Dezvoltarea aplicaţiilor Web la nivel de client (cursul #13): Performanţa aplicaţiilor Web la nivel de client

strategii pentru reducerea timpului de încărcare

Dr. Sabin Buragawww.purl.org/net/busaco

performanța aplicațiilor Web
la nivel de client

Sean Adams


“The pushy bird gets the worm.”

minim 80% din timpul de răspuns perceput
la nivelul clientului este dat de încărcarea
componentelor adiționale ale unei pagini Web

Steve Souders, 2007


Constatare
performance golden rule – 80/20


Modul în care utilizatorul percepe încărcarea
paginii este considerat mai important
decât timpul real de încărcare

dificultăți în găsirea parametrilor potriviți
– lungimea codului (HTML, CSS, JS), timpul de execuție
a programelor JS, manipularea arborelui DOM,...
– care să asigure o încărcare optimă

Steve Souders


Viteza de încărcare a conținutului – factor major
în evaluarea relevanței unui sit Web

o aplicație Web – e.g., în special una cu caracter social –
poate persista timp îndelungat în browser


Durata interacțiunii cu utilizatorul

necesitatea monitorizarii comportamentului codului
la nivelul navigatorului Web:
reducerea memoriei irosite (memory leaks),
dinamica numărului de noduri și structurii arborelui DOM,
timpul de execuție a codului Javascript,
minimizarea transferului de date provenite de la server,
...


Care este timpul de încărcare a unei pagini Web?


“viața” unei pagini Web (Stoyan Stefanov)
www.bookofspeed.com

Navigation Timing (recomandare W3C, decembrie 2012)
www.w3.org/TR/navigation-timing/


timpul de viață a unei pagini Web
și atributele temporale de interes

depinde de mai multe conditii:
statutul utilizatorului – autentificat sau nu
rata de modificare în timp-real a conținutului
prezența reclamelor (ads)
configurația browser-ului (profil, extensii,...)
starea cache-ului
platforma hardware & software la momentul exploatării


Testarea performanței


teste concrete:
www.webpagetest.org


Există reguli de îmbunătățire a performanței
aplicațiilor Web la nivel de client?


Regula 1: reducerea numărului cererilor HTTP

nu presupune diminuarea componentelor unei pagini
(foi de stil, imagini, script-uri,...)

implicații privind funcționalitatea + UX



soluție:
CSS sprites
folosirea unei imagini unice
ce va include mai multe zone grafice ce pot fi “decupate”
și utilizate prin intermediul proprietăților CSS



soluție:
CSS sprites
se recurge la proprietăți CSS
precum background-position, margin-left, margin-right etc.



soluție:
CSS sprites
detalii în articolul Dave Shea,
CSS Sprites: Image Slicing’s Kiss of Death, 2004:
www.alistapart.com/articles/sprites



soluție:
CSS sprites
tehnici + exemplificări:
http://css-tricks.com/css-sprites/



soluție:
imagini stocate direct în URI
utilizarea schemei data (RFC 2397)

“inclusion of small data items as ‘immediate’ data”



soluție:
data:[tip] [;base64], date



soluție:
data:[tip] [;base64], date

data:image/png;base64,R02DAAA…EA=
tipul
MIME

datele
propriu-zise



soluție:
reunirea mai multor fișiere CSS/JavaScript
fișierele CSS sau JavaScript multiple pot fi combinate
într-un singur fișier CSS ori JavaScript, respectiv
(apoi eventual compresate)



soluție:
reunirea mai multor fișiere CSS/JavaScript
atenție la problemele privind modularizarea
și refolosirea codului




Regula 2: folosirea unei rețele de distribuție
a conținutului (Content Distribution Network)

CDN – Content Distribution Network
colecție de servere Web distribuite geografic pentru a
asigura mai eficient rezolvarea cererilor de acces la date



colecție de servere Web distribuite geografic pentru a
asigura mai eficient rezolvarea cererilor de acces la date
Web farms, clusters, cloud computing




CDN – arhitectura clasică (Akamai Technologies, 2007)

arhitectura client-server vs. peer-to-peer vs. hibridă
www.cdnplanet.com



livrarea de conținut static:
imagini, script-uri, foi de stiluri, multimedia



probleme care nu sunt rezolvate:
persistența conexiunilor, tranzacții, autentificare,
optimizări la nivel hardware,...



probleme care nu sunt rezolvate:
persistența conexiunilor, tranzacții, autentificare,
optimizări la nivel hardware,...
recurgerea la soluții mai complexe de găzduire Web
(inclusiv, cele bazate pe cloud computing)




Regula 3: setarea timpului de expirare a paginii

soluție:
folosirea câmpului Expires în antetul unui mesaj HTTP



soluție:
indică browser-ului/proxy-ului
dacă trebuie reîmprospătat cache-ul



soluție:
indică browser-ului/proxy-ului
dacă trebuie reîmprospătat cache-ul
Expires: Sat, 01 Feb 2014 09:33:00 GMT



soluție:
stabilirea unui timp în viitor va determina păstrarea
pe perioadă îndelungată a conținutului paginii Web
în cache-ul local



soluție:
controlul politicii de actualizare a cache-ului
via Cache-Control – câmp în antetul HTTP



soluție:
specificarea perioadei de secunde pentru care
o componentă e păstrată în cache prin directiva max-age



soluție:

Cache-Control: max-age=315360000



soluție alternativă:
configurarea serverului Web
e.g., recurgerea la modulul Apache mod_expires



observație:
valoarea campului Expires e absolută (dată de calendar),
iar timpul max-age de păstrare în cache este relativ
(număr de secunde față de momentul curent)
vezi K. Young, “A Beginner's Guide to HTTP Cache Headers” (2013)
www.mobify.com/blog/beginners-guide-to-http-cache-headers/




Regula 4: compresarea conținutului resurselor

soluție:
mesajul de răspuns HTTP poate fi transmis compresat
(de pildă, folosind gzip) spre client



soluție:

pot fi compresate în special resursele textuale:
documente HTML, foi de stiluri CSS, programe JavaScript



soluție:

evident, compresarea trebuie să fie oferită
de serverul Web utilizat – mod_deflate pentru Apache



soluție:

pentru navigatoarele Web care nu au suport pentru gzip,
decompresia se poate realiza la nivel de proxy




Regula 5: plasarea foilor CSS în antetul paginii

uzual, componentele sunt transferate de pe server
în ordinea specificării lor în documentul HTML

proprietățile CSS trebuie încărcate primele
pentru ca browser-ul să poată reda conținutul
conform stilurilor precizate
progressive rendering


Regula 5: plasarea foilor CSS în antetul paginii


Regula 6: plasarea script-urilor la finalul paginii

context:
download-urile paralele
timpul de răspuns este dat de numărul de componente
dintr-o pagină (fiecare generând o cerere HTTP
dacă nu e disponibilă în cache)



context:
navigatoarele Web limitează numărul de download-uri
paralele per domeniu al sitului Web (2—6 transferuri)



context:
script-urile JavaScript blochează
transferul paralel al altor resurse
(programul ar putea schimba conținutul paginii,
deci navigatorul va încerca să nu altereze arborele DOM)



cel mai nefavorabil caz:
script-urile sunt plasate la începutul documentului



cel mai favorabil caz:
script-urile sunt inserate la finalul documentului




Regula 7: fișierele JavaScript/CSS externe

deși programele/stilurile specificate direct (inline)
în cadrul documentului HTML sunt procesate mai rapid,
fișierele externe pot fi stocate în cache-ul navigatorului



deși programele/stilurile specificate direct (inline)
în cadrul documentului HTML sunt procesate mai rapid,
fișierele externe pot fi stocate în cache-ul navigatorului

refolosirea lor pentru mai multe pagini sau situri Web



soluția “optimă” depinde de context:
totalul vizualizărilor paginii (page views)
starea cache-ului – empty cache vs. primed cache

gradul de reutilizare a componentelor



tehnici:
post-onload download
dacă pagina principală are cele mai multe vizite,
programele JavaScript și stilurile CSS se pot “scufunda”
direct în documentul HTML, urmând ca alte componente
adiționale să fie încărcate ulterior via fișiere externe



tehnici:
dynamic inlining
dacă detectăm că o componentă există deja în cache-ul
browser-ului, putem stabili care fragmente de cod
să fie stocate intern și care să fie transferate (externe)




Regula 8: reducerea cererilor de rezolvare
a domeniilor (DNS lookups)

realitate:
fiecare cerere realizată de navigatorul Web
pentru rezolvarea unui nume simbolic de domeniu
în vederea obținerii adresei IP a acestuia consumă timp



timpul de răspuns depinde de:
resolver-ul DNS
numărul de cereri
proximitatea domeniului interogat
lărgimea de bandă
etc.



soluție:

DNS caching



constatare:
păstrarea în cache-ul DNS local (la nivel de client)
a perechii <domeniu simbolic, adresa IP>
depinde de timpul de viață asociat domeniului
(TTL – Time To Live)
valori tipice: minute sau ore



soluție:
utilizarea câmpului Keep-Alive într-un antet HTTP
pentru minimizarea cererilor de tip DNS lookups




Regula 9: reducerea mărimii fișierelor JavaScript

soluție:
JavaScript minification



soluție:



algoritmi de reducere a caracterelor inutile
(e.g., spații albe) din codul-sursă JavaScript
pentru a reduce dimensiunea fisierului text ce-l stochează

soluție:
exemple de instrumente:
JavaScript Optimizer, JSMin, Minify, Packer,
ShrinkSafe, YUI Compressor, UglifyJS



JavaScript obfuscation
tehnică de optimizare care elimină atât comentariile și
spațiile albe, cât rescrie codul în vederea reducerii
dimensiunii fișierului (modificarea numelui variabilelor,
ori funcțiilor, compactarea șirurilor de caractere,...)



JavaScript obfuscation
pericole:
apariția erorilor, dificultatea mentenanței codului,
impedimente privind depanarea programelor
reverse engineering



alte soluții:
compresare (e.g., gzip) + minimizare
folosirea script-urilor “scufundate” în pagini Web

modularizarea și/sau minimizarea foilor de stiluri CSS



pentru detalii, de studiat articolele
N. Zakas, Better JavaScript Minification, 2010:
www.alistapart.com/articles/better-javascript-minification/
www.alistapart.com/articles/javascript-minification-part-II/




Regula 10: evitarea redirecționărilor

realitate:
existența mai multor tehnici de redirecționare
a browser-ului spre alt URL via HTTP



300 Multiple Choices (pe baza câmpului Content-Type)
301 Moved Permanently
302 Moved Temporarily
303 See Other (clarificare a mesajului 302)
304 Not Modified (datele sunt deja în cache)
307 Temporary Redirect (clarificare a mesajului 302)



soluții clasice:
la nivel de server – via câmpul-antet HTTP Location
la client – folosind elementul HTML
<meta http-equiv="refresh" .../>
sau recurgând la document.location în JavaScript



deoarece implică unele cereri HTTP suplimentare,
redirecționările au impact asupra timpului de răspuns



rezolvări:
adăugarea caracterului / la finalul unui URL
pentru a preîntâmpina redirecționările de tip 301
soluții tehnologice:
Alias și/sau DirectorySlash pentru serverul Apache



rezolvări:
folosirea mod_rewrite (Apache) sau
alias-urilor de domenii simbolice
pentru transferul cererilor de la un sit Web vechi
la unul actualizat



rezolvări:
monitorizarea traficului,
pentru a detecta redirecționările frecvente
(inclusiv cele via servicii de scurtare a adreselor Web
precum bit.ly, tinyurl.com etc.)




Regula 11: eliminarea script-urilor duplicate

soluție:
implementarea unui mecanism de management
al încărcării programelor JavaScript



soluție:
implementarea unui mecanism de management
al încărcării programelor JavaScript

de exemplu, via sistemul de aplicare
a șabloanelor de redare – templating system




Regula 12: configurarea ETag-urilor

ETag (entity tag)
mecanism HTTP ce permite serverelor și clienților Web
să valideze componentele stocate în cache



ETag (entity tag)
versiunea (starea) unei componente – aici, entitate –
a paginii Web este identificată unic via un ETag
pentru a se putea aplica o anumită politică
de eliminare/păstrare (d)in cache



ETag (entity tag)
nu există un mecanism standardizat de specificare,
deoarece se bazează pe atribute dependente de server



ETag (entity tag)
nu există un mecanism standardizat de specificare,
deoarece se bazează pe atribute dependente de server

ETag-urile generate de Apache nu au același format
cu cele create de IIS



ETag (entity tag)
sfat (Souders, 2007):
reconfigurarea ETag-urilor
astfel încât să recurgă la un format comun
sau evitarea folosirii lor




Regula 13: păstrarea în cache
a datelor transferate asincron

strategie:
minimizarea numărului de cereri HTTP asincrone
realizate via obiectul XMLHttpRequest



strategie:
folosirea de formate compacte (XML vs. JSON)
și/sau a tehnicilor de compresie a datelor transferate



strategie:
specificarea timpului de expirare a conținutului



se poate recurge la șablonul de proiectare
Browser-Side Cache
http://ajaxpatterns.org/Browser-Side_Cache



atenție la problemele vizând confidențialitatea datelor!



un exemplu demonstrativ la
http://www.httpwatch.com/demos/ajax_caching/




Alte reguli de bună practică?


Regula 14: folosirea metodei GET
pentru cereri Ajax

pentru POST, browser-ul recurge la 2 etape:
trimiterea câmpurilor din antet,
apoi transmiterea efectivă a datelor
pentru a prelua de pe server date, vom utiliza GET


Regula 14: folosirea metodei GET
pentru cereri Ajax


Regula 15: reducerea numărului de elemente DOM


determinarea elementelor dintr-un document HTML cu
document.getElementsByTagName('*').length
și compararea cu alte pagini Web


câteva exemple (statistici la 14 ianuarie 2014):
https://mail.google.com/mail/u/0/?shva=1#inbox
http://www.ted.com/
http://www.reddit.com/r/programming
http://www.trilulilu.ro/
http://www.microsoft.com/ro-ro/default.aspx

1899
521
1625
1397
720


Regula 16: divizarea componentelor între domenii


Regula 16: divizarea componentelor între domenii
efect: maximizarea transferurilor paralele
nu vor fi folosite mai mult de 2—4 domenii diferite,
pentru a nu apărea penalități vizând interogările DNS

preîncărcarea (condiționată ori anticipată) a resurselor
minimizarea accesului la arborele DOM
mărimea necompresată a unei componente să fie < 25 K
împachetarea componentelor într-un document multipart


Alte reguli – mai ales în contextul Web-ului mobil:


Care sunt instrumentele software
pentru analizarea performanței la nivel de client?

PageSpeed Tools
https://developers.google.com/speed/pagespeed/
YSlow
http://developer.yahoo.com/performance/

HTTP Archive – http://httparchive.org/
HttpWatch – www.httpwatch.com


Evaluarea performanței aplicațiilor Web


Chrome
Developer
Tools


instrumentele de analiză oferite de Mozilla Firefox


Firebug – raport privitor la timpii de încărcare


statistici privind arborele DOM oferite de DOM Monster
http://mir.aculo.us/dom-monster/

o listă de numeroase alte instrumente și
tehnici de optimizare Web (Sam Saffron, 2012)
http://is.gd/web_perf_tools
de asemenea, a se consulta http://calendar.perfplanet.com/


Evaluarea performanței aplicațiilor Web

optimizarea transferurilor de date via SSL/TLS
testare cu SSL Server Test
https://www.ssllabs.com/ssltest/
diverse tehnici de optimizare (Geoffroy Couprie, 2013)


Alte strategii

http://unhandledexpression.com/2013/01/25/5-easy-tips-to-accelerate-ssl/

reducerea numărului de cookie-uri


Alte strategii

optimizarea (reducerea calității) resurselor multimedia:
imagini JPEG și/sau PNG, fișiere audio și/sau video,
fonturi, animații Flash, Silverlight, documente PDF etc.


Alte strategii

http://calendar.perfplanet.com/2011/lossy-image-compression/

folosirea tehnicilor de încărcare asincronă
și de streaming


Alte strategii


Ce aspecte vizează performanța
programelor JavaScript?


Studierea interacțiunii dintre componentele
JavaScript dintr-o pagină pentru a preîntâmpina
blocarea transferurilor

instrument de referință: Cuzillion
http://stevesouders.com/cuzillion/


Studierea interacțiunii dintre componentele
JavaScript dintr-o pagină pentru a preîntâmpina
blocarea transferurilor


Asigurarea/evitarea execuției script-urilor
într-o anumită ordine

aspect de interes atunci când programele JavaScript
sunt interdependente


Asigurarea/evitarea execuției script-urilor
într-o anumită ordine


Evitarea dispersării script-urilor “scufundate”
în documentul HTML (don’t scatter inline scripts)

recurgerea la tehnici de optimizare specifice
unei anumite biblioteci JavaScript

e.g., de studiat prezentarea lui Paul Irish,
jQuery Anti-Patterns for Performance & Compression:
http://slidesha.re/QsQFS


Alte strategii

Douglas Crockford


Optimizarea succede etapa de verificare
a corectitudinii codului


Resurse suplimentare

Steve Souders, High Performance Web Sites, O’Reilly, 2007
Steve Souders, Even Faster Web Sites, O’Reilly, 2009
http://stevesouders.com/
Ilya Grigorik, High Performance Browser Networking,
O’Reilly, 2013:
http://chimera.labs.oreilly.com/books/1230000000545/
prezentările susținute de Ilya Grigorik:
http://lanyrd.com/profile/igrigorik/sessions/

Browser Technologies
http://platform.html5.org/
Front-end Code Standards & Best Practices
http://na.isobar.com/standards/


Resurse suplimentare

testarea aplicațiilor în contextul ingineriei Web

securitatea – e.g., confidențialitatea
performanță versus utilizabilitate


Aspecte de interes înrudite


Care-s principalele aspecte privind performanța
aplicațiilor ce rulează pe dispozitive mobile?


Standards for Web Applications on Mobile
www.w3.org/standards/techs/mobileapp


http://pinchzoom.com/posts/anatomy-of-a-html5-mobile-app/

dependent de factori precum:
utilizarea procesorului, reafișarea conținutului
(repainting), interpretarea și rularea codului JS,
traficul de rețea – inclusiv aspecte privind GPS


Timpul de viață a bateriei

N.Thiagarajan et al., “Who Killed My Battery: Analyzing
Mobile Browser Energy Consumption”, WWW2012
www2012.wwwconference.org/proceedings/proceedings/p41.pdf

viteza ~ percepție a încărcării

vitezele de transfer (download + upload) variază
ca și în cazul aplicațiilor Web tradiționale, se vizează
transferul de reprezentări de resurse HTML, CSS,
multimedia, script-uri JS (ale aplicației + adiționale), date


Latența rețelei

în cazul Web-ului mobil, pot apărea îmbunătățiri de
performanță dacă stilurile CSS și programele JavaScript
sunt incluse în pagina HTML la prima încărcare a sitului
exemplu notabil: m.bing.com


“Scufundarea” unor resurse direct în HTML

vezi http://calendar.perfplanet.com/2011/mobile-ui-performance-considerations/

Minimizarea utilizării memoriei

aspect important: programele JavaScript

posibilă soluție:
redimensionarea dinamică a imaginilor
via servicii externe (proxy-uri Web) precum Sencha

www.sencha.com/learn/how-to-use-src-sencha-io/


Optimizarea imaginilor


Folosirea facilităților oferite de CSS

uzual, browser-ele dispozitivelor mobile
oferă suport pentru CSS nivelul 3

aplicare de proprietăți per dispozitiv (media queries)
efecte grafice realizate exclusiv cu CSS: umbre, animații,…
dezavantaje: memorie + timp de procesare mai mare

reducerea numărului și reutilizarea de noduri
minimizarea operațiilor de manipulare a arborelui DOM


Minimizarea arborelui DOM


Interacțiunea cu utilizatorul

navigatoarele Web mobile folosesc un unic fir de execuție
(single threaded)
anumite acțiuni din partea utilizatorului pot conduce la
timpi de așteptareoferirea de feedback vizual
se poate recurge la API-uri specifice standardizate:
http://www.w3.org/standards/techs/js

(Maximiliano Firtman, 2011)
limite, suport privind standardele Web,
existența instrumentelor de depanare,
utilizarea de proxy-uri aflate la distanță etc.

http://mobilehtml5.org/


Eterogenitatea browser-elor mobile

R. Fioravanti, Building High Performance Mobile Web
Applications (2012): http://rjf-io2012.appspot.com/
prezentările conferințelor Velocity
velocityconf.com/velocity2013/public/schedule/proceedings
velocityconf.com/velocity2012/public/schedule/proceedings
Web Performance Today
www.webperformancetoday.com


Studii de caz și alte resurse de interes:

W3C mobileOK Checker – http://validator.w3.org/mobile/
jQuery Mobile – http://jquerymobile.com/
Sencha Touch – http://www.sencha.com/products/touch
SproutCore – http://sproutcore.com/
Mobile Web Programming – www.mobilexweb.com/


Instrumente vizând dezvoltarea
aplicațiilor Web mobile – exemplificări:

vezi și I. Zuzak, “The Web Engineer’s Online Toolbox”:
http://ivanzuzak.info/2012/11/18/the-web-engineers-online-toolbox.html


Web Developer Checklist
http://webdevchecklist.com/


episodul viitor: evaluarea proiectului (P)
marți, 28 ianuarie, 09:00 – C308

Mult succes!



Dezvoltarea aplicaţiilor Web la nivel de client (cursul #13): Performanţa aplicaţiilor Web la nivel de client

More Related Content

What's hot (10)

Viewers also liked (8)

Similar to Dezvoltarea aplicaţiilor Web la nivel de client (cursul #13): Performanţa aplicaţiilor Web la nivel de client (20)

More from Sabin Buraga (20)

Dezvoltarea aplicaţiilor Web la nivel de client (cursul #13): Performanţa aplicaţiilor Web la nivel de client