分析 CSS 字体子集化对加载与渲染速度的影响 - 智猿学院-前后端，数据库，人工智能，云计算等领域前沿技术讲座

CSS 字体子集化：提升网页加载与渲染速度的关键技术

大家好，今天我们来深入探讨一个对网页性能至关重要的主题：CSS 字体子集化。在现代 Web 开发中，字体的使用已经非常普遍，漂亮的字体能显著提升用户体验。然而，如果不加优化地使用字体，会给网页的加载速度和渲染性能带来负面影响。字体文件通常比较大，特别是包含大量字符的字体，这会导致页面加载时间延长，甚至出现“文本闪烁”（FOIT/FOUT）等问题。而字体子集化，正是解决这些问题的有效手段。

1. 字体文件对网页性能的影响

首先，我们来了解一下字体文件为什么会对网页性能产生影响。主要原因有以下几点：

文件大小： 完整的字体文件，例如包含中日韩字符的字体，体积通常很大，很容易达到几 MB 甚至十几 MB。浏览器需要下载整个字体文件才能显示文本，这会显著增加页面的加载时间，特别是对于网络状况不佳的用户。
渲染阻塞： 浏览器在渲染页面时，如果遇到需要使用字体的文本，会优先下载字体文件。在字体文件下载完成之前，浏览器可能会阻止文本的渲染，导致页面出现空白或使用备用字体显示，这就是所谓的“文本闪烁”（Flash of Invisible Text，FOIT）或“文本样式闪烁”（Flash of Unstyled Text，FOUT）。
内存占用： 即使字体文件下载完成后，浏览器也需要将其加载到内存中才能进行渲染。过大的字体文件会占用大量内存，影响页面的整体性能，甚至导致页面崩溃。

为了更直观地说明字体文件大小的影响，我们来看一个简单的例子：

字体名称	语言	文件大小 (approx.)
Roboto	English	150KB
Source Han Sans	Chinese	15MB

从上表可以看出，包含大量字符的字体文件（例如中文字体）比只包含英文字符的字体文件大得多。因此，针对中文网站，字体优化显得尤为重要。

2. 什么是字体子集化？

字体子集化，也称为字体裁剪，是指从完整的字体文件中提取出页面实际需要使用的字符，创建一个只包含这些字符的字体子集。这样可以显著减小字体文件的大小，从而提高页面加载速度和渲染性能。

举个例子，如果一个网页只使用了 "你好世界" 这四个汉字，那么我们就可以通过字体子集化，创建一个只包含这四个汉字的字体文件，而不是加载整个中文字体文件。

3. 字体子集化的原理

字体子集化的原理很简单：

分析页面： 分析 HTML、CSS 和 JavaScript 代码，找出页面实际使用的所有字符。
提取字符： 从原始字体文件中提取出这些字符对应的字形数据。
生成子集： 将提取出的字形数据打包成一个新的字体文件。

4. 字体子集化的方法

有很多种方法可以进行字体子集化，下面介绍几种常用的方法：

手动子集化： 这是最原始的方法，需要手动编辑字体文件，删除不需要的字符。这种方法非常繁琐，容易出错，不适用于大型项目。
在线字体子集化工具： 有很多在线工具可以进行字体子集化，例如：
- Font Squirrel Webfont Generator (https://www.fontsquirrel.com/tools/webfont-generator)
- 字客网 (https://www.ziti.name/)
- 等等。
这些工具通常提供友好的用户界面，可以方便地上传字体文件，选择需要保留的字符，然后生成子集化的字体文件。
命令行工具： 有一些命令行工具可以自动进行字体子集化，例如：
- fontmin: 一个基于 Node.js 的字体子集化工具。
- subset: Python 库，可以对字体进行子集化操作。
这些工具通常需要编写一些脚本，但可以自动化整个子集化流程，适用于大型项目。
Webpack 插件： 如果你使用 Webpack 进行前端构建，可以使用一些插件来自动进行字体子集化，例如：
- font-subset-webpack-plugin
- webpack-font-subset
这些插件可以在构建过程中自动分析代码，提取使用的字符，并生成子集化的字体文件。

5. 使用 fontmin 进行字体子集化的示例

这里我们以 fontmin 为例，演示如何使用命令行工具进行字体子集化。

首先，你需要安装 Node.js 和 npm。然后，可以使用以下命令安装 fontmin:

npm install fontmin -g

安装完成后，就可以使用 fontmin 命令进行字体子集化了。

假设你有一个名为 SourceHanSansCN-Regular.otf 的字体文件，并且你的 HTML 文件中使用了 "你好世界" 这四个汉字。你可以创建一个名为 subset.txt 的文件，其中包含这四个汉字：

你好世界

然后，可以使用以下命令进行字体子集化：

fontmin SourceHanSansCN-Regular.otf --text=subset.txt --dest=./dist

这个命令会将 SourceHanSansCN-Regular.otf 文件中 "你好世界" 这四个汉字提取出来，生成一个新的字体文件，并保存在 dist 目录下。

你也可以直接在命令行中指定需要保留的字符：

fontmin SourceHanSansCN-Regular.otf --text="你好世界" --dest=./dist

fontmin 还支持更多的选项，例如：

--font-family: 指定字体族名。
--font-style: 指定字体样式。
--font-weight: 指定字体粗细。

你可以使用 fontmin --help 命令查看所有可用的选项。

示例代码：使用 fontmin 和 Webpack 插件进行字体子集化

以下是一个使用 fontmin 和 font-subset-webpack-plugin 进行字体子集化的示例 Webpack 配置：

const FontminPlugin = require('fontmin-webpack');
const glob = require('glob');

module.exports = {
  // ...其他配置
  module: {
    rules: [
      // ...其他规则
      {
        test: /.(woff(2)?|ttf|eot|otf)$/,
        type: 'asset/resource',
        generator: {
          filename: 'fonts/[name][ext]',
        },
      },
    ],
  },
  plugins: [
    new FontminPlugin({
      autodetect: true, // 会自动分析 entry 提炼文字
      text: () => { // 手动配置要提取的文字
          const files = glob.sync('./src/**/*.?(js|jsx|ts|tsx|vue|html)'); // 匹配需要提取文本的文件类型
          let text = '';
          files.forEach(file => {
              const content = fs.readFileSync(file, 'utf-8');
              text += content;
          });
          return text;
      },
      glyphs: [],
      plugins: [
        './node_modules/fontmin-glyph/lib/index.js', // 必须是绝对路径
        './node_modules/fontmin-ttf2eot/lib/index.js',
        './node_modules/fontmin-ttf2woff/lib/index.js',
        './node_modules/fontmin-ttf2woff2/lib/index.js',
      ],
    }),
  ],
};

这个配置会自动分析项目中的 JavaScript、JSX、TypeScript、TSX、Vue 和 HTML 文件，提取使用的字符，并生成子集化的字体文件。

6. CSS 中如何使用子集化的字体？

在 CSS 中使用子集化的字体与使用普通字体没有区别，只需要使用 @font-face 规则定义字体，并指定字体文件的路径即可。

例如：

@font-face {
  font-family: 'MyCustomFont';
  src: url('fonts/MyCustomFont-subset.woff2') format('woff2'),
       url('fonts/MyCustomFont-subset.woff') format('woff');
  font-weight: normal;
  font-style: normal;
  font-display: swap; /* 避免FOIT/FOUT */
}

body {
  font-family: 'MyCustomFont', sans-serif;
}

需要注意的是，font-display 属性非常重要，它可以控制浏览器在字体文件下载完成之前如何显示文本。swap 值表示浏览器会立即使用备用字体显示文本，并在字体文件下载完成后切换到自定义字体，从而避免 FOIT/FOUT 问题。

7. 字体子集化的注意事项

字符覆盖： 在进行字体子集化时，一定要确保提取的字符能够覆盖页面所有需要显示的文本。如果遗漏了某些字符，会导致页面显示乱码。
动态内容： 如果页面包含动态生成的内容，例如用户输入或从服务器获取的数据，那么需要考虑如何动态更新字体子集。一种方法是在服务器端进行字体子集化，另一种方法是在客户端使用 JavaScript 动态加载字体子集。
缓存： 字体文件通常会被浏览器缓存，因此，即使进行了字体子集化，用户也可能需要清除浏览器缓存才能看到效果。
字体版权： 在进行字体子集化时，需要遵守字体的版权协议。某些字体可能不允许进行子集化或商业使用。
性能测试： 在进行字体子集化后，需要进行性能测试，验证是否真正提高了页面加载速度和渲染性能。可以使用 Chrome DevTools 等工具进行性能分析。
Fallback 字体： 始终提供备用字体，以防自定义字体加载失败。确保备用字体与自定义字体的视觉效果相似，以减少视觉跳跃。

8. 字体子集化的优势与局限性

优势	局限性
显著减小字体文件大小，提高加载速度	需要额外的构建步骤或工具
减少内存占用，提高渲染性能	可能需要处理动态内容和更新字体子集
避免 FOIT/FOUT 问题，提升用户体验	需要考虑字符覆盖和字体版权问题
降低带宽消耗，节省服务器资源	如果子集提取不完整，可能导致页面显示乱码

9. 字体子集化与 Unicode-range

unicode-range 是一个 CSS 属性，允许你指定字体文件所包含的 Unicode 字符范围。通过 unicode-range，你可以将不同的字符范围分配给不同的字体文件，从而实现更精细的字体子集化。

例如：

@font-face {
  font-family: 'MyCustomFont';
  src: url('fonts/MyCustomFont-latin.woff2') format('woff2');
  unicode-range: U+0020-00FF; /* Basic Latin and Latin-1 Supplement */
}

@font-face {
  font-family: 'MyCustomFont';
  src: url('fonts/MyCustomFont-chinese.woff2') format('woff2');
  unicode-range: U+4E00-9FFF; /* CJK Unified Ideographs */
}

body {
  font-family: 'MyCustomFont', sans-serif;
}

在这个例子中，我们将 MyCustomFont 分成了两个字体文件：MyCustomFont-latin.woff2 包含拉丁字符，MyCustomFont-chinese.woff2 包含汉字。通过 unicode-range 属性，我们告诉浏览器，如果需要显示拉丁字符，就使用 MyCustomFont-latin.woff2，如果需要显示汉字，就使用 MyCustomFont-chinese.woff2。

使用 unicode-range 可以减少不必要的字体下载，提高页面加载速度。但是，需要注意的是，unicode-range 的兼容性不是很好，一些旧版本的浏览器可能不支持。

示例：使用 unicode-range 实现字体分割

假设我们有一个网站，主要使用英文，但偶尔会显示一些中文。我们可以将字体分割成英文和中文两个部分，并使用 unicode-range 来指定它们的应用范围。

创建英文字体子集： 使用字体子集化工具提取字体中的英文字符（例如 ASCII 字符）。
创建中文字体子集： 使用字体子集化工具提取字体中的中文字符（例如 CJK Unified Ideographs）。
在 CSS 中使用 unicode-range：

@font-face {
  font-family: 'MyFont';
  src: url('myfont-latin.woff2') format('woff2');
  unicode-range: U+0000-00FF; /* 基本拉丁字符和拉丁字符补充 */
}

@font-face {
  font-family: 'MyFont';
  src: url('myfont-chinese.woff2') format('woff2');
  unicode-range: U+4E00-9FFF; /* CJK 统一表意符号 */
}

body {
  font-family: 'MyFont', sans-serif;
}

这样，当页面上出现英文字符时，浏览器只会下载 myfont-latin.woff2，当页面上出现中文字符时，浏览器才会下载 myfont-chinese.woff2。

10. 未来趋势：Variable Fonts

Variable Fonts（可变字体）是一种新的字体技术，允许在一个字体文件中包含多个字体变体（例如不同的字重、字宽、字形），并通过 CSS 属性进行控制。Variable Fonts 可以显著减小字体文件的大小，并提供更灵活的字体样式控制。

使用 Variable Fonts 可以避免为不同的字重或字宽创建多个字体文件，从而减少 HTTP 请求，提高页面加载速度。

示例：使用 Variable Fonts 控制字重

@font-face {
  font-family: 'MyVariableFont';
  src: url('MyVariableFont.woff2') format('woff2-variations');
  font-weight: 100 900; /* 指定字重范围 */
  font-style: normal;
}

h1 {
  font-family: 'MyVariableFont', sans-serif;
  font-weight: 700; /* 使用不同的字重 */
}

p {
  font-family: 'MyVariableFont', sans-serif;
  font-weight: 400;
}

在这个例子中，MyVariableFont.woff2 文件包含了从 100 到 900 的所有字重变体。我们可以通过 font-weight 属性来控制文本的字重，而不需要加载不同的字体文件。

虽然 Variable Fonts 是一种很有前景的技术，但目前的支持度还不是很高。需要根据实际情况进行选择。

总结：选择最合适的字体优化方案

字体子集化是提升网页性能的有效手段，选择合适的工具和方法，可以显著减小字体文件大小，提高加载速度和渲染性能。同时，也要注意字符覆盖、动态内容和字体版权等问题。结合 unicode-range 和 Variable Fonts 等技术，可以实现更精细的字体优化。最终目标是为用户提供更流畅、更快速的网页浏览体验。

精简体积，优化渲染，提升用户体验

字体优化需要根据项目具体情况选择最合适的方案。
记住精简字体体积，优化渲染流程，最终提升用户体验是我们的目标。
不断学习新的技术和方法，才能更好地应对不断变化的 Web 开发环境。

CSS 字体子集化：提升网页加载与渲染速度的关键技术

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