Vue SSR中的样式注入与CSS Critical Path优化：减少首屏渲染阻塞 - 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

Vue SSR 中的样式注入与 CSS Critical Path 优化：减少首屏渲染阻塞

大家好，今天我们来聊聊 Vue SSR (Server-Side Rendering) 中样式注入和 CSS Critical Path 优化，以及如何通过这些技术来减少首屏渲染阻塞，提升用户体验。在单页应用 (SPA) 中，浏览器需要先下载 JavaScript 代码，然后执行代码来渲染页面，这会导致首屏渲染时间较长。SSR 可以在服务器端预先渲染页面，将完整的 HTML 返回给浏览器，从而加快首屏渲染速度。然而，如果样式处理不当，仍然会导致首屏渲染阻塞，影响用户体验。

1. 理解首屏渲染阻塞与 CSS

在浏览器渲染页面时，它会先解析 HTML 构建 DOM 树，然后解析 CSS 构建 CSSOM 树。DOM 树和 CSSOM 树合并成渲染树 (Render Tree)，浏览器根据渲染树计算每个节点的位置和大小 (Layout)，最后将页面绘制到屏幕上 (Paint)。

CSS 的加载和解析会阻塞渲染。具体来说：

CSS 会阻塞渲染树的构建: 浏览器需要先完成 CSSOM 树的构建才能开始渲染。如果在 CSS 加载完成之前，渲染进程会等待。
CSS 会阻塞 JavaScript 的执行: 为了防止 JavaScript 访问到未应用样式的 DOM 元素，浏览器会阻塞 JavaScript 的执行，直到 CSSOM 构建完成。

因此，优化 CSS 的加载和解析是减少首屏渲染阻塞的关键。

2. Vue SSR 中常见的样式处理方式

在 Vue SSR 中，我们通常使用以下几种方式来处理样式：

内联 CSS: 将 CSS 直接嵌入到 HTML 中。
外部 CSS 文件: 通过 <link> 标签引入 CSS 文件。
CSS-in-JS: 使用 JavaScript 来管理 CSS，例如 styled-components、emotion 等。

不同的样式处理方式对首屏渲染的影响不同。

2.1 内联 CSS

内联 CSS 可以避免额外的 HTTP 请求，减少网络延迟。但是，如果内联的 CSS 过多，会导致 HTML 文件过大，增加传输时间。此外，内联 CSS 无法被浏览器缓存，每次请求都需要重新下载。

示例：

<template>
  <div :style="{ color: textColor, fontSize: fontSize + 'px' }">
    Hello, SSR!
  </div>
</template>

<script>
export default {
  data() {
    return {
      textColor: 'red',
      fontSize: 20
    };
  }
};
</script>

在 SSR 环境下，可以将这些动态的 style 直接渲染到 HTML 中。

2.2 外部 CSS 文件

外部 CSS 文件可以通过 <link> 标签引入，可以被浏览器缓存，减少重复下载。但是，需要额外的 HTTP 请求，增加网络延迟。

示例：

在 index.html 中：

<head>
  <link rel="stylesheet" href="/dist/style.css">
</head>

2.3 CSS-in-JS

CSS-in-JS 将 CSS 代码写在 JavaScript 中，可以实现组件级别的样式隔离，方便样式的动态修改。但是，CSS-in-JS 需要在客户端执行 JavaScript 代码来生成 CSS，会增加客户端的计算负担，并且可能会导致 FOUC (Flash of Unstyled Content)。

示例： (使用 styled-components)

import styled from 'styled-components';

const Title = styled.h1`
  font-size: 1.5em;
  text-align: center;
  color: palevioletred;
`;

function App() {
  return (
    <Title>
      Hello, styled-components!
    </Title>
  );
}

export default App;

在 SSR 环境下，需要将 styled-components 生成的 CSS 提取出来，并注入到 HTML 中。

3. CSS Critical Path 优化

CSS Critical Path 优化是指提取渲染首屏所需的最小 CSS 集合，并优先加载这些 CSS。可以显著减少首屏渲染阻塞，提升用户体验。

Critical Path CSS 优化的核心思想是：只加载首屏需要的 CSS，延迟加载其他 CSS。

3.1 识别 Critical CSS

可以使用一些工具来自动识别 Critical CSS，例如：

Critical: 一个 Node.js 模块，可以分析 HTML 和 CSS，提取 Critical CSS。
Penthouse: 另一个 Node.js 模块，功能类似 Critical。

这些工具的原理是：分析 HTML 结构和 CSS 样式，找出在首屏可见区域内使用的 CSS 规则。

3.2 提取 Critical CSS 并内联

将识别出的 Critical CSS 内联到 HTML 中，可以避免额外的 HTTP 请求，加快首屏渲染速度。

示例：

假设我们使用 Critical 工具识别出 Critical CSS 如下：

.header {
  background-color: #f0f0f0;
  padding: 10px;
}

.content {
  margin: 20px;
}

然后，可以将这些 CSS 内联到 HTML 中：

<head>
  <style>
    .header {
      background-color: #f0f0f0;
      padding: 10px;
    }

    .content {
      margin: 20px;
    }
  </style>
  <link rel="stylesheet" href="/dist/style.css" onload="this.onload=null;this.rel='stylesheet'">
  <noscript><link rel="stylesheet" href="/dist/style.css"></noscript>
</head>

注意：

我们将 Critical CSS 内联到 <style> 标签中。
我们使用 onload 事件来异步加载剩余的 CSS 文件 style.css。 onload="this.onload=null;this.rel='stylesheet'" 确保在 CSS 加载完成后，rel 属性从 preload 变为 stylesheet。
noscript 标签确保在 JavaScript 被禁用时，CSS 文件仍然可以被加载。

3.3 异步加载剩余 CSS

将剩余的 CSS 文件异步加载，可以避免阻塞首屏渲染。可以使用以下几种方式来异步加载 CSS：

使用 preload 属性: 在 <link> 标签中使用 preload 属性，可以预加载 CSS 文件，并在需要时应用。
使用 JavaScript 动态创建 <link> 标签: 使用 JavaScript 动态创建 <link> 标签，并将其添加到 <head> 中。

示例： (使用 preload 属性)

<head>
  <link rel="preload" href="/dist/style.css" as="style" onload="this.onload=null;this.rel='stylesheet'">
  <noscript><link rel="stylesheet" href="/dist/style.css"></noscript>
</head>

示例： (使用 JavaScript 动态创建 <link> 标签)

function loadCSS(url) {
  const link = document.createElement('link');
  link.rel = 'stylesheet';
  link.href = url;
  document.head.appendChild(link);
}

window.onload = function() {
  loadCSS('/dist/style.css');
};

3.4 代码分割与按需加载 CSS

对于大型应用，可以将 CSS 代码分割成多个文件，并按需加载。例如，可以根据路由或组件来分割 CSS 代码。

示例：

假设我们有两个路由：/home 和 /about。我们可以将 CSS 代码分割成 home.css 和 about.css 两个文件。

在 /home 路由对应的组件中，加载 home.css：

<template>
  <div>
    Home Page
  </div>
</template>

<script>
export default {
  mounted() {
    this.loadCSS('/dist/home.css');
  },
  methods: {
    loadCSS(url) {
      const link = document.createElement('link');
      link.rel = 'stylesheet';
      link.href = url;
      document.head.appendChild(link);
    }
  }
};
</script>

在 /about 路由对应的组件中，加载 about.css：

<template>
  <div>
    About Page
  </div>
</template>

<script>
export default {
  mounted() {
    this.loadCSS('/dist/about.css');
  },
  methods: {
    loadCSS(url) {
      const link = document.createElement('link');
      link.rel = 'stylesheet';
      link.href = url;
      document.head.appendChild(link);
    }
  }
};
</script>

4. 在 Vue SSR 中实现样式注入和 CSS Critical Path 优化

接下来，我们来看如何在 Vue SSR 中实现样式注入和 CSS Critical Path 优化。

4.1 使用 vue-server-renderer 注入样式

vue-server-renderer 提供了 renderToString 方法，可以将 Vue 组件渲染成 HTML 字符串。在渲染过程中，可以将 CSS 提取出来，并注入到 HTML 中。

示例：

const Vue = require('vue');
const renderer = require('vue-server-renderer').createRenderer();

const app = new Vue({
  template: `<div>Hello, SSR! <style scoped>.test { color: red; }</style></div>`
});

renderer.renderToString(app, (err, html) => {
  if (err) {
    console.error(err);
    return;
  }
  console.log(html);
});

这个例子演示了如何在 SSR 中渲染一个包含 scoped CSS 的 Vue 组件。 vue-server-renderer 会自动处理 scoped CSS，将其提取并注入到 HTML 中。

4.2 集成 Critical 工具

可以将 Critical 工具集成到 SSR 构建流程中，自动提取 Critical CSS 并内联到 HTML 中。

示例：

安装 Critical 工具：
```
npm install critical --save-dev
```

在 SSR 构建脚本中，使用 Critical 工具提取 Critical CSS：

const critical = require('critical');
const fs = require('fs');

// 假设 html 是 SSR 渲染后的 HTML 字符串
critical.generate({
  inline: true,
  base: './dist', // CSS 文件所在的目录
  html: html,
  css: ['./dist/style.css'] // CSS 文件列表
}).then(output => {
    // output.html 包含了内联了 Critical CSS 的 HTML 字符串
    fs.writeFileSync('./dist/index.html', output.html);
}).catch(err => {
    console.error(err);
});

将 Critical CSS 内联到 HTML 中，并异步加载剩余 CSS。

4.3 使用 webpack 插件提取 CSS

可以使用 webpack 插件，例如 mini-css-extract-plugin，将 CSS 提取成单独的文件。

示例：

安装 mini-css-extract-plugin：

npm install mini-css-extract-plugin --save-dev

在 webpack.config.js 中配置 mini-css-extract-plugin：

const MiniCssExtractPlugin = require('mini-css-extract-plugin');

module.exports = {
  // ...
  plugins: [
    new MiniCssExtractPlugin({
      filename: 'style.css',
    }),
  ],
  module: {
    rules: [
      {
        test: /.css$/,
        use: [
          MiniCssExtractPlugin.loader,
          'css-loader',
        ],
      },
    ],
  },
};

在 Vue 组件中引入 CSS 文件：

<template>
  <div>
    Hello, SSR!
  </div>
</template>

<style src="./style.css"></style>

webpack 会将 CSS 提取成 style.css 文件，并在 HTML 中通过 <link> 标签引入。

5. 优化 CSS-in-JS 在 SSR 中的应用

如果使用 CSS-in-JS，需要在 SSR 中提取 CSS 并注入到 HTML 中。

5.1 使用 styled-components 的 ServerStyleSheet

styled-components 提供了 ServerStyleSheet 类，可以在 SSR 中收集 CSS 并注入到 HTML 中。

示例：

import { ServerStyleSheet } from 'styled-components';
import { renderToString } from 'react-dom/server';
import App from './App';

const sheet = new ServerStyleSheet();
const html = renderToString(sheet.collectStyles(<App />));
const styleTags = sheet.getStyleTags(); // 获取所有的 style 标签

// 将 styleTags 注入到 HTML 中
const finalHTML = `
  <!DOCTYPE html>
  <html>
    <head>
      <title>My App</title>
      ${styleTags}
    </head>
    <body>
      <div id="root">${html}</div>
    </body>
  </html>
`;

5.2 使用 emotion 的 extractCritical

emotion 提供了 extractCritical 函数，可以在 SSR 中提取 Critical CSS 并注入到 HTML 中。

示例：

import { renderToString } from 'react-dom/server';
import { extractCritical } from '@emotion/server';
import App from './App';

const { html, css, ids } = extractCritical(renderToString(<App />));

// 将 css 注入到 HTML 中
const finalHTML = `
  <!DOCTYPE html>
  <html>
    <head>
      <title>My App</title>
      <style data-emotion="${ids.join(' ')}">${css}</style>
    </head>
    <body>
      <div id="root">${html}</div>
    </body>
  </html>
`;

6. 总结与经验分享

优化策略	优点	缺点	适用场景
内联 CSS	减少 HTTP 请求，加快首屏渲染速度。	HTML 文件过大，增加传输时间；无法被浏览器缓存，每次请求都需要重新下载。	适用于 CSS 代码量较小，且变动不频繁的场景。
外部 CSS 文件	可以被浏览器缓存，减少重复下载。	需要额外的 HTTP 请求，增加网络延迟。	适用于 CSS 代码量较大，且需要被多个页面共享的场景。
CSS-in-JS	组件级别的样式隔离，方便样式的动态修改。	需要在客户端执行 JavaScript 代码来生成 CSS，增加客户端的计算负担；可能会导致 FOUC。	适用于需要高度动态化和组件化的应用，但需要注意 SSR 的优化。
CSS Critical Path	提取渲染首屏所需的最小 CSS 集合，并优先加载这些 CSS，显著减少首屏渲染阻塞，提升用户体验。	需要额外的构建步骤，增加开发复杂度。	适用于对首屏渲染速度要求较高的应用。
代码分割与按需加载	将 CSS 代码分割成多个文件，并按需加载，可以减少初始加载的 CSS 代码量，提升用户体验。	需要合理的代码分割策略，增加开发复杂度。	适用于大型应用，可以根据路由或组件来分割 CSS 代码。

在实际项目中，需要根据具体的场景选择合适的样式处理方式和优化策略。没有银弹，需要权衡各种因素，找到最适合自己的解决方案。

优先考虑 CSS Critical Path 优化: 提取 Critical CSS 并内联，可以显著减少首屏渲染阻塞。
合理使用缓存: 尽量利用浏览器的缓存机制，减少重复下载。
避免 FOUC: 在 CSS 加载完成之前，隐藏页面内容，避免 FOUC。
监控性能: 使用性能监控工具，例如 Lighthouse、WebPageTest 等，监控页面加载速度，并根据监控结果进行优化。
拥抱新的 Web 标准: 例如，使用 fetchpriority 属性来控制资源的加载优先级。

7. 减少阻塞：针对不同场景的不同方案

小型项目: 对于小型项目，可以考虑直接内联 Critical CSS，然后异步加载剩余的 CSS。
中型项目: 对于中型项目，可以使用 webpack 插件提取 CSS，并使用 preload 属性异步加载。
大型项目: 对于大型项目，可以使用代码分割与按需加载，并结合 CSS Critical Path 优化。

希望今天的分享对大家有所帮助。谢谢大家！

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