分析 `Web Vitals` (`LCP`, `FID`, `CLS`) 各指标的含义及其对用户体验的影响，以及优化方法。 - 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

各位观众，晚上好！我是你们今晚的性能优化小能手，今天咱们聊聊“Web Vitals”，也就是那些让你的网站从“蜗牛爬”变成“火箭飞”的关键指标。别害怕，虽然名字听起来高大上，但其实理解起来很简单，优化起来也很有意思。准备好，咱们要起飞了！

开场白：网站性能，用户体验的基石

想象一下，你兴致勃勃地打开一个网站，结果等了半天页面才慢慢显示，好不容易加载出来，点个按钮又卡半天，你是不是想直接关掉？没错，用户都是很没耐心的！网站性能直接影响用户体验，而用户体验又直接影响你的业务。所以，性能优化不是锦上添花，而是雪中送炭，是生死攸关的大事！

第一部分：Web Vitals 三大金刚

Google 为了更好地衡量网站的用户体验，推出了一套叫做“Web Vitals”的指标。这套指标就像给你的网站做体检，告诉你哪里出了问题。其中，最核心的就是这三个：LCP、FID、CLS。咱们一个一个来扒一扒。

1. LCP (Largest Contentful Paint)：最大内容渲染时间

含义： LCP 衡量的是页面上最大的可见元素完成渲染的时间。这个“最大可见元素”通常是首屏上的主要图片、视频或者大段的文本。简单来说，就是用户打开网页后，看到“最重要的东西”花了多久时间。
用户体验影响： LCP 越短，用户感觉页面加载越快。如果 LCP 太长，用户就会觉得“这个网页怎么这么慢啊”，直接走人。
良好标准： LCP 应该在 2.5 秒以内。
优化方法：
- 优化服务器响应时间： 这是基础！服务器响应慢，一切都白搭。
```
# 比如，如果你的服务器是 Nginx，可以检查 access log 和 error log，看看有没有慢查询、超时等问题。
tail -f /var/log/nginx/access.log
tail -f /var/log/nginx/error.log
```
  优化服务器配置，使用 CDN 加速，都是有效的手段。
- 优化资源加载时间： 图片、视频等大文件是 LCP 的主要瓶颈。
  - 图片优化： 使用 WebP 等高效图片格式，压缩图片大小，使用 srcset 属性实现响应式图片。
```
<img srcset="image-small.jpg 480w, image-medium.jpg 800w, image-large.jpg 1200w"
     sizes="(max-width: 600px) 480px, (max-width: 900px) 800px, 1200px"
     src="image-large.jpg"
     alt="描述图片">
```
  - 延迟加载： 首屏之外的图片、视频可以延迟加载，避免阻塞首屏渲染。
```
<img src="placeholder.gif" data-src="real-image.jpg" alt="描述图片" loading="lazy">
<script>
//简单的懒加载实现
var lazyImages = document.querySelectorAll('img[loading="lazy"]');
lazyImages.forEach(function(img){
    img.src = img.dataset.src;
});
</script>
```
  - CDN 加速： 将静态资源放到 CDN 上，利用 CDN 的全球节点，让用户就近访问，提高加载速度。
- 优化渲染阻塞资源： CSS 和 JavaScript 可能会阻塞页面的渲染。
  - CSS 优化： 提取关键 CSS，内联到 HTML 中，优先加载首屏需要的样式。
```
<style>
/* 关键 CSS 样式 */
</style>
<link rel="stylesheet" href="style.css" media="print" onload="this.media='all'">
<noscript><link rel="stylesheet" href="style.css"></noscript>
```
    非关键 CSS 可以异步加载。
  - JavaScript 优化： 异步加载 JavaScript，使用 async 和 defer 属性。
```
<script src="script.js" async></script>
<script src="script.js" defer></script>
```
    减少 JavaScript 的大小，避免执行耗时的 JavaScript 代码。
- 服务器端渲染 (SSR)： 将页面在服务器端渲染成 HTML，直接返回给浏览器，避免客户端渲染的延迟。

2. FID (First Input Delay)：首次输入延迟

含义： FID 衡量的是用户首次与页面交互（比如点击链接、按钮）到浏览器响应这段时间。简单来说，就是用户点击了按钮，页面多久才开始有反应。
用户体验影响： FID 越短，用户感觉页面响应越快。如果 FID 太长，用户会觉得“这个网页卡死了”，失去耐心。
良好标准： FID 应该在 100 毫秒以内。

优化方法：

减少 JavaScript 执行时间： JavaScript 是造成 FID 的主要原因。

代码拆分： 将大的 JavaScript 文件拆分成小的文件，按需加载。

// 使用 Webpack 等工具进行代码拆分
// webpack.config.js
module.exports = {
  entry: {
    main: './src/index.js',
    vendor: ['react', 'react-dom'] // 将第三方库单独打包
  },
  output: {
    filename: '[name].bundle.js',
    path: path.resolve(__dirname, 'dist')
  },
  optimization: {
    splitChunks: {
      chunks: 'all'
    }
  }
};

避免长时间运行的任务： 将长时间运行的任务分解成小的任务，使用 setTimeout 或者 requestAnimationFrame 将任务放到事件循环的末尾执行。

// 使用 setTimeout 避免阻塞主线程
function longRunningTask() {
  // ... 耗时操作
}

setTimeout(longRunningTask, 0);

// 使用 requestAnimationFrame
function updateUI() {
  // ... 更新 UI
  requestAnimationFrame(updateUI);
}

requestAnimationFrame(updateUI);

Web Workers： 将计算密集型的任务放到 Web Workers 中执行，避免阻塞主线程。

// main.js
const worker = new Worker('worker.js');

worker.postMessage({ data: 'some data' });

worker.onmessage = function(event) {
  console.log('Received data from worker:', event.data);
};

// worker.js
self.onmessage = function(event) {
  const data = event.data;
  // ... 执行耗时操作
  self.postMessage({ result: 'some result' });
};

优化第三方代码： 第三方代码（比如广告、统计代码）也可能影响 FID。
- 按需加载： 延迟加载不必要的第三方代码。
- 移除不使用的代码： 删除不使用的第三方代码。

3. CLS (Cumulative Layout Shift)：累积布局偏移

含义： CLS 衡量的是页面上元素在加载过程中发生意外位移的程度。简单来说，就是你正要点一个按钮，结果按钮突然往下跳了一下，你点到了别的地方。
用户体验影响： CLS 越高，用户体验越差。用户会觉得页面不稳定，难以操作，甚至会误操作。
良好标准： CLS 应该小于 0.1。
优化方法：
- 为图片和视频设置尺寸： 在 <img> 和 <video> 标签中明确指定 width 和 height 属性。
```
<img src="image.jpg" width="640" height="360" alt="描述图片">
<video src="video.mp4" width="640" height="360" controls></video>
```
  或者使用 CSS 的 aspect-ratio 属性。
```
img {
  aspect-ratio: 16 / 9; /* 宽高比 */
}
```
- 为广告位预留空间： 广告位通常是造成 CLS 的主要原因。在广告加载之前，先预留好广告位的空间。
- 避免在现有内容上方插入新内容： 这会导致现有内容向下位移，造成 CLS。
- 动画效果： 尽量使用 transform 属性来实现动画效果，避免使用会触发布局的属性（比如 top、left）。
```
/* 使用 transform 实现位移动画 */
.element {
  transform: translateX(100px);
}

/* 避免使用 top 和 left */
.element {
  position: absolute;
  top: 100px; /* 不好 */
  left: 100px; /* 不好 */
}
```

第二部分：实战案例：优化一个“惨不忍睹”的网站

为了更好地理解这些概念，咱们来模拟一个真实的场景：一个电商网站，首页加载速度慢，用户体验差。咱们一步一步来优化它。

1. 问题诊断：

首先，我们需要使用工具来诊断网站的性能问题。常用的工具包括：

Chrome DevTools: Chrome 浏览器自带的开发者工具，可以分析页面的加载时间、资源使用情况等。
Lighthouse: Google 提供的开源工具，可以对网站进行全面评估，并提供优化建议。
WebPageTest: 在真实的网络环境下测试网站的性能。
PageSpeed Insights: Google 提供的在线工具，可以分析网站的性能，并提供优化建议。

假设我们使用 Lighthouse 跑了一下，结果惨不忍睹：

指标	分数
LCP	5.0s
FID	300ms
CLS	0.5

这说明这个网站的 LCP 太长，FID 也超标，CLS 也严重影响用户体验。

2. 优化方案：

根据诊断结果，我们制定以下优化方案：

LCP 优化：
- 优化服务器响应时间。
- 优化图片加载：压缩图片大小，使用 WebP 格式，延迟加载非首屏图片。
- 优化 CSS 加载：提取关键 CSS，内联到 HTML 中。
- 优化 JavaScript 加载：异步加载 JavaScript。
FID 优化：
- 减少 JavaScript 执行时间：代码拆分，避免长时间运行的任务，使用 Web Workers。
- 优化第三方代码：按需加载，移除不使用的代码。
CLS 优化：
- 为图片和视频设置尺寸。
- 为广告位预留空间。
- 避免在现有内容上方插入新内容。

3. 代码实现：

接下来，咱们来动手实现这些优化方案。

图片优化：

# 使用 cwebp 将图片转换为 WebP 格式
cwebp image.jpg -o image.webp

<img srcset="image-small.webp 480w, image-medium.webp 800w, image-large.webp 1200w"
     sizes="(max-width: 600px) 480px, (max-width: 900px) 800px, 1200px"
     src="image-large.webp"
     alt="描述图片"
     loading="lazy">

CSS 优化：

<style>
/* 关键 CSS 样式 */
body {
  font-family: sans-serif;
}
</style>
<link rel="stylesheet" href="style.css" media="print" onload="this.media='all'">
<noscript><link rel="stylesheet" href="style.css"></noscript>

JavaScript 优化：

// 使用 Webpack 进行代码拆分
// webpack.config.js
module.exports = {
  entry: {
    main: './src/index.js',
    vendor: ['react', 'react-dom']
  },
  output: {
    filename: '[name].bundle.js',
    path: path.resolve(__dirname, 'dist')
  },
  optimization: {
    splitChunks: {
      chunks: 'all'
    }
  }
};

CLS 优化：

<img src="image.jpg" width="640" height="360" alt="描述图片">

<div style="width: 300px; height: 250px;">
  <!-- 广告位，预留空间 -->
</div>

4. 效果验证：

优化完成后，再次使用 Lighthouse 跑一下，看看效果如何。

指标	优化前	优化后
LCP	5.0s	2.0s
FID	300ms	80ms
CLS	0.5	0.05

可以看到，经过优化，LCP、FID、CLS 都得到了显著改善。

第三部分：持续优化：性能优化的永恒主题

性能优化不是一蹴而就的事情，而是一个持续不断的过程。随着网站的更新迭代，新的问题可能会出现。因此，我们需要定期对网站进行性能测试，及时发现并解决问题。

监控： 使用工具监控网站的性能指标，及时发现异常情况。
测试： 定期进行性能测试，模拟真实用户场景，发现潜在的性能问题。
优化： 根据测试结果，不断优化网站的性能。

总结：

Web Vitals 是衡量网站用户体验的关键指标。通过优化 LCP、FID、CLS，我们可以显著提升网站的性能，提高用户满意度，最终提升业务价值。记住，性能优化是一个持续不断的过程，需要我们不断学习、实践、总结。

好了，今天的讲座就到这里。希望大家都能成为性能优化的高手，让自己的网站飞起来！有问题欢迎随时提问。下次再见！

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