[译]Preload,Prefetch 和它们在 Chrome 之中的优先级

图0:[译]Preload,Prefetch 和它们在 Chrome 之中的优先级

今天我们来深入研究一下 Chrome 的网络协议栈,来更清晰的描述早期网络加载(像 <link rel=“preload"<link rel=“prefetch”>)背后的工作原理,让你对其更加了解。

其他文章描述的那样,preload 是声明式的 fetch,可以强制浏览器请求资源,同时不阻塞文档 onload 事件。

Prefetch 提示浏览器这个资源将来可能需要,但是把决定是否和什么时间加载这个资源的决定权交给浏览器。

图1:[译]Preload,Prefetch 和它们在 Chrome 之中的优先级

Preload 将 load 事件与脚本解析过程解耦,如果你还没有用过它,看看 Yoav Weiss 的文章 Preload: What is it Good For?

Preload 在生产环境的成功案例

在我们深入细节之前,下面是上一年发现的使用 proload 并对加载产生积极影响的案例总结:

Housing.com 在对他们的渐进式 Web 应用程序的脚本转用 proload 看到大约缩短了10%的可交互时间

图2:[译]Preload,Prefetch 和它们在 Chrome 之中的优先级

Shopify 在转用 preload 加载字体后在 Chrome 桌面版获得了 50%(1.2s) 的文字渲染优化,这完全解决了他们的文字闪动问题。

图3:[译]Preload,Prefetch 和它们在 Chrome 之中的优先级

左边:使用 preload,右边:不使用 preload(视频

图4:[译]Preload,Prefetch 和它们在 Chrome 之中的优先级

使用<link rel=”preload”> 加载字体。

Treebo,印度最大的旅馆网站之一,在 3G 网络下对其桌面版试验,在对其顶部图片和主要的 Webpack 打包文件使用 preload 之后,在首屏绘制和可交互延迟分别减少了 1s

图5:[译]Preload,Prefetch 和它们在 Chrome 之中的优先级

同样的,在对自己的渐进式 Web 应用程序主要打包文件使用 preload 之后,Flipkart 在路由解析之前 节省了大量的主线程空闲时间(在 3G 网络下的低性能手机下)。

图6:[译]Preload,Prefetch 和它们在 Chrome 之中的优先级

上面:未使用 preload,下面:使用 preload

Chrome 数据保护团队在对脚本和 CSS 样式表使用 preload 之后,发现页面首次绘制时间获得平均 12% 的速度提升。

对于 prefetch ,它被广泛使用,在 Google 我们仍用它来获取可以加快 搜索结果页面 的渲染的关键资源。

Preload 在很多大型网站都有实际应用,这点你在接下来的文章里也可以看到,让我们来仔细探讨下网络协议栈实际上是如何对待 preload 和 prefetch 的。

什么时候该用 <link rel=”preload”> ? 什么时候又该用 <link rel=”prefetch”>?

建议:对于当前页面很有必要的资源使用 preload,对于可能在将来的页面中使用的资源使用 prefetch。

preload 是对浏览器指示预先请求当前页需要的资源(关键的脚本,字体,主要图片)。

prefetch 应用场景稍微又些不同 —— 用户将来可能在其他部分(比如视图或页面)使用到的资源。如果 A 页面发起一个 B 页面的 prefetch 请求,这个资源获取过程和导航请求可能是同步进行的,而如果我们用 preload 的话,页面 A 离开时它会立即停止。

使用 preload 和 prefetch,我们有了对当前页面和将来页面加载关键资源的解决办法。

<link rel="preload"><link rel="prefetch"> 的缓存行为

Chrome 有四种缓存: HTTP 缓存,内存缓存,Service Worker 缓存和 Push 缓存。preload 和 prefetch 都被存储在 HTTP 缓存中

当一个资源被 preload 或者 prefetch 获取后,它可以从 HTTP 缓存移动至渲染器的内存缓存中。如果资源可以被缓存(比如说存在有效的cache-control 和 max-age),它被存储在 HTTP 缓存中可以被现在或将来的任务使用,如果资源不能被缓存在 HTTP 缓存中,作为代替,它被放在内存缓存中直到被使用。

Chrome 对于 preload 和 prefetch 的网络优先级?

下面是在 Blink 内核的 Chrome 46 及更高版本中不同资源的加载优先级情况( Pat Meenan

图7:[译]Preload,Prefetch 和它们在 Chrome 之中的优先级

preload 用 “as” 或者用 “type” 属性来表示他们请求资源的优先级(比如说 preload 使用 as=”style” 属性将获得最高的优先级)。没有 “as” 属性的将被看作异步请求,“Early”意味着在所有未被预加载的图片请求之前被请求(“late”意味着之后),感谢 Paul Irish 更新这张关于开发者工具以及网络层上各种请求优先级的表。

我们来谈一下这张表。

脚本根据它们在文件中的位置是否异步、延迟或阻塞获得不同的优先级

  • 网络在第一个图片资源之前阻塞的脚本在网络优先级中是中级
  • 网络在第一个图片资源之后阻塞的脚本在网络优先级中是低级
  • 异步/延迟/插入的脚本(无论在什么位置)在网络优先级中是很低级

图片(视口可见)将会获得相对于视口不可见图片(低级)的更高的优先级(中级),所以某些程度上 Chrome 将会尽量懒加载这些图片。低优先级的图片在布局完成被视口发现时,将会获得优先级提升(但是注意已经在布局完成后的图片将不会更改优先级)。

preload 使用 “as” 属性加载的资源将会获得与资源 “type” 属性所拥有的相同的优先级。比如说,preload as=”style” 将会获得比 as=“script” 更高的优先级。这些资源同样会受内容安全策略的影响(比如说,脚本会受到其 “src” 属性的影响)。

不带 “as” 属性的 preload 的优先级将会等同于异步请求。

如果你想了解各种资源加载时的优先级属性,从开发者工具的 Timeline/Performance 区域的 Network 区域都能看到相关信息:

图8:[译]Preload,Prefetch 和它们在 Chrome 之中的优先级

在 Network 面板下的“Priority”部分

图9:[译]Preload,Prefetch 和它们在 Chrome 之中的优先级

当页面 preload 已经在 Service Worker 缓存及 HTTP 缓存中的资源时会发生什么?

这就要说看情况了,但通常来说,会是比较好的情况 —— 如果资源没有超出 HTTP 缓存时间或者 Service Worker 没有主动重新发起请求,那么浏览器就不会再去请求这个资源了。

如果资源在 HTTP 缓存( Service Worker 缓存和网络中),那么 preload 将会获得一次缓存命中。

这将会浪费用户的带宽吗?

**用“preload”和“prefetch”情况下,如果资源不能被缓存,那么都有可能浪费一部分带宽。

没有用到的 preload 资源在 Chrome 的 console 里会在 onload 事件 3s 后发生警告。

图10:[译]Preload,Prefetch 和它们在 Chrome 之中的优先级

原因是你可能为了改善性能使用 preload 来缓存一定的资源,但是如果没有用到,你就做了无用功。在手机上,这相当于浪费了用户的流量,所以明确你要 preload 对象。

什么情况会导致二次获取?

preload 和 prefetch 是很简单的工具,你很容易不小心二次获取

不要用 “prefetch” 作为 “preload” 的后备,它们适用于不同的场景,常常会导致不符合预期的二次获取。使用 preload 来获取当前需要任务否则使用 prefetch 来获取将来的任务,不要一起用。

图11:[译]Preload,Prefetch 和它们在 Chrome 之中的优先级

不要指望 preload 和 fetch() 配合使用,在 Chrome 中这样使用将会导致二次的下载。这并不只发生在异步请求的情况我们有一个关于这个问题公开的 bug

对 preload 使用 “as” 属性,不然将不会从中获益

如果你对你所 preload 的资源使用明确的 “as” 属性,比如说,脚本,你将会导致二次获取

preload 字体不带 crossorigin 也将会二次获取! 确保你对 preload 的字体添加 crossorigin 属性,否则他会被下载两次,这个请求使用匿名的跨域模式。这个建议也适用于字体文件在相同域名下,也适用于其他域名的获取(比如说默认的异步获取)。

存在 intergrity 属性的资源不能使用 preload 属性(目前)也会导致二次获取。链接元素的 [integrity](https://bugs.chromium.org/p/chromium/issues/detail?id=677022) 属性目前还没有被支持,目前有一个关于它的开放issue,这意味着存在 integrity 的元素将会丢弃 preload 的资源。往宽了讲,这会导致重复的请求,你需要在安全和性能之间作出权衡。

最后,虽然它不会导致二次获取,还是有下面的建议:

不要 preload 所有东西! 作为替代的,用 preload 来告诉浏览器一些本来不能被提早发现的资源,以便提早获取它们。

我应当在页面头部加载所有的资源文件吗?有什么建议比如说限制“只加载6个文件”?

这是工具而不是规则的好例子。你 preload 的文件数量取决于加载其他资源时网络内容、用户的带宽和其他网络状况。

尽早 preload 页面中可能需要的文件,对于脚本文件,preload 关键打包文件很有用因为它将加载与执行分离开来,script async不好因为它会阻塞 window 的 onload 事件。你可以尽早加载图片、样式、字体和媒体资源。大部分的 —— 最重要的是,你作为作者是可以清晰的知道哪些东西是页面目前需要的。

prefetch 有哪些你需要知道的魔法属性吗?当然

在 Chrome 中,如果用户从一个页面跳转到另一个页面,prefetch 发起的请求仍会进行不会中断。

另外,prefetch 的资源在网络堆栈中至少缓存 5 分钟,无论它是不是可以缓存的。

我在 JS 中使用自定义的 “preload”,它跟原本的 rel=”preload” 或者 preload 头部有什么不同?

preload 将资源获取与执行解耦,像这样,preload 在标记中声明以被 Chrome preload 扫描器扫描。这意味着,在许多案例中,在 HTML 解析器获取到标签之前,preload 就会被获取(用它声明的优先级)。这将会比自定义的 preload 更加强大。

等一下,我不是可以用 HTTP/2 的服务器推送来代替 preload 吗?

当你知道资源加载的正确顺序时使用推送,用 service worker 来拦截那些可能需要会导致二次获取的资源请求,用 preload 来加快第一个请求的开始时间 —— 这对所有的资源获取都有用。

再次说一下,这都要看情况,我们试想一下位 Google Play 商店做购物车,对于一个向购物车的请求:

用 preload 来加载页面的主要的模块需要浏览器等待 play.google.com/cart 有效载荷以便 preload 扫描器发现依赖,但这之后会浸透网络管道可以更好的像资源发起请求,这可能不是最理想的冷启动,但对于高速缓存和带宽的后续请求非常友好。

使用 HTTP/2 的服务器推送,当请求 play.google.com/cart 我们可以快速浸透网络管道,但如果资源已经在 HTTP 或者 Service Worker 缓存中的话我们就浪费了带宽,两种方法都需要做出权衡。

虽然推送很有效,但它不像 preload 那样对所有的情况都适应。

preload 利于下载与执行的解耦,多亏其对文档 onload 事件的支持我们现在可以控制其加载完毕后的事件,获取 JS 包文件在空闲快执行或者获取 CSS 模块在正确的时间点执行,可以说是非常强大的。

推送不能用于第三方资源的内容,通过立即发送资源,它还有效地缩短浏览器自身的资源优先级情况。在你明确的知道在做什么时,这应该会提高你的应用性能,如果不是很清晰的话,你也许会损失掉部分的性能。

preload HTTP 头是什么?跟 preload 标签有什么不同?又跟 HTTP/2 服务器推送有什么不同?

跟其他链接不同,preload 链接即可以放在 HTML 标签里也可以放在 HTTP 头部(preload HTTP 头),每种情况下,都会直接使浏览器加载资源并缓存在内存里,表明页面有很高的可能性用这些资源并且不想等待 preload 扫描器或者解析器去发现它。

当金融时报在它们的网站使用 preload HTTP 头时,他们节约了大约 1s 的显示片头图片时间

图12:[译]Preload,Prefetch 和它们在 Chrome 之中的优先级

下面的:使用 preload,上面:使用 preload。在 3G 网络下的 Moto G4 测试。

原来:www.webpagetest.org/result/1703…,之后: www.webpagetest.org/result/1703…。你可以使用两种形式的 preload,但应当知道很重要的一点:根据规范,许多服务器当它们遇到 preload HTTP 头会发起 HTTP/2 推送,HTTP/2 推送的性能影响不同于普通的预加载,所以你要确保没有发起不必要的推送。

你可以使用 preload 标签来代替 preload 头以避免不必要的推送,或者在你的 HTTP 头上加一个 “nopush” 属性。

我怎样检测 link rel=preload 的支持情况呢?

用下面的代码段可以检测<link rel=”preload”>是否被支持:

const preloadSupported = () => {
      const link = document.createElement('link');
      const relList = link.relList;
      if (!relList || !relList.supports)
        return false;
      return relList.supports('preload');
    };

FilamentGroup 也有一个 preload 检测器 ,作为他们的异步 CSS 加载库 loadCSS 的一部分。

你可以让 preload的 CSS 样式表立即生效吗?

当然,preload 支持基于异步加载的标记,使用 <link rel=”preload”> 的样式表使用 onload 事件立即应用到文档:

<link rel="preload" href="style.css" onload="this.rel=stylesheet">

更多相关的例子,看一下 Yoav Weiss 很棒的使用实例

preload 还有哪些更广泛的应用?

根据 HTTPArchive,很多网站应用 <link rel=”preload”> 来加载字体,包括 Teen Vogue 和以上提到的其他网站:

图13:[译]Preload,Prefetch 和它们在 Chrome 之中的优先级

其他一些网站,比如 LifeHacker 和 JCPenny 用 FilamentGroup 的 loadCSS 来异步加载 CSS:

图14:[译]Preload,Prefetch 和它们在 Chrome 之中的优先级

有越来越多的渐进式 Web 应用程序(比如 Twitter.com 移动端, Flipkart 和 Housing)使用它来加载当前链接需要的脚本:

图15:[译]Preload,Prefetch 和它们在 Chrome 之中的优先级

基本的观点是要保持高粒度而不是单片,所以任何应用都可以按需加载依赖或者预加载资源并放在缓存中。

当前浏览器对 preload 和 prefetch 的支持度?

根据 CanIUse 在 Safari Tech Preview的调查看,<link rel="preload"> 大约有 50% 的支持度,<link rel="prefetch"> 大约有 70% 的支持度。
<link rel="preload"> is available to ~50% of the global population according to CanIUse and is implemented in the Safari Tech Preview. <link rel="prefetch"> is available to 71%of global users.

更多有用的见解

  • Yoav Weiss 最近对 Chrome 里 preload CSS 和 阻塞的脚本做了更改
  • 他最近还把 preload 媒体分成三个不同的类型:video、audio 和 track。
  • Domenic Denicola 正在寻求规格的改变以便支持 ES6 模块。
  • Yoav Weiss 最近还增加了在 HTTP 头部支持 Link header support for “prefetch” 以便更容易的加载下一个页面的资源。

拓展阅读

感谢 @ShopifyEng、@AdityaPunjani、@HousingEngg、@adgad、@wheresrhys 和 @__lakshya 分享的统计信息。

非常感谢下列技术审核与建议人员: Ilya Grigorik, Gray Norton, Yoav Weiss, Pat Meenan, Kenji Baheux, Surma, Sam Saccone, Charles Harrison, Paul Irish, Matt Gaunt, Dru Knox, Scott Jehl.

译文出自:https://github.com/xitu/gold-miner

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