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CSS `Progressive Rendering` `Streaming HTML` 与 `Critical CSS` 的动态注入

咳咳，大家好！今天咱们不聊源码八卦，来点硬核的，聊聊前端性能优化里的几位大咖：Progressive Rendering（渐进式渲染）、Streaming HTML（流式HTML）和 Critical CSS（关键CSS）的动态注入。这几个家伙联手起来，能让你的网站速度飞升，用户体验蹭蹭上涨。

Part 1: Progressive Rendering (渐进式渲染) – 先睹为快，抓住用户的心

Progressive Rendering，顾名思义，就是像剥洋葱一样，一层一层地渲染页面。与其等到整个HTML、CSS、JS都下载完毕才开始显示，不如优先展示用户能看到的内容。想象一下，你访问一个网站，一片空白，Loading…，Loading…，用户的心情也会Loading…，Loading…直到崩溃。而渐进式渲染，先给你看个骨架，再慢慢填充细节，用户立马知道“哦，有东西了！”，焦虑感瞬间降低。

1.1 实现渐进式渲染的常见手段：

  • 延迟加载图片和视频： 利用 loading="lazy" 属性或者 Intersection Observer API，让图片和视频在进入视口时才加载。

    <img src="placeholder.jpg" data-src="real_image.jpg" loading="lazy" alt="描述">
<video controls preload="none" poster="video_poster.jpg" data-src="real_video.mp4"></video>
<script>
  // 使用 Intersection Observer 实现延迟加载
  const lazyImages = document.querySelectorAll('img[loading="lazy"], video[preload="none"]');
  const observer = new IntersectionObserver((entries) => {
    entries.forEach(entry => {
      if (entry.isIntersecting) {
        const element = entry.target;
        if (element.tagName === 'IMG') {
          element.src = element.dataset.src;
        } else if (element.tagName === 'VIDEO') {
          element.src = element.dataset.src;
        }
        observer.unobserve(element);
      }
    });
  });
  lazyImages.forEach(image => {
    observer.observe(image);
  });
</script>

  • 虚拟滚动 (Virtual Scrolling): 对于长列表，只渲染视口内的元素，滚动时动态加载新的元素，释放滚出视口的元素。这在处理大数据量表格或者无限滚动页面时尤其重要。

  • 按需加载模块： 使用代码分割 (Code Splitting) 将应用拆分成多个小的模块，只有在需要时才加载。Webpack、Rollup等打包工具都支持代码分割。

  • 骨架屏 (Skeleton Screens): 在内容加载完成前，先显示一个简单的骨架，让用户感知到页面正在加载，而不是一片空白。

    <div class="skeleton-container">
  <div class="skeleton-title"></div>
  <div class="skeleton-paragraph"></div>
  <div class="skeleton-image"></div>
</div>
<style>
  .skeleton-container {
    width: 300px;
    padding: 10px;
    border: 1px solid #ddd;
    border-radius: 5px;
  }

  .skeleton-title {
    width: 80%;
    height: 20px;
    background-color: #eee;
    margin-bottom: 10px;
    animation: skeleton-loading 1.2s linear infinite alternate;
  }

  .skeleton-paragraph {
    width: 100%;
    height: 12px;
    background-color: #eee;
    margin-bottom: 5px;
    animation: skeleton-loading 1.2s linear infinite alternate;
  }

  .skeleton-image {
    width: 100%;
    height: 150px;
    background-color: #eee;
    animation: skeleton-loading 1.2s linear infinite alternate;
  }

  @keyframes skeleton-loading {
    0% {
      background-color: #eee;
    }
    100% {
      background-color: #ddd;
    }
  }
</style>
<script>
    // 模拟数据加载
    setTimeout(() => {
      const skeletonContainer = document.querySelector('.skeleton-container');
      skeletonContainer.innerHTML = `
        <h2>真实标题</h2>
        <p>真实段落内容</p>
        <img src="real_image.jpg" alt="真实图片">
      `;
    }, 2000);
  </script>

Part 2: Streaming HTML (流式HTML) – 服务器的快马加鞭

传统的HTTP请求-响应模式，服务器需要将整个HTML页面渲染完毕才能发送给浏览器。而Streaming HTML，则像流水线一样，服务器一边渲染，一边将已经渲染好的部分发送给浏览器。浏览器收到一部分，就立即开始解析和渲染，无需等待整个页面。

2.1 流式HTML的优势：

  • TTFB (Time To First Byte) 降低： 浏览器更快地收到第一个字节，开始渲染，用户更快看到内容。
  • 提高用户体验： 页面逐步呈现，减少用户的等待时间，提升用户体验。
  • 更有效地利用服务器资源： 服务器可以并行处理多个请求，提高吞吐量。

2.2 如何实现流式HTML：

  • 服务器端渲染 (SSR) + 流式传输： 使用Node.js等服务器端技术，将HTML分块发送给浏览器。

    // Node.js + Express 示例
const express = require('express');
const app = express();

app.get('/', (req, res) => {
  res.setHeader('Content-Type', 'text/html; charset=utf-8');
  res.write('<!DOCTYPE html><html><head><title>Streaming HTML</title></head><body>');
  res.write('<h1>Hello, Streaming!</h1>');

  // 模拟耗时操作
  setTimeout(() => {
    res.write('<p>This is the first chunk.</p>');
    res.flush(); // 强制将数据发送到客户端

    setTimeout(() => {
      res.write('<p>This is the second chunk.</p>');
      res.write('</body></html>');
      res.end(); // 结束响应
    }, 1000);
  }, 1000);
});

app.listen(3000, () => {
  console.log('Server is running on port 3000');
});

    重点： res.flush() 是关键，它强制将缓冲区中的数据发送到客户端。

  • HTTP/2 Server Push： HTTP/2 允许服务器主动将资源（如CSS、JS、图片）推送给浏览器，无需浏览器请求。这可以进一步减少延迟。

2.3 流式HTML的挑战：

  • 错误处理： 如果在流式传输过程中发生错误，需要妥善处理，避免页面崩溃。
  • 状态管理： 在流式传输过程中，需要维护请求的状态，确保数据的一致性。
  • 复杂的代码结构： 需要重新思考服务器端渲染的逻辑，以便支持流式传输。

Part 3: Critical CSS (关键CSS) – 闪电启动，秒开体验

Critical CSS，就是首屏渲染所需的最小CSS集合。将这部分CSS直接内联到HTML中，让浏览器在加载HTML时就能立即渲染首屏内容，而无需等待外部CSS文件的下载。

3.1 Critical CSS的优势：

  • 减少渲染阻塞： 浏览器无需等待外部CSS文件下载，减少渲染阻塞时间，提高页面加载速度。
  • 改善用户体验： 用户更快地看到页面内容，提升用户体验。

3.2 如何生成Critical CSS：

  • 手动提取： 这是最原始的方法，但容易出错，维护成本高。

  • 自动化工具： 有很多工具可以自动提取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，但性能更好。
    • 在线工具： 也有一些在线工具可以生成 Critical CSS。
    # 使用 Critical
npm install critical --save-dev
    // 使用 Critical
const critical = require('critical');

critical.generate({
  inline: false, // 是否内联 Critical CSS
  base: 'dist/', // HTML 文件的根目录
  src: 'index.html', // HTML 文件路径
  target: 'critical.css', // Critical CSS 输出路径
  width: 1300, // 视口宽度
  height: 900, // 视口高度
}).then(output => {
  console.log('Critical CSS generated:', output.css);
}).catch(err => {
  console.error('Error generating Critical CSS:', err);
});

3.3 动态注入Critical CSS：

生成Critical CSS后，需要将其内联到HTML中。一种常见的方法是在构建过程中完成。

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
  <title>Critical CSS Example</title>
  <style>
    /* Critical CSS */
    /* 自动生成的 Critical CSS 将会被插入到这里 */
  </style>
  <link rel="preload" href="style.css" as="style" onload="this.onload=null;this.rel='stylesheet'">
  <noscript><link rel="stylesheet" href="style.css"></noscript>
</head>
<body>
  <h1>Hello, Critical CSS!</h1>
  <p>This is a paragraph.</p>
</body>
</html>

说明：

  • <style> 标签用于内联 Critical CSS。在构建过程中，工具会将自动生成的 Critical CSS 插入到这个标签中。
  • <link rel="preload"> 用于预加载剩余的 CSS 文件。as="style" 告诉浏览器预加载的是样式表。onload="this.onload=null;this.rel='stylesheet'" 是一个技巧，当 CSS 文件加载完成后，将 rel 属性设置为 stylesheet，启用样式。
  • <noscript> 标签用于在 JavaScript 被禁用时加载完整的 CSS 文件。

Part 4: 三剑客的组合拳 – 打造极致性能

现在，让我们把 Progressive Rendering、Streaming HTML 和 Critical CSS 组合起来，打一套漂亮的组合拳。

4.1 流程：

  1. 服务器端使用 Streaming HTML： 服务器将HTML分块发送给浏览器。
  2. HTML中内联 Critical CSS： 确保首屏内容能立即渲染。
  3. 使用 Progressive Rendering 优化： 延迟加载图片、视频，使用虚拟滚动，按需加载模块。

4.2 示例：

// Node.js + Express 示例 (结合 Streaming HTML 和 Critical CSS)
const express = require('express');
const fs = require('fs');
const critical = require('critical');
const app = express();

const criticalCSSPath = 'dist/critical.css';
const fullCSSPath = 'dist/style.css';
const htmlFilePath = 'dist/index.html';

async function generateCriticalCSS() {
  try {
    const result = await critical.generate({
      inline: false,
      base: 'dist/',
      src: 'index.html',
      target: criticalCSSPath,
      width: 1300,
      height: 900,
    });
    return result.css;
  } catch (err) {
    console.error('Error generating Critical CSS:', err);
    return '';
  }
}

app.get('/', async (req, res) => {
  res.setHeader('Content-Type', 'text/html; charset=utf-8');

  // 读取 HTML 文件
  let htmlContent = fs.readFileSync(htmlFilePath, 'utf-8');

  // 生成 Critical CSS
  const criticalCSS = await generateCriticalCSS();

  // 将 Critical CSS 插入到 HTML 中
  htmlContent = htmlContent.replace('/* Critical CSS */n    /* 自动生成的 Critical CSS 将会被插入到这里 */', criticalCSS);

  // 将 HTML 分块发送给浏览器
  res.write('<!DOCTYPE html><html><head><title>Streaming + Critical CSS</title>');
  res.write(`<style>${criticalCSS}</style>`); // 内联 Critical CSS
  res.write(`<link rel="preload" href="${fullCSSPath}" as="style" onload="this.onload=null;this.rel='stylesheet'">`);
  res.write(`<noscript><link rel="stylesheet" href="${fullCSSPath}"></noscript>`);
  res.write('</head><body>');
  res.write('<h1>Hello, Streaming + Critical CSS!</h1>');
  res.flush();

  setTimeout(() => {
    res.write('<p>This is the first chunk.</p>');
    res.flush();

    setTimeout(() => {
      res.write('<img src="placeholder.jpg" data-src="real_image.jpg" loading="lazy" alt="Lazy Loaded Image">');
      res.write('<p>This is the second chunk.</p>');
      res.write('</body></html>');
      res.end();
    }, 1000);
  }, 1000);
});

app.use(express.static('dist')); // Serve static files

app.listen(3000, () => {
  console.log('Server is running on port 3000');
});

注意： 这个示例只是一个简单的演示，实际项目中需要根据具体情况进行调整。例如，可以使用更复杂的模板引擎来生成HTML，可以使用更高级的缓存策略来优化性能。

Part 5: 总结与展望

Progressive Rendering、Streaming HTML 和 Critical CSS 都是前端性能优化的利器。掌握它们，可以显著提高网站的加载速度和用户体验。当然，性能优化是一个持续的过程，需要不断地学习和实践。

表格总结：

技术 优势 劣势 适用场景
Progressive Rendering 提高用户体验，减少等待时间，优先展示关键内容 实现复杂度较高，需要仔细规划加载策略 所有网站，尤其适用于内容丰富的网站
Streaming HTML 降低 TTFB，更快开始渲染，提高服务器吞吐量 错误处理复杂，状态管理困难，需要重新思考服务器端渲染逻辑 需要服务器端渲染的网站，例如 SEO 友好的网站，内容动态更新频繁的网站
Critical CSS 减少渲染阻塞，更快渲染首屏内容，提升用户体验 需要自动化工具，维护成本较高，需要定期更新 Critical CSS 所有网站，尤其适用于首屏内容重要的网站

未来，随着Web技术的不断发展，前端性能优化也会面临新的挑战和机遇。例如，WebAssembly 可以提供更高的性能，Service Worker 可以实现离线访问，HTTP/3 可以提供更快的传输速度。我们需要不断学习新的技术，才能在前端性能优化的道路上走得更远。

好了，今天的讲座就到这里。希望大家有所收获，也希望大家能把这些技术应用到实际项目中，让我们的网站速度更快，用户体验更好！下次有机会再和大家分享其他前端技术。谢谢大家！

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