Производительность web-приложений и работа с данными в браузере, WebSockets, HTTP/2

Технопарк, осень, 2019 г.

Производительность web-приложений
Слайды доступны по ссылке
frontend.tech-mail.ru

Из чего складывается производительность WEB'а?

Производительность WEB'а

Что происходит во время
HTTP-запроса?

Что происходит во время
HTTP-запроса?

HTTP-latency

HTTP-latency

Как оптимизировать?

prefetch, preconnect, preload

		<!--  резолвит DNS заранее -->
		<meta http-equiv="x-dns-prefetch-control" content="on">
		<link rel="dns-prefetch" href="//api.myawesomegame.io">
		<!-- dns-prefetch на стероидах, также инициирует коннект -->
		<link rel="preconnect" href="//api.myawesomegame.io">
		 
		<!-- загружает ресурс с низким приоритетом и кладет в кеш -->
		<link rel="prefetch" href="https://myawesomegame.io/img/sprite.jpg">
		<!-- загружает ресурс с высоким приоритетом и кладет в кеш -->
		<link rel="subresource" href="https://myawesomegame.io/img/sprite.jpg">
		 
		<!-- загружает страницу со всем содержимым в фоне, строит DOM -->
		<link rel="prerender" href="https://myawesomegame.io/about.html">
	

Предзагрузка картинок через JS

			const img = new Image();
			img.src = 'https://myawesomegame.io/img/sprite.jpg';
		

PerformanceTiming

		window.performance.timing
	
содержит все события, происходившие с загрузкой страницы

Performance Entries

		  // Покажет всю сетевую активность
		window.performance.getEntries()
		  // Отобразит все загружаемые ресурсы
		performance.getEntriesByType('resource')
	

DOMContentLoaded и load

DOMContentLoaded возникает на построение DOM-дерева
			document.addEventListener("DOMContentLoaded", () => {
			  // DOM дерево построено, но загружены не все ресурсы
			});
		
DOMContentLoaded зависит от скриптов на странице

load возникнет, когда все ресурсы (стили, шрифты, картинки) будут загружены
			document.addEventListener("load", () => {
			  // Все ресурсы загружены
			});
		

Уменьшаем время загрузки данных

Минификация статики (стили, скрипты, картинки)

jquery.js→ 278KB
jquery.min.js → 101KB

Подробнее про минификаторы JavaScript
https://learn.javascript.ru/minification
Видео про css минификатор
https://www.youtube.com/watch?v=8o3gKKD_J4A

Уменьшаем время загрузки данных

Сжатие ответа

		 // В запросе
		Accept-Encoding: gzip, deflate, br
		 // В ответе
		Content-Encoding: gzip
	
Плюсы: Минусы:

Zopfli и Brotli

Zopfli
Медленно сжимает, дает хороший результат, совместим с gzip
		 # Заранее сжимаем статику
		./zopfli -c app.js > app.js.gz
	
Необходимо включать отдачу сжатой статики на сервере
		 # пример для nginx
		gzip_static on;
	
Brotli

Zopfli и Brotli

Brotli
Необходимо включать на сервере
		 # пример для nginx
		brotli on;
	
zopfli vs brotli

Поддержка Brotli

Уменьшаем время загрузки данных

Форматы

WebP (4,9 KB) GIF (85,2 KB)
Для видео существует WebM
Наилучшее сжатие для шрифтов осуществляет Woff2

So sad...

Рубрика "Грязные хаки"

Фоллбек на png

<img src="image.webp" onerror="this.onerror=null; this.src='image.png'">

Protobuf

user.proto
		syntax = "proto3";
		message User {
		  string name = 1;
		  int32 age = 2;
		}
	
Компилируем в js
		npm install -g protobufjs
		pbjs -t static-module -w commonjs -o user.js user.proto
	
Можно использовать webpack-loader 😏

Protobuf VS. JSON

HTTP weakness.
One request per connection

HTTP1.1 заголовок Connection: keep-alive
позволит переиспользовать соединение после запроса
При получении Connection: close браузер закроет соединение

HTTP weakness.
Max. 6 connections per domain

Как с этим жить:

Кэширование

Кэширование

Кэширование — повторное использование ресурсов для работы приложения. Использование кэшей позволяет уменьшить задержку и расходование сетевого трафика и тем самым уменьшить время, необходимое для отображения ресурса. HTTP-кэширование — кэширование ответов на HTTP-запросы

Кэширование

			// Запрос обыкновенный
			GET /script.js HTTP/1.1
			Host: example.com
			Accept: */*
			 
		

Кэширование

			// Ответ на запрос
			HTTP/1.1 200 OK
			Content-Type: application/javascript; charset=UTF-8
			Cache-Control: public, max-age=86400
			Last-Modified: Sat, 25 Mar 2017 12:00:00 GMT
			ETag: W/"7349b-15b075b6d60"
			 
		

Cache-Control

Возможные значения

Проверка "свежести"

			// Ответ на запрос
			HTTP/1.1 200 OK
			...
			Last-Modified: Sat, 25 Mar 2017 12:00:00 GMT
			...
			 
		

Проверка "свежести"

			GET /script.js HTTP/1.1
			Host: example.com
			If-Modified-Since: Sat, 25 Mar 2017 12:00:00 GMT
			 
		
			HTTP/1.1 304 Not Modified   // Контент не изменился
			HTTP/1.1 200 OK             // Новый контент
			 
		

Проверка валидности

			// Ответ на запрос
			HTTP/1.1 200 OK
			...
			ETag: W/"7349b-15b075b6d60"
			...
			 
		

Проверка валидности

			GET /script.js HTTP/1.1
			Host: example.com
			If-None-Match: W/"7349b-15b075b6d60"
			 
		
			HTTP/1.1 304 Not Modified   // Контент не изменился
			HTTP/1.1 200 OK             // Новый контент
			 
		

"Управление" кэшированием

Хранение данных на клиенте

Как сохранить что-то в браузере
пользователя?

Все данные, которые используются web-приложением, существуют только пока открыта вкладка браузера. Однако, существуют способы сохранить какие-то данные в браузере и воспользоваться ими потом:

Web Storage API

Web Storage API — механизм для сохранения key/value значений с возможностью программного управления данными. Предоставляет два host объекта в браузере пользователя с возможностью персистентного сохранения данных (до 10 MB на origin)

window.localStorage

		// элементами Storage являются строки
		localStorage[key];           /* String */
		localStorage[key] = value;   /* String */
		 
		// работа с объектами Storage синхронная
		localStorage.length
		localStorage.key(i)          /* String */
		localStorage.getItem(key)    /* String */
		localStorage.setItem(key, value)  // может сгенерировать exception,
		                                  // если нет места
		localStorage.removeItem(key)
		localStorage.clear()
		 
	

JSON

Можно написать обёртку, которая позволит сохранять в Storage простые объекты:

		function setJSON(key, value) {
		    localStorage[key] = JSON.stringify(value);
		}
		function getJSON(key) {
		    const value = localStorage[key];
		    return value ? JSON.parse(value) : null;
		}
		 
	

Событие storage

Событие storage происходит при любых изменениях в Storage в других вкладках с того же origin. То есть это событие позволяет общаться между вкладками

		// обработчик добавляется на объект window
		window.addEventListener('storage', function (e) {
		    /* e.key, e.newValue */
		    ...
		});
		 
	

WebSQL — подробнее

WebSQL — полноценная SQL база данных, которая позволяет персистентно хранить данные в браузере пользователя и работать с ними посредством SQL-запросов. Максимальный размер сохраняемых данных — 5 MB. Поддержка на caniuse.

WebSQL пример

		// создаём объект базы данных (доступно и в воркерах!)
		const db = openDatabase('forum', 'v1.0.0', 'Forum', 100000);
		 
		// создаём транзакцию
		db.transaction(function(tx) {
		    tx.executeSql(
		        'SELECT COUNT(*) FROM `forum`',
		        [],
		        function (result) { console.log(result) },
		        function (tx, error) { /* some error logic */ }
		    );
		});
		 
	

IndexedDB — подробнее

IndexedDB — низкоуровневое API для клиентского хранилища большого объема структурированных данных, включая файлы/blobs. Эти API используют индексы для обеспечения высоко-производительного поиска данных. Максимальный размер сохраняемых данных — 50 MB!!! Поддержка на caniuse.

IndexedDB пример

		// открываем базу данных Forum (доступно и в воркерах!)
		const request = window.indexedDB.open('Forum', 3);  // 3 - версия бд
		 
		// обработчик успешного открытия базы данных
		request.onsuccess = function(event) {
		    const db = event.target.result;
		    const store = db.createObjectStore('users', { keyPath: 'userId' });
		 
		    store.createIndex('age', 'age', { unique: false });
		    store.createIndex('email', 'email', { unique: true });
		 
		    store.add({ age: 21, email: 'a.ostapenko@corp.mail.ru' });
		};
		 
	

FileSystem API — подробнее

deprecated =(((

С помощью FileSystem API и File API веб приложение может создавать, читать, просматривать и записывать файлы находящиеся в области пользовательской «песочницы». Крутой туториал. Поддержка на caniuse.

Больше протоколов!

Протокол WebSocket

WebSocket

Протокол WebSocket — протокол полнодуплексной связи (может передавать и принимать одновременно) поверх TCP-соединения, предназначенный для обмена сообщениями между браузером и веб-сервером в режиме реального времени. С помощью его API вы можете отправить сообщение на сервер и получить ответ без выполнения отдельного HTTP-запроса, причем этот процесс будет событийно-управляемым

Были созданы, чтобы обойти ограничение HTTP на формат запрос/ответ и дать возможность отправлять сообщения с сервера на клиент

Подробнее — по ссылке на learn.javascript.ru

Поддержка браузерами — caniuse

Преимущества WebSocket

Именно поэтому WebSocket'ы очень удобно использовать для написания:

Создание WebSocket

			const ws = new WebSocket('ws://example.com/ws');
			 
			// если страница загружена по https://
			const ws = new WebSocket('wss://example.com/ws');
			 
			// События WebSocket
			ws.addEventListener('open', listener);     // соединение установлено
			ws.addEventListener('message', listener);  // пришло новое сообщение
			ws.addEventListener('error', listener);    // ошибка
			ws.addEventListener('close', listener);    // сокет закрылся
			 
		

Работа с WebSocket

После создания объекта WebSocket необходимо дождаться, пока соединение не откроется и не установится:

			ws.onopen = function() {
			    console.log('Соединение установлено, можно отправлять сообщения!');
			 
			    // Отправка текста
			    ws.send('Hello!');
			    ws.send(JSON.stringify({ x: 100, y: 150 }));
			 
			    // Отправка бинарных данных (например файлы из формы)
			    ws.send(form.elements[0].file);
			};
			 
		

Событие error и close

			ws.onerror = function(error) {
			    // произошла ошибка в отправке/приёме данных или сетевая ошибка
			    console.log('Ошибка ' + error.message);
			};
			 
			ws.onclose = function(event) {
			    // 1000 - штатное закрытие сокета (коды WebSocket из 4х цифр)
			    // 1001 - удалённая сторона исчезла
			    // 1002 - ошибка протокола
			    // 1003 - неверный запрос
			    console.log('Код: ' + event.code);
			    console.log('Причина: ' + event.reason);
			};
			 
		

Событие message — обработка
сообщений с сервера

			ws.onmessage = function(event) {
			    const data = event.data;
			    const message = JSON.parse(data);
			 
			    console.log('Прислали сообщение: ' + message.text);
			 
			    // или, если есть глобальная шина событий
			    bus.emit(message.event, message.payload);
			};
			 
		

А ещё можно слать и принимать бинарные данные

			    var buffer = new ArrayBuffer(128);
			    socket.send(buffer); 
			 
			    var intview = new Uint32Array(buffer);
			    socket.send(intview);
			 
			    var blob = new Blob([buffer]);
			    socket.send(blob);
			 
		

Как использовать WebSocket

  1. Договориться о своём "надпротоколе" обмена сообщениями между клиентом и сервером — зафиксировать форматы всех сообщений в приложении. Например:
			{
			    "action": "FIRE",
			    "payload": { "cell": "b4" }
			}
			 
			{
			    "action": "FIRE_RESULT",
			    "payload": { "state": "Убил" }
			}
			 
		

Как использовать WebSocket

  1. Написать обёртку вокруг WebSocket, которая будет внутри себя заниматься отправкой и приёмом сообщений, а наружу будет предоставлять удобный интерфейс:
			const webSocketService = new WebSocketService('/ws');
			 
			webSocketService.send('FIRE', { "cell": "b4" });
			webSocketService.subscribe('FIRE_RESULT', function (payload) {
			    const state = payload.state;
			    game.reRender(state);
			});
			 
		

Service Workers

Must see

https://www.youtube.com/watch?v=cmGr0RszHc8
Building offline-first Progressive Web Apps

Service Workers

Service Workers

Service Workers

Service Workers

Service Workers — продвинутая технология, которая позволяет получить полный контроль над жизненным циклом приложения. Сервис воркер — это воркер, который:

Подробнее — по ссылке на MDN

Service Workers используются

Service Workers — caniuse

Service Workers

Работает в специальном скоупе ServiceWorkerGlobalScope, который не имеет доступа к обычному скоупу с window
Имеет несколько событий, на которые можно навешивать обработчики:

		this.addEventListener('install', listener);  // SW зарегистрировали
		this.addEventListener('activate', listener); // SW запустили
		this.addEventListener('fetch', listener);    // SW перехватил запрос
		this.addEventListener('message', listener);  // SW получил сообщение
		this.addEventListener('push', listener);  // SW получил push
		 
	

Service Worker lifecycle

Установка Service Worker'а

		navigator.serviceWorker.register('/sw.js', { scope: '/' })
		    .then(function(registration) {
		        // Registration was successful
		        console.log('SW registration OK:', registration);
		    })
		    .catch(function(err) {
		        // registration failed :(
		        console.log('SW registration FAIL:', err);
		    });
		});
		 
	

Service Worker notes

Service Worker — это просто файл

			this.addEventListener('install', function (event) {
			    console.log('Service worker установлен')
			    event.waitUntil(
			        // находим Cache-объект с нашим именем
			        caches.open('MY_CACHE')
			            .then(function (cache) {
			                // загружаем в наш cache необходимые файлы
			                return cache.addAll(['/index.html']);
			            });
			    );
			});
			 
		

Практика с Service Workers

Ещё примеры использования Service Workers

HTTP/2

Original HTTP/0.9 implementation

Hypertext Transfer Protocol: HTTP/1.1

Основные недостатки HTTP/1.1

HTTP/1.1 был спроектирован для сетей с более низкими пропускными способностями (bandwidth) и более высокими задержками (latency), чем сейчас. Поэтому у него есть недостатки:

HTTP/2

HTTP/2 создавался с целью улучшить скорость работы web-приложений, за счёт уменьшения сетевых задержек и более удобного управления ресурсами в web. Основные особенности:

HTTP/2 требует наличие
поддержки на сервере и на клиенте

Сервера, которые поддерживают HTTP/2:

HTTP/2 требует наличие
поддержки на сервере и на клиенте

Поддержка браузерами — caniuse

Главные фичи HTTP/2

Streams, Messages, and Frames

Stream — двунаправленный поток байтов через установленное соединение, который может состоять из одного или более сообщений

Message — целостная последовательность фреймов, которая составляет полное логическое сообщение: запрос или ответ

Frame — минимальная единица коммуникации в HTTP/2. Каждый фрейм содержит заголовок фрейма, который идентифицирует, к какому сообщению внутри стрима относится это фрейм

Streams, Messages, and Frames

Streams, Messages, and Frames

Бинарный формат сообщений

Бинарный формат сообщений

Мультиплексирование запросов
и ответов

Мультиплексирование запросов
и ответов

Приоретизация стримов

Один коннекшн на домен

Управление потоком данных

404 Slide Not Found

История, больше касающаяся серверсайда/реверс-прокси и прочих сисадминских штучек. Используется для более тщательного контроля над пересылкой данных, буферизацией и всяким таким добром

Server Push

Сжатие заголовков

Итак... HTTP/2 очень хорош!

Полезные ссылки

Всем спасибо!