# 如何进行 web 性能监控？

也许你有听过一个问题，你这款 web 应用性能怎么样呀？你会回答什么呢？是否会优于海量 web 应用市场呢？本文就来整理下如何进行 web 性能监控？包括我们需要监控的指标、监控的分类、performance 分析以及如何监控。但是，如何进行 web 性能监控本身是一个很大的话题，文中只会侧重一部分进行研究，某些内容不是很全面。

# 前言：为什么需要监控？

web 的性能一定程度上影响了用户留存率，Google DoubleClick 研究表明：如果一个移动端页面加载时长超过 3 秒，用户就会放弃而离开。BBC 发现网页加载时长每增加 1 秒，用户就会流失 10%。
我们希望通过监控来知道 web 应用性能的现状和趋势，找到 web 应用的瓶颈？某次发布后的性能情况怎么样？是否发布后对性能有影响？感知到业务出错的概率？业务的稳定性怎么样？

# 监控什么？

首先我们需要知道应该监控些什么呢？有哪些具体的指标？ google 开发者提出了一种 RAIL 模型来衡量应用性能，即：Response、Animation、Idle、Load，分别代表着 web 应用生命周期的四个不同方面。并指出最好的性能指标是：100ms 内响应用户输入；动画或者滚动需在 10ms 内产生下一帧；最大化空闲时间；页面加载时长不超过 5 秒。

我们可转化为三个方面来看：响应速度、页面稳定性、外部服务调用响应速度：页面初始访问速度 + 交互响应速度页面稳定性：页面出错率外部服务调用：网络请求访问速度

# 1. 页面访问速度：白屏、首屏时间、可交互时间

我们来看看 google 开发者针对用户体验，提出的几个性能指标

这几个指标其实都是根据用户体验，提炼出对应的性能指标

# 1）first paint (FP) and first contentful paint (FCP)

首次渲染、首次有内容的渲染这两个指标浏览器已经标准化了，从 performance 的 The Paint Timing API 可以获取到，一般来说两个时间相同，但也有情况下两者不同。

# 2）First meaningful paint and hero element timing

首次有意义的渲染、页面关键元素我们假设当一个网页的 DOM 结构发生剧烈的变化的时候，就是这个网页主要内容出现的时候，那么在这样的一个时间点上，就是首次有意义的渲染。这个指标浏览器还没有规范，毕竟很难统一一个标准来定义网站的主体内容。
google lighthouse 定义的 first meaningful paint：
https://docs.google.com/document/d/1BR94tJdZLsin5poeet0XoTW60M0SjvOJQttKT-JK8HI/view (opens new window)

# 3）Time to interactive

可交互时间

# 4）长任务

浏览器是单线程的，如果长任务过多，那必然会影响着用户响应时长。好的应用需要最大化空闲时间，以保证能最快响应用户的输入。

# 2. 页面稳定性：页面出错情况

资源加载错误 JS 执行报错

# 3. 外部服务调用

CGI 耗时 CGI 成功率 CDN 资源耗时

# 监控的分类？

web 性能监控可分为两类，一类是合成监控（Synthetic Monitoring，SYN），另一类是真实用户监控（Real User Monitoring，RUM）

# 合成监控

合成监控是采用 web 浏览器模拟器来加载网页，通过模拟终端用户可能的操作来采集对应的性能指标，最后输出一个网站性能报告。例如：Lighthouse、PageSpeed、WebPageTest、Pingdom、PhantomJS 等。

# 1. Lighthouse

Lighthouse 是 google 一个开源的自动化工具，运行 Lighthouse 的方式有两种：一种是作为 Chrome 扩展程序运行；另一种作为命令行工具运行。 Chrome 扩展程序提供了一个对用户更友好的界面，方便读取报告。通过命令行工具可以将 Lighthouse 集成到持续集成系统。展示了白屏、首屏、可交互时间等性能指标和 SEO、PWA 等。腾讯文档移动端官网首页测速结果：

# 2. PageSpeed

https://developers.google.com/speed/pagespeed/insights/ (opens new window) 不仅展示了一些主要的性能指标数据，还给出了部分性能优化建议。腾讯文档移动端首页测速结果和性能优化建议：

# 3. WebPageTest

WebPageTest 给出性能测速结果和资源加载的瀑布图。

# 4. Pingdom

https://www.pingdom.com/ (opens new window) 注意：Pingdom 不仅提供合成监控，也提供真实用户监控。

合成监控方式的优缺点： 优点： 无侵入性。简单快捷。 缺点： 不是真实的用户访问情况，只是模拟的。没法考虑到登录的情况，对于需要登录的页面就无法监控到。

# 二、真实用户监控

真实用户监控是一种被动监控技术，是一种应用服务，被监控的 web 应用通过 sdk 等方式接入该服务，将真实的用户访问、交互等性能指标数据收集上报、通过数据清洗加工后形成性能分析报表。例如 FrontJs、oneapm、Datadog 等。

# 1. oneapm

https://www.oneapm.com/bi/feature.html (opens new window) 功能包括：大盘数据、特征统计、慢加载追踪、访问页面、脚本错误、AJAX、组合分析、报表、告警等。

# 2. Datadog

https://www.datadoghq.com/rum/ (opens new window)

# 3. FrontJs

https://www.frontjs.com/ (opens new window) 功能包括：访问性能、异常监控、报表、趋势等。

这种监控方式的优缺点： 优点： 是真实用户访问情况。可以观察历史性能趋势。有一些额外的功能：报表推送、监控告警等等。 缺点： 有侵入性，会一定程度上响应 web 性能。

# performance 分析

在讲如何监控之前，先来看看浏览器提供的 performance api，这也是性能监控数据的主要来源。
performance 提供高精度的时间戳，精度可达纳秒级别，且不会随操作系统时间设置的影响。目前市场上的支持情况：主流浏览器都支持，大可放心使用。

# 基本属性

performance.navigation: 页面是加载还是刷新、发生了多少次重定向

performance.timing: 页面加载的各阶段时长

各阶段的含义：

performance.memory：基本内存使用情况，Chrome 添加的一个非标准扩展

performance.timeorigin: 性能测量开始时的时间的高精度时间戳

# 基本方法

performance.getEntries()
通过这个方法可以获取到所有的 performance 实体对象，通过 getEntriesByName 和 getEntriesByType 方法可对所有的 performance 实体对象进行过滤，返回特定类型的实体。
mark 方法和 measure 方法的结合可打点计时，获取某个函数执行耗时等。

performance.getEntriesByName()

performance.getEntriesByType()

performance.mark()

performance.clearMarks()

performance.measure()

performance.clearMeasures()

performance.now()

...

# 提供的 API

performance 也提供了多种 API，不同的 API 之间可能会有重叠的部分。

# 1. PerformanceObserver API

用于检测性能的事件，这个 API 利用了观察者模式。获取资源信息

监测 TTI

监测长任务

https://www.w3.org/TR/navigation-timing-2/ (opens new window) performance.getEntriesByType("navigation");

不同阶段之间是连续的吗? —— 不连续

每个阶段都一定会发生吗？—— 不一定

重定向次数：performance.navigation.redirectCount

重定向耗时: redirectEnd - redirectStart

DNS 解析耗时: domainLookupEnd - domainLookupStart

TCP 连接耗时: connectEnd - connectStart

SSL 安全连接耗时: connectEnd - secureConnectionStart

网络请求耗时 (TTFB): responseStart - requestStart

数据传输耗时: responseEnd - responseStart

DOM 解析耗时: domInteractive - responseEnd

资源加载耗时: loadEventStart - domContentLoadedEventEnd

首包时间: responseStart - domainLookupStart

白屏时间: responseEnd - fetchStart

首次可交互时间: domInteractive - fetchStart

DOM Ready 时间: domContentLoadEventEnd - fetchStart

页面完全加载时间: loadEventStart - fetchStart

http 头部大小： transferSize - encodedBodySize

# 3. Resource Timing API

https://w3c.github.io/resource-timing/ (opens new window) performance.getEntriesByType("resource");

// 某类资源的加载时间，可测量图片、js、css、XHR
resourceListEntries.forEach((resource) => {
  if (resource.initiatorType == "img") {
    console.info(
      `Time taken to load ${resource.name}: `,
      resource.responseEnd - resource.startTime
    );
  }
});

这个数据和 chrome 调式工具里 network 的瀑布图数据是一样的。

# 4. paint Timing API

https://w3c.github.io/paint-timing/ (opens new window) 首屏渲染时间、首次有内容渲染时间

# 5. User Timing API

https://www.w3.org/TR/user-timing-2/#introduction (opens new window) 主要是利用 mark 和 measure 方法去打点计算某个阶段的耗时，例如某个函数的耗时等。

# 6. High Resolution Time API

https://w3c.github.io/hr-time/#dom-performance-timeorigin (opens new window) 主要包括 now() 方法和 timeOrigin 属性。

# 7. Performance Timeline API

https://www.w3.org/TR/performance-timeline-2/#introduction (opens new window)

# 总结

基于 performance 我们可以测量如下几个方面： mark、measure、navigation、resource、paint、frame。

let p = window.performance.getEntries();

重定向次数：performance.navigation.redirectCount

JS 资源数量：p.filter(ele => ele.initiatorType === "script").length

CSS 资源数量：p.filter(ele => ele.initiatorType === "css").length

AJAX 请求数量：p.filter(ele => ele.initiatorType === "xmlhttprequest").length

IMG 资源数量：p.filter(ele => ele.initiatorType === "img").length

总资源数量: window.performance.getEntriesByType("resource").length

不重复的耗时时段区分：

重定向耗时: redirectEnd - redirectStart

DNS 解析耗时: domainLookupEnd - domainLookupStart

TCP 连接耗时: connectEnd - connectStart

SSL 安全连接耗时: connectEnd - secureConnectionStart

网络请求耗时 (TTFB): responseStart - requestStart

HTML 下载耗时：responseEnd - responseStart

DOM 解析耗时: domInteractive - responseEnd

资源加载耗时: loadEventStart - domContentLoadedEventEnd

其他组合分析：

白屏时间: domLoading - fetchStart

粗略首屏时间: loadEventEnd - fetchStart 或者 domInteractive - fetchStart

DOM Ready 时间: domContentLoadEventEnd - fetchStart

页面完全加载时间: loadEventStart - fetchStart

JS 总加载耗时:

const p = window.performance.getEntries();
let cssR = p.filter((ele) => ele.initiatorType === "script");
Math.max(...cssR.map((ele) => ele.responseEnd)) - Math.min(...cssR.map((ele) => ele.startTime));

CSS 总加载耗时:

const p = window.performance.getEntries();
let cssR = p.filter((ele) => ele.initiatorType === "css");
Math.max(...cssR.map((ele) => ele.responseEnd)) - Math.min(...cssR.map((ele) => ele.startTime));

# 如何监控？

在了解了 performance 之后，我们来看看，具体是如何监控的？

总体流程：性能指标收集与数据上报—数据存储—数据聚合—分析展示—告警、报表推送

这里主要讲述如何收集性能数据。性能指标收集注意项：1）保证数据的准确性 2）尽量不影响应用的性能

# 1. 基本性能上报

采集数据：将 performance navagation timing 中的所有点都上报，其余的上报内容可参考 performance 分析一节中截取部分上报。例如：白屏时间，JS 和 CSS 总数，以及加载总时长。

其余可参考的上报：是否有缓存？是否启用 gzip 压缩、页面加载方式。

在收集好性能数据后，即可将数据上报。

那选择什么时机上报？

google 开发者推荐的上报方式：

# 2. 首屏时间计算

我们知道首屏时间是一项重要指标，但是又很难从 performance 中拿到，来看下首屏时间计算主要有哪些方式？ https://web.dev/first-meaningful-paint/ (opens new window)

1）用户自定义打点—最准确的方式（只有用户自己最清楚，什么样的时间才算是首屏加载完成）

2）lighthouse 中使用的是 chrome 渲染过程中记录的 trace event

3）可利用 Chrome DevTools Protocol (opens new window) 拿到页面布局节点数目。思想是：获取到当页面具有最大布局变化的时间点

4）aegis 的方法：利用 MutationObserver 接口，监听 document 对象的节点变化。检查这些变化的节点是否显示在首屏中，若这些节点在首屏中，那当前的时间点即为首屏渲染时间。但是还有首屏内图片的加载时间需要考虑，遍历 performance.getEntries() 拿到的所有图片实体对象，根据图片的初始加载时间和加载完成时间去更新首屏渲染时间。

5）利用 MutationObserver 接口提供了监视对 DOM 树所做更改的能力，是 DOM3 Events 规范的一部分。方法：在首屏内容模块插入一个 div，利用 Mutation Observer API 监听该 div 的 dom 事件，判断该 div 的高度是否大于 0 或者大于指定值，如果大于了，就表示主要内容已经渲染出来，可计算首屏时间。

6）某个专利：在 loading 状态下循环判断当前页面高度是否大于屏幕高度，若大于，则获取到当前页面的屏幕图像，通过逐像素对比来判断页面渲染是否已满屏。https://patentimages.storage.googleapis.com/bd/83/3d/f65775c31c7120/CN103324521A.pdf (opens new window)

# 3. 异常上报

1）js error

监听 window.onerror 事件

2）promise reject 的异常

监听 unhandledrejection 事件

window.addEventListener("unhandledrejection", function(event) {
  console.warn(
    "WARNING: Unhandled promise rejection. Shame on you! Reason: " +
      event.reason
  );
});