构建时预渲染：网页首帧优化实践

前言

自JavaScript诞生以来，前端技术发展非常迅速。移动端白屏优化是前端界面体验的一个重要优化方向，Web 前端诞生了 SSR 、CSR、预渲染等技术。在美团支付的前端技术体系里，通过预渲染提升网页首帧优化，从而优化了白屏问题，提升用户体验，并形成了最佳实践。

在前端渲染领域，主要有以下几种方式可供选择：

通过对比，同构方案集合 CSR 与 SSR 的优点，可以适用于大部分业务场景。但由于在同构的系统架构中，连接前后端的 Node 中间层处于核心链路，系统可用性的瓶颈就依赖于 Node ，一旦作为短板的 Node 挂了，整个服务都不可用。

结合到我们团队负责的支付业务场景里，由于支付业务追求极致的系统稳定性，服务不可用直接影响到客诉和资损，因此我们采用浏览器端渲染的架构。在保证系统稳定性的前提下，还需要保障用户体验，所以采用了预渲染的方式。

那么究竟什么是预渲染呢？什么是 FCP/FMP 呢？我们先从最常见的 CSR 开始说起。

以 Vue 举例，常见的 CSR 形式如下：

一切看似很美好。然而，作为以用户体验为首要目标的我们发现了一个体验问题：首屏白屏问题。

为什么会首屏白屏

浏览器渲染包含 HTML 解析、DOM 树构建、CSSOM 构建、JavaScript 解析、布局、绘制等等，大致如下图所示：

要搞清楚为什么会有白屏，就需要利用这个理论基础来对实际项目进行具体分析。通过 DevTools 进行分析：

• 等待 HTML 文档返回，此时处于白屏状态。
• 对 HTML 文档解析完成后进行首屏渲染，因为项目中对
  加了灰色的背景色，因此呈现出灰屏。
• 进行文件加载、JS 解析等过程，导致界面长时间出于灰屏中。
• 当 Vue 实例触发了 mounted 后，界面显示出大体框架。
• 调用 API 获取到时机业务数据后才能展示出最终的页面内容。

由此得出结论，因为要等待文件加载、CSSOM 构建、JS 解析等过程，而这些过程比较耗时，导致用户会长时间出于不可交互的首屏灰白屏状态，从而给用户一种网页很“慢”的感觉。那么一个网页太“慢”，会造成什么影响呢？

“慢”的影响

Global Web Performance Matters for ecommerce的报告中指出：

• 57%的用户更在乎网页在3秒内是否完成加载。
• 52%的在线用户认为网页打开速度影响到他们对网站的忠实度。
• 每慢1秒造成页面 PV 降低11%，用户满意度也随之降低降低16%。
• 近半数移动用户因为在10秒内仍未打开页面从而放弃。

我们团队主要负责美团支付相关的业务，如果网站太慢会影响用户的支付体验，会造成客诉或资损。既然网站太“慢”会造成如此重要的影响，那要如何优化呢？

优化思路

在User-centric Performance Metrics一文中，共提到了4个页面渲染的关键指标：

基于这个理论基础，再回过头来看看之前项目的实际表现：

可见在 FP 的灰白屏界面停留了很长时间，用户不清楚网站是否有在正常加载，用户体验很差。

试想：如果我们可以将 FCP 或 FMP 完整的 HTML 文档提前到 FP 时机预渲染，用户看到页面框架，能感受到页面正在加载而不是冷冰冰的灰白屏，那么用户更愿意等待页面加载完成，从而降低了流失率。并且这种改观在弱网环境下更明显。

通过对比 FP、FCP、FMP 这三个时期 DOM 的差异，发现区别在于：

• FP：仅有一个 div 根节点。
• FCP：包含页面的基本框架，但没有数据内容。
• FMP：包含页面所有元素及数据。

仍然以 Vue 为例， 在其生命周期中，mounted 对应的是 FCP，updated 对应的是 FMP。那么具体应该使用哪个生命周期的 HTML 结构呢？

通过以上的对比，最终选择在 mounted 时触发构建时预渲染。由于我们采用的是 CSR 的架构，没有 Node 作为中间层，因此要实现 DOM 内容的预渲染，就需要在项目构建编译时完成对原始模板的更新替换。

至此，我们明确了构建时预渲染的大体方案。

构建时预渲染方案

构建时预渲染流程：

配置读取

由于 SPA 可以由多个路由构成，需要根据业务场景决定哪些路由需要用到预渲染。因此这里的配置文件主要是用于告知编译器需要进行预渲染的路由。

在我们的系统架构里，脚手架是基于 Webpack 自研的，在此基础上可以自定义自动化构建任务和配置。

触发构建

项目中主要是使用 TypeScript，利用 TS 的装饰器，我们封装了统一的预渲染构建的钩子方法，从而只用一行代码即可完成构建时预渲染的触发。

装饰器：

使用：

构建编译

从流程图上，需要在发布机上启动模拟的浏览器环境，并通过预渲染的事件钩子获取当前的页面内容，生成最终的 HTML 文件。

由于我们在预渲染上的尝试比较早，当时还没有 Headless Chrome 、 Puppeteer、Prerender SPA Plugin等，因此在选型上使用的是 phantomjs-prebuilt（Prerender SPA Plugin 早期版本也是基于 phantomjs-prebuilt 实现的）。

通过 phantom 提供的 API 可获得当前 HTML，示例如下：

为了提高构建效率，并行对配置的多个页面或路由进行预渲染构建，保证在 5S 内即可完成构建，流程图如下：

方案优化

理想很丰满，现实很骨感。在实际投产中，构建时预渲染方案遇到了一个问题。

我们梳理一下简化后的项目上线过程：

开发 -> 编译 -> 上线

假设本次修改了静态文件中的一个 JS 文件，这个文件会通过 CDN 方式在 HTML 里引用，那么最终在 HTML 文档中的引用方式是 <script src="http://cdn.com/index.js"></script>。然而由于项目还没有上线，所以其实通过完整 URL 的方式是获取不到这个文件的；而预渲染的构建又是在上线动作之前，所以问题就产生了：

构建时预渲染无法正常获取文件，导致编译报错

怎么办？

请求劫持

因为在做预渲染时，我们使用启动了一个模拟的浏览器环境，根据 phantom 提供的 API，可以对发出的请求加以劫持，将获取 CDN 文件的请求劫持到本地，从而在根本上解决了这个问题。示例代码如下：

构建时预渲染研发流程及效果

最终，构建时预渲染研发流程如下：

开发阶段：

• 通过 TypeScript 的装饰器单行引入预渲染构建触发的方法。
• 发布前修改编译构建的配置文件。

发布阶段：

• 先进行常规的项目构建。
• 若有预渲染相关配置，则触发预渲染构建。
• 通过预渲染得到最终的文件，并完成发布上线动作。

完整的用户请求路径如下：

通过构建时预渲染在项目中的使用，FCP 的时间相比之前减少了 75%。

作者简介

• 寒阳，美团资深研发工程师，多年前端研发经历，负责美团支付钱包团队和美团支付前端基础技术。

招聘信息

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