Vue SSR 的 Stream Rendering：性能优化与首屏加载时间的底层挑战
大家好，今天我们来深入探讨 Vue SSR 中的 Stream Rendering，它如何优化性能并提升首屏加载速度，以及在这个过程中我们面临的底层挑战。
1. 传统 SSR 的瓶颈：阻塞式渲染
传统的 Vue SSR 采用阻塞式渲染，这意味着服务器必须完成整个 Vue 应用的渲染，生成完整的 HTML 字符串后，才能将其发送给客户端。
这种方式存在明显的瓶颈：
- TTFB (Time to First Byte) 延迟： 客户端必须等待整个页面渲染完毕才能收到任何数据，导致 TTFB 较高，影响用户体验。
- 服务器资源占用： 渲染大型应用需要占用较多服务器资源，在高并发场景下容易造成服务器压力。
- 首屏渲染时间长： 即使页面部分内容已经渲染完毕，客户端也必须等待所有内容渲染完毕才能开始解析和渲染，导致首屏渲染时间较长。
为了解决这些问题，Vue 引入了 Stream Rendering。
2. Stream Rendering 的原理：分块传输与渐进式渲染
Stream Rendering 的核心思想是将 Vue 应用的渲染过程分解为多个小块，然后以流的方式将这些小块逐步发送给客户端。客户端可以一边接收数据，一边进行解析和渲染，实现渐进式渲染。
与阻塞式渲染相比，Stream Rendering 的优势在于：
- 更快的 TTFB： 客户端可以更快地收到第一批 HTML 数据，从而更快地开始解析和渲染，降低 TTFB。
- 更低的服务器压力： 服务器可以逐步释放资源，降低在高并发场景下的压力。
- 更短的首屏渲染时间： 客户端可以渐进式地渲染页面，用户可以更快地看到页面内容，提升用户体验。
3. 如何实现 Stream Rendering？
Vue SSR 提供了 renderToStream 方法来实现 Stream Rendering。该方法返回一个 Readable Stream，我们可以通过管道 (pipe) 将其输出到 HTTP 响应中。
以下是一个简单的示例：
// server.js
const Vue = require('vue');
const renderer = require('vue-server-renderer').createRenderer();
const express = require('express');
const app = express();
app.get('*', (req, res) => {
const app = new Vue({
data: {
url: req.url,
message: 'Hello, Vue SSR!'
},
template: `<div>访问的 URL 是： {{ url }} <br> {{message}}</div>`
});
const stream = renderer.renderToStream(app);
res.setHeader('Content-Type', 'text/html');
stream.pipe(res);
});
app.listen(3000, () => {
console.log('server started at localhost:3000');
});在这个例子中，renderer.renderToStream(app) 返回一个 Readable Stream，然后我们使用 stream.pipe(res) 将该流输出到 HTTP 响应中。
解释：
vue-server-renderer提供了createRenderer方法来创建渲染器。renderer.renderToStream(app)将 Vue 实例渲染成一个 Readable Stream。res.setHeader('Content-Type', 'text/html')设置 HTTP 响应的 Content-Type 为 text/html。stream.pipe(res)将 Readable Stream 管道到 HTTP 响应中，实现流式传输。
4. Stream Rendering 的优化策略
虽然 Stream Rendering 本身已经是一种性能优化手段，但我们还可以采取一些额外的策略来进一步提升性能。
4.1. 使用 template 选项：
尽可能使用 template 选项来定义 Vue 组件的模板，而不是 render 函数。template 选项可以被预编译成渲染函数，从而减少运行时的编译开销。
4.2. 避免在渲染过程中执行耗时操作：
在渲染过程中，尽量避免执行耗时的操作，例如网络请求、数据库查询等。可以将这些操作放在组件的 created 或 mounted 钩子函数中执行，或者使用异步组件。
4.3. 使用缓存：
对于静态内容或不经常变化的内容，可以使用缓存来减少渲染开销。Vue SSR 提供了 cache 选项，可以让我们方便地使用缓存。
4.4. 使用服务端打包工具：
使用服务端打包工具（例如 webpack 或 Parcel）可以优化代码体积、压缩资源，从而提升渲染速度。
4.5. 使用 CDN：
将静态资源（例如 CSS、JavaScript、图片）部署到 CDN 上，可以利用 CDN 的缓存和加速能力，提升加载速度。
4.6. 优化 HTML 结构：
优化 HTML 结构，减少 DOM 元素的数量，可以提升浏览器的渲染速度。
4.7. 利用 Service Worker：
使用 Service Worker 可以缓存静态资源，实现离线访问，并提升页面加载速度。
4.8. 合理使用 push 函数：
在使用 renderToStream 时，可以控制哪些部分的内容需要立即发送到客户端，哪些部分的内容可以稍后发送。例如，可以将页面的骨架结构立即发送到客户端，然后稍后发送页面的内容。
const stream = renderer.renderToStream(app);
stream.on('data', chunk => {
//console.log(chunk.toString()); // 调试输出，观察数据块
res.write(chunk);
});
stream.on('end', () => {
res.end();
});
stream.on('error', err => {
console.error(err);
res.status(500).end('Internal Server Error');
});这个例子展示了如何监听 data 事件，并手动将数据块写入 HTTP 响应。 通过这种方式，可以控制数据发送的顺序和时机，实现更精细的优化。也可以在 data 事件中进行一些数据处理，比如添加注释，修改内容等。
5. Stream Rendering 的底层挑战
Stream Rendering 虽然带来了性能上的提升，但也引入了一些新的挑战。
5.1. 组件状态管理：
在传统的 SSR 中，组件的状态在服务器端渲染完成后就被丢弃了。但在 Stream Rendering 中，组件的状态需要在多个数据块之间保持一致。这要求我们更加谨慎地管理组件的状态，避免出现状态丢失或不一致的情况。
5.2. 错误处理：
在 Stream Rendering 中，如果发生错误，我们需要及时中断流的传输，并向客户端返回错误信息。这要求我们更加完善地处理错误，避免出现部分页面渲染成功，部分页面渲染失败的情况。
5.3. 异步组件：
在使用异步组件时，我们需要确保异步组件在服务器端完成渲染后再发送数据块。否则，可能会导致客户端渲染失败。
5.4. SEO 问题：
虽然 Stream Rendering 可以提升首屏加载速度，但如果搜索引擎爬虫在页面未完全渲染完成时就抓取了页面内容，可能会导致 SEO 问题。为了解决这个问题，我们可以使用一些 SEO 优化技术，例如预渲染、动态渲染等。
5.5. 资源加载：
在 Stream Rendering 中，我们需要确保客户端能够正确加载页面所需的资源（例如 CSS、JavaScript、图片）。可以使用一些资源加载优化技术，例如代码分割、懒加载等。
5.6. 首屏内容优先：
流式渲染虽然是渐进式的，但是需要保证首屏的内容优先加载。这需要合理规划组件的加载顺序，确保用户最先看到关键内容。例如，可以将页面的骨架结构、核心内容组件放在前面，而将非关键组件放在后面。
5.7. 数据预取和缓存策略：
由于流式渲染的特性，服务端的数据预取和缓存策略需要重新考虑。需要确保在数据流中能正确地包含预取的数据，并且缓存机制能适应流式渲染的场景。 例如，可以使用 vue-server-renderer 提供的 bundleRenderer，它支持基于 webpack 的代码分割，可以更好地管理资源和数据。
6. 解决挑战的代码示例
以下是一些解决上述挑战的代码示例：
6.1. 组件状态管理：
可以使用 Vuex 或其他状态管理库来管理组件的状态。确保状态在服务器端和客户端之间同步。
// store.js (Vuex)
import Vue from 'vue'
import Vuex from 'vuex'
Vue.use(Vuex)
export function createStore () {
return new Vuex.Store({
state: {
count: 0
},
mutations: {
increment (state) {
state.count++
}
},
actions: {
increment ({ commit }) {
commit('increment')
}
}
})
}在组件中使用 mapState 和 mapActions 来访问和修改状态。
6.2. 错误处理：
const stream = renderer.renderToStream(app);
stream.on('error', err => {
console.error(err);
res.status(500).end('Internal Server Error');
});
stream.pipe(res);监听 error 事件，并向客户端返回错误信息。
6.3. 异步组件：
可以使用 Promise 来确保异步组件在服务器端完成渲染后再发送数据块。
// AsyncComponent.vue
export default {
asyncData () {
return new Promise(resolve => {
setTimeout(() => {
resolve({ message: 'Async Component Loaded' })
}, 1000)
})
},
template: '<div>{{ message }}</div>'
}在服务器端，使用 asyncData 钩子函数来预取数据。
6.4. SEO 问题：
可以使用预渲染或动态渲染来解决 SEO 问题。
- 预渲染： 在构建时生成静态 HTML 页面，然后将这些页面部署到服务器上。
- 动态渲染： 使用 Puppeteer 或其他 headless 浏览器在服务器端渲染页面，然后将渲染后的 HTML 返回给客户端。
6.5. 资源加载：
可以使用代码分割和懒加载来优化资源加载。
- 代码分割： 将代码分割成多个小块，然后按需加载。
- 懒加载： 延迟加载非关键资源，直到用户需要时才加载。
7. Stream Rendering 的优势与适用场景
Stream Rendering 的主要优势在于它可以显著提升首屏加载速度，改善用户体验。特别是在以下场景中，Stream Rendering 的优势更加明显：
- 大型应用： 对于大型应用，传统的阻塞式渲染会导致 TTFB 较高，而 Stream Rendering 可以更快地将页面内容呈现给用户。
- 高并发场景： Stream Rendering 可以降低服务器压力，在高并发场景下可以提升服务器的吞吐量。
- 弱网络环境： 在弱网络环境下，Stream Rendering 可以让用户更快地看到页面内容，即使部分资源加载失败，用户仍然可以访问页面的核心功能。
8. 总结：提升首屏速度，优化用户体验
Stream Rendering 是 Vue SSR 中一种重要的性能优化手段。通过将 Vue 应用的渲染过程分解为多个小块，并以流的方式逐步发送给客户端，Stream Rendering 可以显著提升首屏加载速度，改善用户体验。
9. 未来趋势：更智能的流式渲染
未来的 Stream Rendering 可能会更加智能化，例如：
- 根据网络状况动态调整数据块大小： 在网络状况较好时，可以发送较大的数据块；在网络状况较差时，可以发送较小的数据块。
- 根据用户行为预测用户需求： 提前加载用户可能需要的资源，提升用户体验。
- 与 HTTP/3 结合： 利用 HTTP/3 的多路复用和 QUIC 协议，进一步提升传输效率。
更多IT精英技术系列讲座，到智猿学院