式

　　惰性模式用于减少每次代码执行时的重复性分支判断，通过对对象重定义来屏蔽原对象中的分支判断。

　　惰性模式分为两种：第一种文件加载后立即执行对象方法来重定义，第二种是当第一次使用方法对象时来重定义。

var A = {};
//加载时 损失性能 第一次加载时 不损失性能
A.on = (function (dom, type, fn) {
  if (dom.addEventListener) {
    return function (dom, type, fn) {
      dom.addEventListener(type, fn, false);
    };
  } else if (dom.attachEvent) {
    return function (dom, type, fn) {
      dom.attachEvent("on" + type, fn);
    };
  } else {
    return function (dom, type, fn) {
      dom["on" + type] = fn;
    };
  }
})();
//加载时 不损失性能 第一次加载时 损失性能
A.on = function (dom, type, fn) {
  if (dom.addEventListener) {
    A.on = function (dom, type, fn) {
      dom.addEventListener(type, fn, false);
    };
  } else if (dom.attachEvent) {
    A.on = function (dom, type, fn) {
      dom.attachEvent("on" + type, fn);
    };
  } else {
    A.on = function (dom, type, fn) {
      dom["on" + type] = fn;
    };
  }
  //执行重定义on方法
  A.on(dom, type, fn);
};

9）使用缓存

　　当执行for循环时，需要读取数组的长度，可以事先做缓存。

for (let i = 0, len = arr.length; i < len; i++) {}

　　或者在事件处理程序或对象方法中缓存this指向。

var obj = {
  name: function () {
    let self = this;
  }
};
btn.addEventListener("click", function(event) {
  let self = this;
}, false);

10）记忆函数

　　记忆函数是指能够缓存先前计算结果的函数，避免重复执行不必要的复杂计算，是一种用空间换时间的编程技巧。

　　具体的实施可以有多种写法，例如创建一个缓存对象，每次将计算条件作为对象的属性名，计算结果作为对象的属性值。

　　下面的代码用于判断某个数是否是质数（质数又叫素数，是指一个大于1的自然数，除了1和它本身外，不能被其它自然数整除的数），在每次计算完成后，就将计算结果缓存到函数的自有属性digits内。

function prime(number) {
  if (!prime.digits) {
    prime.digits = {};     //缓存对象
  }
  if (prime.digits[number] !== undefined) {
    return prime.digits[number];
  }
  var isPrime = false;
  for (var i = 2; i < number; i++) {
    if (number % i == 0) {
      isPrime = false;
      break;
    }
  }
  if (i == number) {
    isPrime = true;
  }
  return (prime.digits[number] = isPrime);
}
prime(87);
prime(17);
console.log(prime.digits[87]);     //false
console.log(prime.digits[17]);     //true

11）闭包

　　通常来说，函数的活动对象会随着执行环境一同销毁。但引入闭包时，由于引用仍然存在于闭包的作用域中，因此对象无法被销毁。

function outter(count) {
  count++;
  // 闭包
  function inner() {
    return count + 1;
  }
  return inner();
}

　　这意味着闭包需要更多的内存开销。在脚本编程中，要小心地使用闭包。

　　推荐将跨作用域的变量存储到一个局部变量中，然后直接访问该局部变量，如下所示，将count作为参数传递给inner()函数。

function outter(count) {
  count++;
  // 闭包
  function inner(count) {
    return count + 1;
  }
  return inner(count);
}

12）节流和去抖动

　　节流（throttle）是指预先设定一个执行周期，当调用动作的时刻大于等于执行周期则执行该动作，然后进入下一个新周期。适用于mousemove事件、window对象的resize和scroll事件。

function throttle(fn, wait) {
  let start = 0;
  return () => {
    const now = +new Date();
    if (now - start > wait) {
      fn();
      start = now;
    }
  };
}

　　去抖动（debounce）是指当调用动作n毫秒后，才会执行该动作，若在这n毫秒内又调用此动作则将重新计算执行时间。适用于文本输入的keydown事件，keyup事件，做autocomplete等。

function debounce(fn, wait) {
  let start = null;
  return () => {
    clearTimeout(start);
    start = setTimeout(fn, wait);
  };
}

　　节流与去抖动最大的不同的地方就是在计算最后执行时间的方式上。著名的开源工具库underscore中有内置了两个方法。

二、应用

1）合理放置脚本

　　脚本会阻塞页面渲染，直至全部下载并执行完成后，页面渲染才会继续。浏览器在解析到body元素之前，不会渲染页面的任何部分。

　　把脚本放在页面顶部会导致明显的延迟，通常表现为空白页面。因此推荐将所有script元素尽可能放到body元素底部。

2）无阻塞脚本

　　为了解决阻塞的问题，script元素新增了两个布尔属性，分别是延迟（defer）和异步（async）。

　　1. defer：延迟脚本执行，直到文档解析完成。

　　2. async：尽快执行脚本，不会阻塞文档解析。

<script src="scripts/jquery.js" defer></script>
<script src="scripts/jquery.js" async></script>

3）动态脚本

　　用JavaScript动态创建script元素，文件的下载和执行过程不会阻塞页面其它进程。

var hm = document.createElement("script");
hm.src = "//www.pwstrick.com/hm.js";
var s = document.getElementsByTagName("script")[0];
s.parentNode.insertBefore(hm, s);

4）图像上传

　　在上传图像时，可将其转换成Base64，相当于将图像做成字符串传送到后台。在下面的示例中用到了FileReader对象。

var reader = new FileReader();
reader.readAsDataURL(file);
reader.onload = function(e) {
  var img = new Image();
  img.src = this.result;
  console.log(this.result);
};

　　注意，Base64图像会比原图要大。

5）原生方法

　　JavaScript引擎提供的原生方法总是最快的。因为原生方法存在于浏览器中，并且都是用低级语言编写的。

　　这意味着它们会被编译成机器码，成为浏览器的一部分，不会像自己写的JavaScript代码那样受到各种限制。

　　CSS查询被JavaScript原生支持并被jQuery发扬光大。jQuery的选择器引擎虽然很快，但是仍然比原生方法慢。

　　推荐使用原生的querySelector和querySelectorAll()作为选择器。

6）本地缓存

　　在HTML5的本地缓存出现之前，都喜欢用cookie缓存数据。但cookie数据量只有4KB左右，并且每次都会携带在HTTP首部中，如果使用cookie保存过多数据会带来性能问题。

　　而localStorage和sessionStorage数据量一般在2.5M到10M之间（大部分是5M），并且不参与和服务器之间的通信，因此比较容易实现网页或应用的离线化。

7）重排和重绘

　　当DOM的变化影响了元素的几何属性（宽和高）将会发生重排（reflow），发生重排的情况如下所列。

　　1. 添加或删除可见的DOM元素

　　2. 元素位置改变

　　3. 元素尺寸改变（包括外边距、内边距、边框宽度、宽、高等属性）

　　4. 内容改变，例如文本改变或图片被不同尺寸的替换掉。

　　5. 页面渲染器初始化。

　　6. 浏览器窗口尺寸改变。

　　完成重排后，浏览器会重新绘制受影响的部分到屏幕中，此过程为重绘（repaint）。

　　下面代码看上去会重排3次，但其实只会重排1次，大多数浏览器通过队列化修改和批量显示优化重排版过程。

//渲染树变化的排队和刷新
var ele = document.getElementById('myDiv');
ele.style.borderLeft = '1px';
ele.style.borderRight = '2px';
ele.style.padding = '5px';

　　但下列操作将会强迫队列刷新并要求所有计划改变的部分立刻应用：

offsetTop, offsetLeft, offsetWidth, offsetHeight
scrollTop, scrollLeft, scrollWidth, scrollHeight
clientTop, clientLeft, clientWidth, clientHeight
getComputedStyle() (currentStyle in IE)（在 IE 中此函数称为 currentStyle） 

　　像offsetHeight属性需要返回最新的布局信息，因此浏览器不得不执行渲染队列中的“待处理变化”并触发重排以返回正确的值。

　　最小化重绘和重排的方式有两种：

　　1. cssText和class，cssText可以一次设置多个CSS属性。class也可以一次性设置，并且更清晰，更易于维护，但有前提条件，就是不依赖于运行逻辑和计算的情况。

　　2. 批量修改DOM，包括隐藏元素display:none，修改后重新显示display:block；使用文档片段fragment，在片段上操作节点，再拷贝回文档；将原始元素拷贝到一个脱离文档的节点中（例如position:absolute），修改副本，完成后再替换原始元素。

8）定时器

　　为了不让一些复杂的JavaScript任务阻塞线程，就需要将其让出线程的控制权，即停止执行，可以通过定时器实现。

　　当函数运行时间太长时，可以把它拆分成一系列更小的步骤，把每个独立的方法放到定时器中回调，如下所示，其中arguments.callee是指当前正在执行的函数。

let tasks = [openDocumnet, writeText, closeDocument, updateUI];
setTimeout(function() {
  //执行下一个任务
  let task = tasks.shift();
  task();
  //检查是否还有其他任务
  if (tasks.length > 0) {
    setTimeout(arguments.callee, 25);
  }
}, 25);

9）动画

　　JavaScript早期的动画是用定时器实现的，但随着浏览器功能的不断完善，出现了一种更新、性能更高的方法：requestAnimationFrame()。

　　requestAnimationFrame()会在重绘之前更新下一帧的动画，注意，回调函数自身必须再次调用requestAnimationFrame()，如下所示。

function step(timestamp) {
  var progress = timestamp - start;
  element.style.left = Math.min(progress / 10, 200) + 'px';
  if (progress < 2000) {
    window.requestAnimationFrame(step);
  }
}
window.requestAnimationFrame(step);

10）Ajax

　　最快的Ajax请求是没有请求，即避免发送不必要的请求，例如：

　　1. 在服务端，设置HTTP首部信息以确保响应会被浏览器缓存。

　　2. 在客户端，把获取到的信息缓存到本地。

　　其它加速Ajax的技术包括：

　　1. 数据格式采用轻量级的JSON，解析速度快，通用性与XML相当。

　　2. 缩短页面加载时间，主要内容加载后，再用Ajax获取次要文件。

　　3. 确保代码的健壮性，错误不会输出给用户。

11）DOMContentLoaded

　　当初始的HTML文档被完全加载和解析完成之后，DOMContentLoaded事件被触发，而无需等待样式表、图像等资源的完全加载。

document.addEventListener("DOMContentLoaded", function() { }, false);

　　另一个load事件应该仅用于检测一个完全加载的页面。

　　注意，DOMContentLoaded事件必须等待其所属script之前的样式表加载解析完成后才会触发。

12）事件委托

　　事件委托（event delegation）是一种提高程序性能、降低内存空间的技术手段，它利用了事件冒泡的特性，只需在某个祖先元素上注册一个事件，就能管理其所有后代元素上同一类型的事件。

　　通过事件对象的target属性，就能分辨出当前运行在哪个事件目标上，如下所示。

container.addEventListener("click", function(event) {
  event.target;
}, false);

　　使用委托后就能避免对容器中的每个子元素注册事件，并且如果在容器中动态添加子元素，新加入的子元素也能使用容器元素上注册的事件，而不用再单独绑定一次事件处理程序。

13）SSR

　　服务器端渲染（SSR）是指将单页应用（SPA）在服务器端渲染成HTML片段，发送到浏览器，然后交由浏览器为其绑定状态与事件，成为完全可交互页面的过程。

　　其优点是：

　　1. 更快的首屏加载速度，无需等待JavaScript完成下载且执行之后才显示内容。

　　2. 更友好的SEO，爬虫可以直接抓取渲染之后的页面。

14）MVVM

　　MVVM模式是指视图和数据之间的双向互通，视图的修改会反映给数据，反之亦然。

　　目前市面上许多库和框架都会采用MVVM模式的思想，其提升的并不在于性能，而是开发效率，鼓励开发者操作数据更新视图，由库或框架最低限度的操作DOM，减少回流。

15）虚拟DOM

　　虚拟DOM（Virtual DOM）是构建在真实DOM之上的一层抽象，它将DOM元素映射成内存中的JavaScript对象（即通过React.createElement()得到的React元素），形成一棵JavaScript对象树。

　　虚拟DOM与模板引擎有些相似，将多次的DOM操作先在映射的JavaScript对象中处理，再将该对象一次性挂载到真实的DOM树上，避免因浏览器重排导致的大量无用计算。

　　同构应用也是基于虚拟DOM实现的，虚拟DOM的思想还可应用于其它方面，例如JavaScript录像回放。

三、HTML5

1）history

　　浏览器中的历史浏览记录就像一堆层叠的卡片，在HTML4中，可以使用window.history对象来控制历史记录的跳转。

　　HTML5引进了history.pushState()方法和history.replaceState()方法，允许逐条地添加和修改历史记录条目。这些方法可以协同window.onpopstate事件一起工作。

　　利用全新的history对象，就能让Ajax就像重定向到新页面一样，拥有能够返回上一页或进入下一页的功能。

2）Web Worker

　　Web Worker可以在主线程（通常是UI线程）之外运行代码，当在独立线程中执行费时的任务时，就能避免主线程被阻塞。

　　注意，由于Web Worker没有绑定UI线程，因此它们不能访问浏览器的许多资源，例如从外部线程修改DOM会导致界面出现错误。

　　由于Web Worker有着不同的全局运行环境，因此需要创建一个完全独立的JavaScript文件，其中包含了需要在Worker中运行的代码。

　　例如下面的code.js，其中message事件用于接收信息，postMessage()方法用于发送信息。

var worker = new Worker("code.js");
worker.onmessage = function (event) {
  console.log(event.data);        //"hello strick"
};
worker.postMessage("strick");

// code.js的内部代码
self.onmessage = function (event) {
  var text = `hello ${event.data}`;
  self.postMessage(text);
};

　　Worker通过importScripts()方法加载外部JavaScript文件，它的调用过程是阻塞式的，直到所有文件加载并执行完成之后，脚本才会继续运行。注意，不会影响UI响应。

importScripts("foo1.js", foo2.js);

　　Web Worker的实际应用包括解析大JSON字符串，计算复杂数学运算（例如图像或视频处理），大数组排序，任何超过100ms的处理过程，都应该考虑Worker方案。

2）Service Worker

　　Service Worker是谷歌发起的实现PWA（Progressive Web App，渐进式Web应用）的一个关键角色，它相当于Web应用与浏览器之间的一台代理服务器。

　　Service Worker会在后台启动一条Worker线程（不能访问DOM），其工作是把一些资源缓存起来（跨域资源无法缓存），然后拦截页面的HTTPS请求，如果缓存中有，就从缓存里取，响应200，没有就走正常的请求流程。

　　Service Worker结合Web App Manifest能完成离线使用、断网时返回200、将一个图标添加到桌面上等。

3）WebAssembly

　　将繁重的计算（如Web游戏）任务抽离到WebAssembly（WASM）中，它是一种二进制指令格式，被设计为一种用高级语言（如C/C++/Rust）编译的可移植对象。

　　WebAssembly的目的并不是替代JavaScript，而是与JavaScript共存，允许两者一起工作。

　　通过使用WebAssembly的JavaScript接口，你可以把WebAssembly模块加载到一个JavaScript应用中，这样在同一个应用中就能同时享用WebAssembly的性能和JavaScript的灵活。

　　下载一个simple.wasm示例，其内容如下所示。

(module
  (func $i (import "imports" "imported_func") (param i32))
  (func (export "exported_func")
    i32.const 42
    call $i
  )
)

　　由于内部函数$i是从imports.imported_func导入的，因此需要创建一个对象来反映simple.wasm中的两级命名空间。

let importObject = {
  imports: {
    imported_func: (arg) => console.log(arg)
  }
};

　　在加载wasm文件后，使其在Array Buffer中可用，然后就可以使用导出函数了。

fetch("simple.wasm")
  .then((res) => res.arrayBuffer())
  .then((bytes) => WebAssembly.instantiate(bytes, importObject))
  .then((results) => {
    results.instance.exports.exported_func();
  });