加餐四｜页面性能工具：如何使用Performance？
你好，我是李兵。
在分析页面性能时，如果说Audits是道开胃菜，那么Performance才是正餐，之所这样说，主要是因为Performance可以记录站点在运行过程中的性能数据，有了这些性能数据，我们就可以回放整个页面的执行过程，这样就方便我们来定位和诊断每个时间段内页面的运行情况，从而有效帮助我们找出页面的性能瓶颈。
不同于Audits，Perofrmance不会给出性能得分，也不会给出优化建议，它只是单纯地采集性能数据，并将采集到的数据按照时间线的方式来展现，我们要做的就是依据原始数据来分析Web应用的性能问题。
那么本节，我们就继续深入，聊聊如何使用Performance。通常，使用Performance需要分三步走：
- 第一步是配置Performance；
- 第二步是生成报告页；
- 第三步就是人工分析报告页，并找出页面的性能瓶颈。
接下来，我会根据上面这三个步骤带你熟悉Performace，并让你了解如何使用Performance来分析页面性能数据。
配置Performance
我们在Chrome中任意打开一个站点，再打开Chrome开发者工具，然后选择Performance标签，最终效果如下图所示：
上图就是Performance的配置页，观察图中区域1，我们可以设置该区域中的“Network”来限制网络加载速度，设置“CPU”来限制CPU的运算速度。通过设置，我们就可以在Chrome浏览器上来模拟手机等性能不高的设备了。在这里我将CPU的运算能力降低到了1/6，将网络的加载速度设置为“快的3G(Fast 3G)”用来模拟3G的网络状态。
不同于Audits只能监控加载阶段的性能数据，Performance还可以监控交互阶段的性能数据，不过Performance是分别录制这两个阶段的，你可以查看上图区域2和区域3，我们可以看到这里有两个按钮，上面那个黑色按钮是用来记录交互阶段性能数据的，下面那个带箭头的圆圈形按钮用来记录加载阶段的性能数据。
另外你还要注意一点，这两种录制方式稍微有点不同：
- 当你录制加载阶段的性能数据时，Performance会重新刷新页面，并等到页面完全渲染出来后，Performance就会自动停止录制。
- 如果你是录制交互阶段的性能时，那么需要手动停止录制过程。
认识报告页
无论采用哪种方式录制，最终所生成的报告页都是一样的，如下图所示：
观察上图的报告页，我们可以将它分为三个主要的部分，分别为概览面板、性能指标面板和详情面板。
要熟练掌握这三个面板，我们需要先明白时间线的概念，这是因为概览面板和性能指标面板都依赖于时间线。我们知道，Performance按照时间的顺序来记录每个时间节点的性能数据，然后再按照时间顺序来展示这些性能数据，那么展示的时候就必然要引入时间线了。比如上图中我们录制了10000毫秒，那么它的时间线长度也就是10000毫秒，体现在上图中就是概览面板最上面那条线。
1. 概览面板
好了，引入了时间线，Performance就会将几个关键指标，诸如页面帧速(FPS)、CPU资源消耗、网络请求流量、V8内存使用量(堆内存)等，按照时间顺序做成图表的形式展现出来，这就是概览面板，你可以参看上图。
有了概览面板，我们就能一览几个关键的历史数据指标，进而能快速定位到可能存在问题的时间节点。那么如何定位可能存在问题的时间节点呢？
- 如果FPS图表上出现了红色块，那么就表示红色块附近渲染出一帧所需时间过久，帧的渲染时间过久，就有可能导致页面卡顿。
- 如果CPU图形占用面积太大，表示CPU使用率就越高，那么就有可能因为某个JavaScript占用太多的主线程时间，从而影响其他任务的执行。
- 如果V8的内存使用量一直在增加，就有可能是某种原因导致了内存泄漏。
除了以上指标以外，概览面板还展示加载过程中的几个关键时间节点，如FP、LCP、DOMContentLoaded、Onload等事件产生的时间点。这些关键时间点体现在了几条不同颜色的竖线上。
2. 性能面板
通常，我们通过概览面板来定位到可能存在问题的时间节点，接下来需要更进一步的数据，来分析导致该问题的原因，那么应该怎么分析呢？
这就需要引入性能面板了，在性能面板中，记录了非常多的性能指标项，比如Main指标记录渲染主线程的任务执行过程，Compositor指标记录了合成线程的任务执行过程，GPU指标记录了GPU进程主线程的任务执行过程。有了这些详细的性能数据，就可以帮助我们轻松地定位到页面的性能问题。
简而言之，我们通过概览面板来定位问题的时间节点，然后再使用性能面板分析该时间节点内的性能数据。具体地讲，比如概览面板中的FPS图表中出现了红色块，那么我们点击该红色块，性能面板就定位到该红色块的时间节点内了，你可以参考下图：
观察上图，我们发现性能面板的最上方也有一段时间线，比如上面这个时间线所展示的是从360毫秒到480毫秒，这段时间就是我们所定位到的时间节点，下面所展示的Network、Main等都是该时间节点内的详细数据。
如果你想要查看事件范围更广的性能指标，你只需要将鼠标放到时间线上，滚动鼠标滚轮就可以就行缩放了。如果放大之后，要查看的内容如果超出了屏幕，那么你可以点击鼠标左键来拖动时间线，直到找到需要查看的内容，你也可以通过键盘上的“WASD”四个键来进行缩放和位置的移动。
3. 解读性能面板的各项指标
好了，现在我们了解性能面板，它主要用来展现特定时间段内的多种性能指标数据。那么要分析这些指标数据，我们就要明白这些指标数据的含义，不过要弄明白它们却并非易事，因为要很好地理解它们，你需要掌握渲染流水线、浏览器进程架构、导航流程等知识点。
因此在介绍性能指标之前，我们还需要岔开一下，回顾下这些前置的知识点。
因为浏览器的渲染机制过于复杂，所以渲染模块在执行渲染的过程中会被划分为很多子阶段，输入的HTML数据经过这些子阶段，最后输出屏幕上的像素，我们把这样的一个处理流程叫做渲染流水线。一条完整的渲染流水线包括了解析HTML文件生成DOM、解析CSS生成CSSOM、执行JavaScript、样式计算、构造布局树、准备绘制列表、光栅化、合成、显示等一系列操作。
渲染流水线主要是在渲染进程中执行的，在执行渲染流水线的过程中，渲染进程又需要网络进程、浏览器进程、GPU等进程配合，才能完成如此复杂的任务。另外在渲染进程内部，又有很多线程来相互配合。具体的工作方式你可以参考下图：
关于渲染流水线和浏览器进程架构的详细内容我在前面的章节中也做了很多介绍，特别是《05 | 渲染流程（上）：HTML、CSS和JavaScript，是如何变成页面的？》和《06｜渲染流程（下）：HTML、CSS和JavaScript，是如何变成页面的？》这两节，你可以去回顾下相关章节的课程内容。
好了，我们简要回顾了渲染流水线和浏览器的进程架构，那么现在回归正题，来分析下性能面板各个指标项的具体含义。你可以参考下图：
观看上图的左边，我们可以看到它是由很多性能指标项组成的，比如Network、Frames、Main等，下面我们就来一一分析这些性能指标项的含义。
我们先看最为重要的Main指标，它记录了渲染进程的主线程的任务执行记录，在Perofrmace录制期间，在渲染主线程上执行的所有记录都可以通过Main指标来查看，你可以通过点击Main来展开主进程的任务执行记录，具体你可以观察下图：
观察上图，一段段横条代表执行一个个任务，长度越长，花费的时间越多；竖向代表该任务的执行记录。通过前面章节的学习，我们知道主线程上跑了特别多的任务，诸如渲染流水线的大部分流程，JavaScript执行、V8的垃圾回收、定时器设置的回调任务等等，因此Main指标的内容非常多，而且非常重要，所以我们在使用Perofrmance的时候，大部分时间都是在分析Main指标。Main指标的内容特别多，我会在下一节对它做详细分析。
通过渲染流水线，我们知道了渲染主线程在生成层树(LayerTree)之后，然后根据层树生成每一层的绘制列表，我们把这个过程称为绘制(Paint)。在绘制阶段结束之后，渲染主线程会将这些绘列表制提交(commit)给合成线程，并由合成线程合成出来漂亮的页面。因此，监控合成线程的任务执行记录也相对比较重要，所以Chrome又在性能面板中引入了Compositor指标，也就是合成线程的任务执行记录。
在合成线程执行任务的过程中，还需要GPU进程的配合来生成位图，我们把这个GPU生成位图的过程称为光栅化。如果合成线程直接和GPU进程进行通信，那么势必会阻塞后面的合成任务，因此合成线程又维护了一个光栅化线程池(Raster)，用来让GPU执行光栅化的任务。因为光栅化线程池和GPU进程中的任务执行也会影响到页面的性能，所以性能面板也添加了这两个指标，分别是Raster指标和GPU指标。因为Raster是线程池，所以如果你点开Raster项，可以看到它维护了多个线程。
渲染进程中除了有主线程、合成线程、光栅化线程池之外，还维护了一个IO线程，具体细节你可以参考《15 | 消息队列和事件循环：页面是怎么“活”起来的？》这篇文章。该IO线程主要用来接收用户输入事件、网络事件、设备相关等事件，如果事件需要渲染主线程来处理，那么IO线程还会将这些事件转发给渲染主线程。在性能面板上，Chrome_ChildIOThread指标对应的就是IO线程的任务记录。
好了，以上介绍的都是渲染进程和GPU进程的任务记录，除此之外，性能面板还添加了其他一些比较重要的性能指标。
第一个是Network指标，网络记录展示了页面中的每个网络请求所消耗的时长，并以瀑布流的形式展现。这块内容和网络面板的瀑布流类似，之所以放在性能面板中是为了方便我们和其他指标对照着分析。
第二个是Timings指标，用来记录一些关键的时间节点在何时产生的数据信息，关于这些关键时间点的信息我们在上一节也介绍过了，诸如FP、FCP、LCP等。
第三个是Frames指标，也就是浏览器生成每帧的记录，我们知道页面所展现出来的画面都是由渲染进程一帧一帧渲染出来的，帧记录就是用来记录渲染进程生成所有帧信息，包括了渲染出每帧的时长、每帧的图层构造等信息，你可以点击对应的帧，然后在详细信息面板里面查看具体信息。
第四个是Interactions指标，用来记录用户交互操作，比如点击鼠标、输入文字等交互信息。
4. 详情面板
通过性能面板的分析，我们知道了性能面板记录了多种指标的数据信息，并且以图形的形式展现在性能面板上。
具体地讲，比如主线程上执行了解析HTML(ParserHTML)的任务，对应于性能面板就是一个长条和多个竖条组成图形。通过上面的图形我们只能得到一个大致的信息，如果想要查看这些记录的详细信息，就需要引入详情面板了。
你可以通过在性能面板中选中性能指标中的任何历史数据，然后选中记录的细节信息就会展现在详情面板中了。比如我点击了Main指标中的ParserHTML这个过程，下图就是详情面板展现该过程的详细信息。
由于详情面板所涉及的内容很多，而且每种指标的详细内容都有所不同，所以本节我就不展开来讲了。另外你可以去Google的官方网站查看Performance的一些基础使用信息。
总结
好了，本节内容就介绍到这里，下面我来总结下本文的主要内容：
本节我们首先介绍了如何去配置Performance并生成报告页，然后我们将焦点放在了如何解读报告页上。
之后我们介绍了报告页面主要分为三个部分，概览面板、性能面板和详情面板。
我们可以通过概览面板来定位问题的时间节点，然后再使用性能面板分析该时间节点内的性能数据。不过在分析数据时，我们需要弄明白性能面板内各项数据指标的含义，要了解这些，需要了解浏览器渲染流水线、浏览器的进程架构等知识点，因此结合这些知识点，我们接下来分析了性能面板的各项指标的含义。
其中最为重要的是Main指标，它记录了渲染主线程上的任务执行情况，不过这块细节内容会非常多，所以我们会在下一节来介绍。
最后我们还介绍了每个指标项的内容都有详细数据，这些详细数据是通过详情面板来展现，你只需要通过性能面板点击相应的数据，就能通过详情面板来查看详细数据了。不过详情面板所涉及的数据也是非常多的，所以本文也就没对详情面板做过深的介绍了。
我把Performance比喻成一张网，它能把我们在前面章节中很多知识点都网罗起来，并应用到实践中。
思考题
那么今天留给你的任务是，多找几个站点，使用Performance来录制加载过程和交互过程，并熟悉报告页面中的各项性能指标，如果有遇到不明白的问题，欢迎在留言区留言与我交流。
感谢阅读，如果你觉得这篇文章对你有帮助的话，也欢迎把它分享给更多的朋友。