)網頁加速的14條最佳化法則

譯自：http://developer.yahoo.com/performance/rules.html

最近，YouMonitor.Us在做Web應用效能最佳化，在網上發現了文章High Performance Web Sites: The Importance of Front-End Performance，感覺其14條最佳化法則很實用，操作性很強。因此翻譯出來，供大家參考。

Web應用效能最佳化黃金法則：先最佳化前端程式(front-end)的效能，因為這是80%或以上的終端使用者回應時間的花費所在。

法則1. 減少HTTP請求次數

80%的終端使用者回應時間花在前端程式上，而其大部分時間則花在各種頁面元素，像、樣式表、指令碼和Flash等，的下載上。減少頁面元素將會減少HTTP請求次數。這是快速顯示頁面的關鍵所在。

一種減少頁面元素個數的方法是簡化頁面設計。但是否存在其他方式，能做到既有豐富內容，又能獲得快速回應時間呢？以下是這樣一些技術：

Image maps組合多個圖片到一張圖片中。總檔案大小變化不大，但減少了HTTP請求次數從而加快了頁面顯示速度。該方式只適合圖片連續的情況；同時座標的定義是煩人又容易出錯的工作。

CSS Sprites是更好的方法。它可以組合頁面中的圖片到單個檔案中，並使用CSS的background-image和background-position屬性來現實所需的部分圖片。

Inline images使用data: URL scheme來在頁面中內嵌圖片。這將增大HTML檔案的大小。組合inline images到你的（緩衝）樣式表是既能較少HTTP請求，又能避免加大HTML檔案大小的方法。

Combined files通過組合多個指令檔到單一檔案來減少HTTP請求次數。樣式表也可採用類似方法處理。這個方法雖然簡單，但沒有得到大規模的使用。10大美國網站每頁平均有7個指令檔和2個樣式表。當頁面之間指令碼和樣式表變化很大時，該方式將遇到很大的挑戰，但如果做到的話，將能加快回應時間。

減少HTTP請求次數是效能最佳化的起點。這最提高首次訪問的效率起到很重要的作用。據Tenni Theurer的文章Browser Cache Usage - Exposed!描述，40-60%的日常訪問是首次訪問，因此為首次訪問者加快頁面訪問速度是使用者體驗的關鍵。

法則2. 使用CDN(Content Delivery Network, 內容分髮網絡)

使用者離web server的遠近對回應時間也有很大影響。從使用者角度看，把內容部署到多個地理位置分散的伺服器上將有效提高頁面裝載速度。但是該從哪裡開始呢？

作為實現內容地理分布的第一步，不要試圖重構web應用以適應分布架構。改變架構將導致多個週期性任務，如同步session狀態，在多個server之間複製資料庫交易。這樣縮短使用者與內容距離的嘗試可能被應用架構改版所延遲，或阻止。

我們還記得80-90%的終端使用者回應時間花在下載頁面中的各種元素上，像檔案、樣式表、指令碼和Flash等。與其花在重構系統這個困難的任務上，還不如先分布靜態內容。這不僅能大大減少回應時間，而且由於CDN的存在，分布靜態內容非常容易實現。

CDN是地理上分布的web server的集合，用於更高效地發布內容。通常基於網路遠近來選擇給具體使用者服務的web server。

一些大型網站擁有自己的CDN，但是使用如Akamai Technologies, Mirror Image Internet, 或 Limelight Networks等CDN服務提供者的服務將是划算的。在Yahoo!把靜態內容分布到CDN減少了使用者影響時間20%或更多。切換到CDN的代碼修改工作是很容易的，但能達到提高網站的速度。

法則3. 增加Expires Header

網頁內容正變得越來越豐富，這意味著更多的指令檔、樣式表、影像檔和Flash。首次訪問者將不得不面臨多次HTTP請求，但通過使用Expires header，您可以在用戶端緩衝這些元素。這在後續訪問中避免了不必要的HTTP請求。Expires header最常用於影像檔，但是它也應該用於指令檔、樣式表和Flash。

瀏覽器（和代理）使用緩衝來減少HTTP請求的次數和大小，使得網頁加速裝載。Web server通過Expires header告訴用戶端一個元素可以緩衝的時間長度。

如果伺服器是Apache的話，您可以使用ExpiresDefault基於當期日期來設定到期日期，如：

ExpiresDefault “access plus 10 years” 設定到期時間為從請求時間開始計算的10年。

請記住，如果使用超長的到期時間，則當內容改變時，您必須修改檔案名稱。在Yahoo!我們經常把改名作為release的一個步驟：版本號碼內嵌在檔案名稱中，如yahoo_2.0.6.js。

法則4. 壓縮頁面元素

通過壓縮HTTP響應內容可減少頁面回應時間。從HTTP/1.1開始，web用戶端在HTTP請求中通過Accept-Encoding頭來表明支援的壓縮類型，如：

Accept-Encoding: gzip, deflate.

如果Web server檢查到Accept-Encoding頭，它會使用用戶端支援的方法來壓縮HTTP響應，會設定Content-Encoding頭，如：Content-Encoding: gzip。

Gzip是目前最流行及有效壓縮方法。其他的方式如deflate，但它效果較差，也不夠流行。通過Gzip，內容一般可減少70%。如果是Apache，在1.3版本下需使用mod_gzip模組，而在2.x版本下，則需使用mod_deflate。

Web server根據檔案類型來決定是否壓縮。大部分網站對HTML檔案進行壓縮。但對指令檔和樣式表進行壓縮也是值得的。實際上，對包括XML和JSON在內的任務文本資訊進行壓縮都是值得的。影像檔和PDF檔案不應該被壓縮，因為它們本來就是壓縮格式儲存的。對它們進行壓縮，不但浪費CPU，而且還可能增加檔案的大小。

因此，對盡量多的檔案類型進行壓縮是一種減少頁面大小和提高使用者體驗的簡便方法。

法則5. 把樣式表放在頭上

我們發現把樣式表移到HEAD部分可以提高介面載入速度，因此這使得頁面元素可以順序顯示。

在很多瀏覽器下，如IE，把樣式表放在document的底部的問題在於它禁止了網頁內容的順序顯示。瀏覽器阻止顯示以免重畫頁面元素，那使用者只能看到空白頁了。Firefox不會阻止顯示，但這意味著當樣式表下載後，有些頁面元素可能需要重畫，這導致閃爍問題。

HTML規範明確要求樣式表被定義在HEAD中，因此，為避免空白螢幕或閃爍問題，最好的辦法是遵循HTML規範，把樣式表放在HEAD中。

法則6. 把指令檔放在底部

與樣式檔案一樣，我們需要注意指令檔的位置。我們需盡量把它們放在頁面的底部，這樣一方面能順序顯示，另方面可達到最大的並行下載。

瀏覽器會阻塞顯示直到樣式表下載完畢，因此我們需要把樣式表放在HEAD部分。而對於指令碼來說，指令碼後面內容的順序顯示將被阻塞，因此把指令碼盡量放在底部意味著更多內容能被快速顯示。

指令碼引起的第二個問題是它阻塞並行下載數量。HTTP/1.1規範建議瀏覽器每個主機的並行下載數不超過2個。因此如果您把影像檔分布到多台機器的話，您可以達到超過2個的並行下載。但是當指令檔下載時，瀏覽器不會啟動其他的並行下載，甚至其他主機的下載也不啟動。

在某些情況下，不是很容易就能把指令碼移到底部的。如，指令碼使用document.write方法來插入頁面內容。同時可能還存在域的問題。不過在很多情況下，還是有一些方法的。

一個備選方法是使用延遲指令碼（deferred script）。DEFER屬性工作表明指令碼未包含document.write，指示瀏覽器刻繼續顯示。不幸的是，Firefox不支援DEFER屬性。在IE中，指令碼可能被順延強制，但不一定得到需要的長時間延遲。不過從另外角度來說，如果指令碼能被順延強制，那它就可以被放在底部了。

法則7. 避免CSS運算式

CSS運算式是功能強大的(同時也是危險的)用於動態設定CSS屬性的方式。IE，從版本5開始支援CSS運算式，如backgourd-color: expression((new Date()).getHours()%2?”#B8D4FF”:”#F08A00”)，即背景色每個小時切換一次。

CSS運算式的問題是其執行次數超過大部分人的期望。不僅頁面顯示和resize時計算運算式，而且當頁面滾屏，甚至當滑鼠在頁面上移動時都會重新計算運算式。

一種減少CSS運算式執行次數的方法是一次性運算式，即當第一次執行時就以明確的數值代替運算式。如果必須動態設定的話，可使用事件處理函數代替。如果您必須使用CSS運算式的話，請記住它們可能被執行上千次，從而影響頁面效能。

法則8. 把JavaScript和CSS放到外部檔案中

上述很多效能最佳化法則都基於外部檔案進行最佳化。現在，我們必須問一個問題：JavaScript和CSS應該包括在外部檔案，還是在分頁檔中？

在現實世界中，使用外部檔案會加快頁面顯示速度，因為外部檔案會被瀏覽器緩衝。如果內建JavaScript和CSS在頁面中雖然會減少HTTP請求次數，但增大了頁面的大小。另外一方面，使用外部檔案，會被瀏覽器緩衝，則頁面大小會減小，同時又不增加HTTP請求次數。

因此，一般來說，外部檔案是更可行的方式。唯一的例外是內嵌方式對首頁更有效，如Yahoo!和My Yahoo!都使用內嵌方式。一般來說，在一個session中，首頁訪問此時較少，因此內嵌方式可以取得更快的使用者回應時間。

法則9. 減少DNS查詢次數

DNS用於映射主機名稱和IP地址，一般一次解析需要20～120毫秒。為達到更高的效能，DNS解析通常被多層級地緩衝，如由ISP或區域網路維護的caching server，本地機器作業系統的緩衝（如windows上的DNS Client Service），瀏覽器。IE的預設DNS緩衝時間為30分鐘，Firefox的預設緩衝時間是1分鐘。

減少主機名稱可減少DNS查詢的次數，但可能造成並行下載數的減少。避免DNS查詢可減少回應時間，而減少並行下載數可能增加回應時間。一個可行的折中是把內容分布到至少2個，最多4個不同的主機名稱上。

法則10. 最小化JavaScript代碼

最小化JavaScript代碼指在JS代碼中刪除不必要的字元，從而降低下載時間。兩個流行的工具是JSMin 和YUI Compressor。

混淆是最小化於源碼的備選方式。象最小化一樣，它通過刪除注釋和空格來減少源碼大小，同時它還可以對代碼進行混淆處理。作為混淆的一部分，函數名和變數名被替換成短的字串，這使得代碼更緊湊，同時也更難讀，使得難於被反向工程。Dojo Compressor (ShrinkSafe)是最常見的混淆工具。

最小化是安全的、直白的過程，而混淆則更複雜，而且容易產生問題。從對美國10大網站的調查來看，通過最小化，檔案可減少21%，而混淆則可減少25%。

除了最小化外部指令檔外，內嵌的指令碼代碼也應該被最小化。即使指令碼根據法則4被壓縮後傳輸，最小化指令碼刻減少檔案大小5%或更高。

法則11. 避免重新導向

重新導向功能是通過301和302這兩個HTTP狀態代碼完成的，如：

       HTTP/1.1 301 Moved Permanently

       Location: http://example.com/newuri

       Content-Type: text/html

 

瀏覽器自動重新導向請求到Location指定的URL上，重新導向的主要問題是降低了使用者體驗。

一種最耗費資源、經常發生而很容易被忽視的重新導向是URL的最後缺少/，如訪問http://astrology.yahoo.com/astrology將被重新導向到http://astrology.yahoo.com/astrology/。在Apache下，可以通過Alias，mod_rewrite或DirectorySlash等方式來解決該問題。

法則12. 重複資料刪除的指令檔

在一個頁面中包含重複的JS指令檔會影響效能，即它會建立不必要的HTTP請求和額外的JS執行。

不必要的HTTP請求發生在IE下，而Firefox不會產生多餘的HTTP請求。額外的JS執行，不管在IE下，還是在Firefox下，都會發生。

一個避免重複的指令檔的方式是使用模板系統來建立指令碼管理模組。除了防止重複的指令檔外，該模組還可以實現依賴性檢查和增加版本號碼到指令檔名中，從而實現超長的到期時間。

法則13. 配置ETags

ETags是用於確定瀏覽器緩衝中元素是否與Web server中的元素相匹配的機制，它是比last-modified date更靈活的元素驗證機制。ETag是用於唯一表示元素版本的字串，它需被包括在引號中。Web server首先在response中指定ETag：

       HTTP/1.1 200 OK10c24bc-4ab-457e1c1f"

       Content-Length: 12195

後來，如果瀏覽器需要驗證某元素，它使用If-None-Match頭回傳ETag給Web server，如果ETag匹配，則伺服器返回304代碼，從而節省了下載時間：

       GET /i/yahoo.gif HTTP/1.1

       Host: us.yimg.com

10c24bc-4ab-457e1c1f"

       HTTP/1.1 304 Not Modified

 

ETags的問題在於它們是基於伺服器唯一性的某些屬性構造的，如Apache1.3和2.x，其格式是inode-size-timestamp，而在IIS5.0和6.0下，其格式是Filetimestamp:ChangeNumber。這樣同一個元素在不同的web server上，其ETag是不一樣的。這樣在多Web server的環境下，瀏覽器先從server1請求某元素，後來向server2驗證該元素，由於ETag不同，所以緩衝失效，必須重新下載。

因此，如果您未用到ETags系統提供的靈活的驗證機制，最好刪除ETag。刪除ETag會減少http response及後續請求的HTTP頭的大小。微軟支援文章描述了如何刪除ETags，而在Apache下，只要在設定檔中設定FileETag none即可。

法則14. 緩衝Ajax

效能最佳化法則同樣適用於web 2.0應用。提高Ajax的效能最重要的方式是使得其response可緩衝，就象“法則3增加Expires Header”討論的那樣。以下其他法則同樣適用於Ajax，當然法則3是最有效方式:

法則4. 壓縮頁面元素

法則9. 減少DNS查詢次數

法則10. 最小化指令檔

法則11. 避免重新導向

法則13. 配置ETags.