WebView性能、体验分析与优化

2017-06-22  本文已影响573人  reyzhang

在App开发中，内嵌WebView始终占有着一席之地。它能以较低的成本实现Android、iOS和Web的复用，也可以冠冕堂皇的突破苹果对热更新的封锁。
然而便利性的同时，WebView的性能体验却备受质疑，导致很多客户端中需要动态更新等页面时不得不采用其他方案。
以发展的眼光来看，功能的动态加载以及三端的融合将会是大趋势。那么如何克服WebView固有的问题呢？我们将从性能、内存消耗、体验、安全几个维度，来系统的分析客户端默认WebView的问题，以及对应的优化方案。

性能

对于WebView的性能，给人最直观的莫过于：打开速度比native慢。
是的，当我们打开一个WebView页面，页面往往会慢吞吞的loading很久，若干秒后才出现你所需要看到的页面。
这是为什么呢？
对于一个普通用户来讲，打开一个WebView通常会经历以下几个阶段：

如果从程序上观察，WebView启动过程大概分为以下几个阶段：


WebView启动时间

如何缩短这些过程的时间，就成了优化WebView性能的关键。
接下来我们逐一分析各个阶段的耗时情况，以及需要注意的优化点。

WebView初始化

当App首次打开时，默认是并不初始化浏览器内核的；只有当创建WebView实例的时候，才会创建WebView的基础框架。
所以与浏览器不同，App中打开WebView的第一步并不是建立连接，而是启动浏览器内核。
我们来分析一下这段耗时到底需要多久。

分析

针对WebView的初始化时间，我们可以定义两个指标：

测试数据：
测试系统1： iOS模拟器，Titans 10.0.7
测试系统2： OPPO R829T Android 4.2.2
测试方式：测试10次取平均值
测试App：美团外卖
单位：ms

| | 首次初始化时间 | 二次初始化时间 |
| -- ------|:-------------:| -----:|
| iOS（UIWebView） |306.56 | 76.43 |
| iOS（WKWebView） | 763.26 | 457.25 |
| Android | 192.79 * | 142.53 |

*Android外卖客户端启动后会在后台开启WebView进程，故并不是完全新建WebView时间。

这意味着什么呢？

作为前端工程师，统计了无数次的页面打开时间，都是以网络连接开始作为起点的。
很遗憾的通知您：WebView中用户体验到的打开时间需要再增加70~700ms。
于是我们找到了“为什么WebView总是很慢”的原因之一：

而这段时间，由于WebView还不存在，所有后续的过程是完全阻塞的。可以这样形容WebView初始化过程：


WebView启动过程

那么有哪些解决办法呢？

怎么优化

由于这段过程发生在native的代码中，单纯靠前端代码是无法优化的；大部分的方案都是前端和客户端协作完成，以下是几个业界采用过的方案。

全局WebView

方法：

这种方法可以比较有效的减少WebView在App中的首次打开时间。当用户访问页面时，不需要初始化WebView的时间。
当然这也带来了一些问题，包括：

【参考东软专利 - 加载网页的方法及装置 CN106250434A】

客户端代理数据请求

方法：

此方法虽然不能减小WebView初始化时间，但数据请求和WebView初始化可以并行进行，总体的页面加载时间就缩短了；缩短总体的页面加载时间：

【参考腾讯分享：70%以上业务由H5开发，手机QQ Hybrid 的架构如何优化演进？】

还有其他各种优化的方式，不再一一列举，总结起来都是围绕两点：

建立连接/服务器处理

在页面请求的数据返回之前，主要有以下过程耗费时间。

分析

以下为美团中活动页面的链接时间统计：

统计： 美团的活动页面
内容值： n%分位值（ms）

| | DNS | connection | 获取首字节 |
|-- ---------| -- ------ |:-------------:| -----:|
|50% |1.3 | 71| 172 |
| 90% | 60 | 360 | 541 |

优化

这些时间都是发生在网页加载之前，但这并不意味着无法优化，有以下几种方法。

DNS采用和客户端API相同的域名

DNS会在系统级别进行缓存，对于WebView的地址，如果使用的域名与native的API相同，则可以直接使用缓存的DNS而不用再发起请求图片。
以美团为例，美团的客户端请求域名主要位于api.meituan.com，然而内嵌的WebView主要位于 i.meituan.com。
当我们初次打开App时：

根据上面的统计，至少10%的用户打开WebView时耗费了60ms在DNS上面，如果WebView的域名与App的API域名统一，则可以让WebView的DNS时间全部达到1.3ms的量级。
静态资源同理，最好与客户端的资源域名保持一致。

同步渲染采用chunk编码

同步渲染时如果后端请求时间过长，可以考虑采用chunk编码，将数据放在最后，并优先将静态内容flush。对于传统的后端渲染页面，往往都是使用的【浏览器】--> 【Web API】 --> 【业务 API】的加载模式，其中后端时间就指的是Web API的处理时间了。在这里Web API一般有两个作用：

而一般确定静态资源的版本往往是直接读取代码版本，基本无耗时；而主要的后端时间都花费在了业务API请求上面。
那么怎么优化利用这段时间呢？
在HTTP协议中，我们可以在header中设置 transfer-encoding:chunked
使得页面可以分块输出。如果合理设计页面，让head部分都是确定的静态资源版本相关内容，而body部分是业务数据相关内容，那么我们可以在用户请求的时候，首先将Web API可以确定的部分先输出给浏览器，然后等API完全获取后，再将API数据传输给浏览器。
下图可以直观的看出分chunk输出和一起输出的区别：


分chunk加载

页面框架渲染

页面在解析到足够多的节点，且所有CSS都加载完成后进行首屏渲染。在此之前，页面保持白屏；在页面完全下载并解析完成之前，页面处于不完整展示状态。

分析

我们以一个美团的活动页面作为样例：

测试页面：http://i.meituan.com/firework/meituanxianshifengqiang
在Mac上面，模拟4G情况
页面样式：

页面

测试得到的时间耗费如下：
表1

| 阶段 | 时间 | 大小 | 备注 |
|-- ---------| -- ------ |:-------------:| -----:|
|DOM下载 |58ms | 29.5 KB| 4G网络 |
| DOM解析 | 12.5ms | 198 KB | 根据估算，在手机上慢2~5倍不等 |
| CSS请求+下载 | 58ms | 11.7 KB | 4G网络（包含链接时间，CDN） |
|CSS解析 | 2.89ms | 54.1 KB | 根据估算，在手机上慢2~5倍不等 |
|渲染 | 23ms | 1361节点 | 根据估算，在手机上慢2~5倍不等 |
|绘制 | 4.1ms | | 根据估算，在手机上慢2~5倍不等 |
|合成 | 0.23ms | | GPU处理 |

同时，对HTML的加载时间进行分析，可以得到如下时间点。
表2

| 指标 | 时间 | 计算方法 |
| -- ------ |:-------------:| :-----:|
|HTML加载完成时间 |218 | performance.timing.responseEnd - performance.timing.fetchStart|
|HTML解析完成时间 |330 | performance.timing.domInteractive - performance.timing.fetchStart|

这意味着什么呢？

对于表1

可以看到，随着在网络优良的情况下，Dom的解析所占耗时比例还是不算低的，对于低端机器更甚。Layout时间也是首屏前耗时的大头，据猜测这与页面使用了rem作为单位有关（待进一步分析）。

对于表2，我们可以发现一个问题

一般来说HTML在开始接收到返回数据的时候就开始解析HTML并构建DOM树。如果没有JS（JavaScript）阻塞的话一般会相继完成。然而，在这里时间相差了90ms……也就是说，解析被阻塞了。
进一步分析可以发现，页面的header部分有这样的代码：

.....
<link href="//ms0.meituan.net/css/eve.9d9eee71.css" rel="stylesheet" onload="MT.pageData.eveTime=Date.now()"/>
<script>
window.fk = function (callback) {
require(['util/native/risk.js'], function (risk) {
    risk.getFk(callback);
});
}
</script>
</head>
....

通常情况下，上面代码的link部分和script部分如果单独出现，都不会阻塞页面的解析：

然而，当这两部分同时出现的时候，问题就来了。

通常情况下，CSS不会阻塞HTML的解析，但如果CSS后面有JS，则会阻塞JS的执行直到CSS加载完成（即便JS是内联的脚本），从而间接阻塞HTML的解析。

优化

在页面框架加载这一部分，能够优化的点参照雅虎14条就够了；但注意不要犯错，一个小小的内联JS放错位置也会让性能下降很多。
CSS的加载会在HTML解析到CSS的标签时开始，所以CSS的标签要尽量靠前。
但是，CSS链接下面不能有任何的JS标签（包括很简单的内联JS），否则会阻塞HTML的解析。
如果必须要在头部增加内联脚本，一定要放在CSS标签之前。

CSS带来的阻塞解析

JS加载

对于大型的网站来说，在此我们先提出几个问题：

关于这些问题的解决方案数量可能会比问题还多，而它们也各有优劣。
具体分析太过复杂，鉴于篇幅原因在这里不做具体分析了。您可以期待我们的后续计划：BPM（浏览器包管理）。

JS解析、编译、执行

在PC互联网时代，人们似乎都快忘记了JS的解析和执行还需要消耗时间。确实，在几年前网速还在用kb衡量的时代里，JS的解析时间在整个页面的打开时间里只能算是九牛一毛。
然而，随着网速越来越快，而CPU的速度反而没有提升（从PC到手机），JS的时间开销就成为问题了。那么JS的编译和解析，在当今的页面上要消耗多少时间呢？

分析

我们用以下方式来检验JS代码的解析/编译和执行时间：

<script>
    window.t1 = performance.now()
</script>
<script>
    window.test = function () {
        // test code
    }
</script>
<script>
    window.t2 = performance.now()
    test();
    window.t3 = performance.now();

    alert("编译耗时：" + (t2 - t1));
    alert("执行耗时：" + (t3 - t2));
</script>

将测试代码放入 【test code】 位置，然后在手机中执行；

在首次启动客户端后，打开WebView的测试页面，我们可以得到如下的结果：

测试系统： iPhone6 iOS 10.2.1

测试系统： OPPO R829T Android 4.2.2
内容值： 编译时间（ms）/执行时间（ms）

| 系统 | Zepto.js | Vue.js | React.js + ReactDOM.js |
|-- ---------| -- ------ |:-------------:| -----:|
| iOS | 5.2 / 8 | 12.8 / 16.1 | 13.7 / 43.3 |
| Android | 13 / 40 | 43 / 127 | 26 / 353 |

当保持客户端进行不关闭情况下，关闭WebView并重新访问测试页面，再次测试得到如下结果：
系统

| 系统 | Zepto.js | Vue.js | React.js + ReactDOM.js |
|-- ---------| -- ------ |:-------------:| -----:|
| iOS | 0.9 / 1.9 | 5 / 7.4 | 3.5 / 23 |
| Android | 5 / 9 | 17 / 12 | 25 / 60 |

执行时间指的是框架代码加载的页面的初始化时间，没有任何业务的调用。

这意味着什么

经过测试可以得出以下结论：

所以，在移动浏览器上，JS的解析和执行时间并不是不可忽略的。
在低端安卓机上，（框架的初始化+异步数据请求+业务代码执行）会远高于几KB网络请求时间；高性能的Web网站需要仔细斟酌前端渲染带来的性能问题。

优化

WebView性能优化总结

一个加载网页的过程中，native、网络、后端处理、CPU都会参与，各自都有必要的工作和依赖关系；让他们相互并行处理而不是相互阻塞才可以让网页加载更快：

WebView内存消耗

分析

为了测试WebView会消耗多少内存，我们设计了如下的测试方案：

得到如下测试结果：

测试系统： iOS模拟器，Titans 10.0.7
测试系统： OPPO R829T Android 4.2.2
测试方式：测试10次取平均值

| | 首次打开增加内存 | 二次打开增加内存 | 加载KNB+VUE+灵犀 |
|-- ---------| -- ------ |:-------------:| -----:|
| iOS UIWebView | 31.1M | 5.52M| 2M |
| iOS WKWebView | 1.95M | 1.6M| 2M |
| Android | 32.2M | 6.62M| 1.7M |

WKWebView的内存消耗相比其他低了一个数量级，在此方面相当占优。
UIWebView和Android的WebView在首次初始化时都要消耗大量内存，之后每次新建WebView会额外增加一些。
UIWebView的内存占用不会在关闭WebView时主动回收，每次新开WebView都会消耗额外内存。
相比于性能，对于内存的优化可以做的还是比较有限的。

WebView体验

除了打开的速度，WebView通常体验也没有native的实现更好，我们可以找到以下几个例子：

长按选择

在WebView中，长按文字会使得WebView默认开始选择文字；长按链接会弹出提示是否在新页面打开。
解决方法：可以通过给body增加CSS来禁止这些默认规则。

点击延迟

在WebView中，click通常会有大约300ms的延迟（同时包括链接的点击，表单的提交，控件的交互等任何用户点击行为）。
唯一的例外是设置的meta：viewpoint为禁止缩放的Chrome（然而并不是Android默认的浏览器）。
解决方法：使用fastclick一般可以解决这个问题。

页面滑动期间不渲染/执行

在很多需求中会有一些吸顶的元素，例如导航条，购买按钮等；当页面滚动超出元素高度后，元素吸附在屏幕顶部。
这个功能在PC和native中都能够实现，然而在WebView中却成了难题：

在页面滚动期间，Scroll Event不触发

不仅如此，WebView在滚动期间还有各种限定：

这些限制大部分是不可突破的，但至少对于吸顶功能还是可以做一些支持：
解决方法：

crash

通常WebView并不能直接接触到底层的API，因此比较稳定；但仍然有使用不当造成整个App崩溃的情况。
目前发现的案例包括：

WebView安全

WebView被运营商劫持、注入问题

由于WebView加载的页面代码是从服务器动态获取的，这些代码将会很容易被中间环节所窃取或者修改，其中最主要的问题出自地方运营商（浙江尤其明显）和一些WiFi。
我们监测到的问题包括：

这些问题轻则影响用户体验，重则泄露数据，或影响公司信誉。
针对页面注入的行为，有一些解决方案：

使用CSP（Content Security Policy）

CSP可以有效的拦截页面中的非白名单资源，而且兼容性较好。在美团移动版的使用中，能够阻止大部分的页面内容注入。
但在使用中还是存在以下问题：

总体来说CSP是一个行之有效的防注入方案，但是如果对于安全要求更高的网站，这些还不够。

HTTPS

HTTPS可以防止页面被劫持或者注入，然而其副作用也是明显的，网络传输的性能和成功率都会下降，而且HTTPS的页面会要求页面内所有引用的资源也是HTTPS的，对于大型网站其迁移成本并不算低。
HTTPS的一个问题在于：一旦底层想要篡改或者劫持，会导致整个链接失效，页面无法展示。这会带来一个问题：本来页面只是会被注入广告，而且广告会被CSP拦截，而采用了HTTPS后，整个网页由于受到劫持完全无法展示。
对于安全要求不高的静态页面，就需要权衡HTTPS带来的利与弊了。

App使用Socket代理请求

如果HTTP请求容易被拦截，那么让App将其转换为一个Socket请求，并代理WebView的访问也是一个办法。
通常不法运营商或者WiFi都只能拦截HTTP（S）请求，对于自定义的包内容则无法拦截，因此可以基本解决注入和劫持的问题。
Socket代理请求也存在问题。

此外还有一些其他的办法，例如页面的MD5检测，页面静态页打包下载等等方式，具体如何选择还要根据具体的场景抉择。

客户端内打开第三方WebView

一般来说，客户端内的WebView都是可以通过客户端的某个schema打开的，而要打开页面的URL很多都并不写在客户端内，而是可以由URL中的参数传递过去的。
那么，一旦此URL可以通过外界输入自定义，那么就有可能在客户端内部打开一个外部的网页。
例：作案过程

解决方法：在内嵌的WebView中应该限制允许打开的WebView的域名，并设置运行访问的白名单。或者当用户打开外部链接前给用户强烈而明显的提示。

发展

在一个客户端内，native目前主要功能是提供高效而基础的功能；内部的WebView则添加一些性能体验要求不高但动态化要求高的能力。
提高客户端的动态能力，或者提高WebView的性能，都是提升App功能覆盖的方式。
而目前的各种框架，ReactNative、Week包括微信小程序，都是这个趋势的尝试。
随着技术的发展，WebView的性能、体验和安全问题也将会逐渐的改善，在App中占有越来越多比重的同时，也将会为App开拓新的能力，为用户带来更优质的体验。


dest

本文来自： http://tech.meituan.com/WebViewPerf.html

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