WebView性能、體驗分析與優化

科技 06-16

前言

Hybrid中的頁面性能痛太久了，經常被PM吐槽，哈哈。今日早讀文章由美團@育新、徐宏、嘉潔分享。

正文從這開始～

在App開發中，內嵌WebView始終佔有著一席之地。它能以較低的成本實現Android、iOS和Web的復用，也可以冠冕堂皇的突破蘋果對熱更新的封鎖。

然而便利性的同時，WebView的性能體驗卻備受質疑，導致很多客戶端中需要動態更新等頁面時不得不採用其他方案。

以發展的眼光來看，功能的動態載入以及三端的融合將會是大趨勢。那麼如何克服WebView固有的問題呢？我們將從性能、內存消耗、體驗、安全幾個維度，來系統的分析客戶端默認WebView的問題，以及對應的優化方案。

性能

對於WebView的性能，給人最直觀的莫過於：打開速度比native慢。

是的，當我們打開一個WebView頁面，頁面往往會慢吞吞的loading很久，若干秒後才出現你所需要看到的頁面。

這是為什麼呢？

對於一個普通用戶來講，打開一個WebView通常會經歷以下幾個階段：

交互無反饋

到達新的頁面，頁面白屏

頁面基本框架出現，但是沒有數據；頁面處於loading狀態

出現所需的數據

如果從程序上觀察，WebView啟動過程大概分為以下幾個階段：

如何縮短這些過程的時間，就成了優化WebView性能的關鍵。

接下來我們逐一分析各個階段的耗時情況，以及需要注意的優化點。

WebView初始化

當App首次打開時，默認是並不初始化瀏覽器內核的；只有當創建WebView實例的時候，才會創建WebView的基礎框架。

所以與瀏覽器不同，App中打開WebView的第一步並不是建立連接，而是啟動瀏覽器內核。

我們來分析一下這段耗時到底需要多久。

分析

針對WebView的初始化時間，我們可以定義兩個指標：

首次初始化時間：客戶端冷啟動後，第一次打開WebView，從開始創建WebView到開始建立網路連接之間的時間。

二次初始化時間：在打開過WebView後，退出WebView，再重新打開WebView，從開始創建WebView到開始建立網路連接之間的時間。

測試數據：

測試系統1： iOS模擬器，Titans 10.0.7

測試系統2： OPPO R829T Android 4.2.2

測試方式：測試10次取平均值

測試App：美團外賣

單位：ms

*Android外賣客戶端啟動後會在後台開啟WebView進程，故並不是完全新建WebView 時間。

這意味著什麼呢？

作為前端工程師，統計了無數次的頁面打開時間，都是以網路連接開始作為起點的。

很遺憾的通知您：WebView中用戶體驗到的打開時間需要再增加70~700ms。

於是我們找到了「為什麼WebView總是很慢」的原因之一：

在瀏覽器中，我們輸入地址時（甚至在之前），瀏覽器就可以開始載入頁面。

而在客戶端中，客戶端需要先花費時間初始化WebView完成後，才開始載入。

而這段時間，由於WebView還不存在，所有後續的過程是完全阻塞的。可以這樣形容WebView初始化過程：

那麼有哪些解決辦法呢？

怎麼優化

由於這段過程發生在native的代碼中，單純靠前端代碼是無法優化的；大部分的方案都是前端和客戶端協作完成，以下是幾個業界採用過的方案。

全局WebView

方法：

在客戶端剛啟動時，就初始化一個全局的WebView待用，並隱藏；

當用戶訪問了WebView時，直接使用這個WebView載入對應網頁，並展示。

這種方法可以比較有效的減少WebView在App中的首次打開時間。當用戶訪問頁面時，不需要初始化WebView的時間。

當然這也帶來了一些問題，包括：

額外的內存消耗。

頁面間跳轉需要清空上一個頁面的痕迹，更容易內存泄露。

客戶端代理數據請求

方法：

在客戶端初始化WebView的同時，直接由native開始網路請求數據；

當頁面初始化完成後，向native獲取其代理請求的數據。

此方法雖然不能減小WebView初始化時間，但數據請求和WebView初始化可以並行進行，總體的頁面載入時間就縮短了；縮短總體的頁面載入時間：

【參考騰訊分享：70%以上業務由H5開發，手機QQ Hybrid 的架構如何優化演進？】

還有其他各種優化的方式，不再一一列舉，總結起來都是圍繞兩點：

在使用前預先初始化好WebView，從而減小耗時。

在初始化的同時，通過Native來完成一些網路請求等過程，使得WebView初始化不是完全的阻塞後續過程。

建立連接/伺服器處理

在頁面請求的數據返回之前，主要有以下過程耗費時間。

DNS

connection

伺服器處理

分析

以下為美團中活動頁面的鏈接時間統計：

統計：美團的活動頁面

內容值： n%分位值（ms）

優化

這些時間都是發生在網頁載入之前，但這並不意味著無法優化，有以下幾種方法。

DNS採用和客戶端API相同的域名

DNS會在系統級別進行緩存，對於WebView的地址，如果使用的域名與native的API相同，則可以直接使用緩存的DNS而不用再發起請求圖片。

當我們初次打開App時：

根據上面的統計，至少10%的用戶打開WebView時耗費了60ms在DNS上面，如果WebView的域名與App的API域名統一，則可以讓WebView的DNS時間全部達到1.3ms的量級。

靜態資源同理，最好與客戶端的資源域名保持一致。

同步渲染採用chunk編碼

同步渲染時如果後端請求時間過長，可以考慮採用chunk編碼，將數據放在最後，並優先將靜態內容flush。對於傳統的後端渲染頁面，往往都是使用的【瀏覽器】--> 【Web API】 --> 【業務 API】的載入模式，其中後端時間就指的是Web API的處理時間了。在這裡Web API一般有兩個作用：

確定靜態資源的版本。

根據用戶的請求，去業務API獲取數據。

而一般確定靜態資源的版本往往是直接讀取代碼版本，基本無耗時；而主要的後端時間都花費在了業務API請求上面。

那麼怎麼優化利用這段時間呢？

在HTTP協議中，我們可以在header中設置 transfer-encoding:chunked 使得頁面可以分塊輸出。如果合理設計頁面，讓head部分都是確定的靜態資源版本相關內容，而body部分是業務數據相關內容，那麼我們可以在用戶請求的時候，首先將Web API可以確定的部分先輸出給瀏覽器，然後等API完全獲取後，再將API數據傳輸給瀏覽器。

下圖可以直觀的看出分chunk輸出和一起輸出的區別：

如果採用普通方式輸出頁面，則頁面會在伺服器請求完所有API並處理完成後開始傳輸。瀏覽器要在後端所有API都載入完成後才能開始解析。

如果採用chunk-encoding: chunked，並優先將頁面的靜態部分輸出；然後處理API請求，並最終返回頁面，可以讓後端的API請求和前端的資源載入同時進行。

兩者的總共後端時間並沒有區別，但是可以提升首位元組速度，從而讓前端載入資源和後端載入API不互相阻塞。

頁面框架渲染

頁面在解析到足夠多的節點，且所有CSS都載入完成後進行首屏渲染。在此之前，頁面保持白屏；在頁面完全下載並解析完成之前，頁面處於不完整展示狀態。

分析

我們以一個美團的活動頁面作為樣例：

測試頁面：http://i.meituan.com/firework/meituanxianshifengqiang

在Mac上面，模擬4G情況

頁面樣式：

測試得到的時間耗費如下：

表 1

同時，對HTML的載入時間進行分析，可以得到如下時間點。

表 2

這意味著什麼呢？

對於表1

可以看到，隨著在網路優良的情況下，Dom的解析所佔耗時比例還是不算低的，對於低端機器更甚。Layout時間也是首屏前耗時的大頭，據猜測這與頁面使用了rem作為單位有關（待進一步分析）。

對於表2，我們可以發現一個問題

一般來說HTML在開始接收到返回數據的時候就開始解析HTML並構建DOM樹。如果沒有JS（JavaScript）阻塞的話一般會相繼完成。然而，在這裡時間相差了90ms……也就是說，解析被阻塞了。

進一步分析可以發現，頁面的header部分有這樣的代碼：

.....

window.fk=function(callback){

require([ util/native/risk.js ],function(risk){

risk.getFk(callback);

});

}

....

通常情況下，上面代碼的link部分和script部分如果單獨出現，都不會阻塞頁面的解析：

CSS不會阻止頁面繼續向下繼續。

內聯的JS很快執行完成，然後繼續解析文檔。

然而，當這兩部分同時出現的時候，問題就來了。

CSS載入阻塞了下面的一段內聯JS的執行，而被阻塞的內聯JS則阻塞了HTML的解析。

通常情況下，CSS不會阻塞HTML的解析，但如果CSS後面有JS，則會阻塞JS的執行直到CSS載入完成（即便JS是內聯的腳本），從而間接阻塞HTML的解析。

優化

在頁面框架載入這一部分，能夠優化的點參照雅虎14條就夠了；但注意不要犯錯，一個小小的內聯JS放錯位置也會讓性能下降很多。

CSS的載入會在HTML解析到CSS的標籤時開始，所以CSS的標籤要盡量靠前。

但是，CSS鏈接下面不能有任何的JS標籤（包括很簡單的內聯JS），否則會阻塞HTML的解析。

如果必須要在頭部增加內聯腳本，一定要放在CSS標籤之前。

JS載入

對於大型的網站來說，在此我們先提出幾個問題：

將全部JS代碼打成一個包，造成首次執行代碼過大怎麼辦？

將JS以細粒度打包，造成請求過多怎麼辦？

將JS按 "基礎庫" + "頁面代碼" 分別打包，要怎麼界定什麼是基礎代碼，什麼是頁面代碼；不同頁面用的基礎代碼不一致怎麼辦？

單一文件的少量代碼改的是否會導致緩存失效？

代碼模塊間有動態依賴，怎樣合并請求。

關於這些問題的解決方案數量可能會比問題還多，而它們也各有優劣。

具體分析太過複雜，鑒於篇幅原因在這裡不做具體分析了。您可以期待我們的後續計劃：BPM（瀏覽器包管理）。

JS解析、編譯、執行

在PC互聯網時代，人們似乎都快忘記了JS的解析和執行還需要消耗時間。確實，在幾年前網速還在用kb衡量的時代里，JS的解析時間在整個頁面的打開時間裡只能算是九牛一毛。

然而，隨著網速越來越快，而CPU的速度反而沒有提升（從PC到手機），JS的時間開銷就成為問題了。那麼JS的編譯和解析，在當今的頁面上要消耗多少時間呢？

分析

我們用以下方式來檢驗JS代碼的解析/編譯和執行時間：

window.t1=performance.now()

window.test=function(){

// test code

}

window.t2=performance.now()

test();

window.t3=performance.now();

alert("編譯耗時："+(t2-t1));

alert("執行耗時："+(t3-t2));

將測試代碼放入【test code】位置，然後在手機中執行；

在t1~t2期間，JS代碼僅僅聲明了一個函數，主要時間會集中在解析和編譯過程；

在t2~t3時間段內，執行test時時間主要為代碼的執行時間

在首次啟動客戶端後，打開WebView的測試頁面，我們可以得到如下的結果：

測試系統： iPhone6 iOS 10.2.1

測試系統： OPPO R829T Android 4.2.2

內容值：編譯時間（ms）/執行時間（ms）

當保持客戶端進行不關閉情況下，關閉WebView並重新訪問測試頁面，再次測試得到如下結果：

執行時間指的是框架代碼載入的頁面的初始化時間，沒有任何業務的調用。

這意味著什麼

經過測試可以得出以下結論：

偏重的框架，例如React，僅僅初始化的時間就會達到50ms ~ 350ms，這在對性能敏感的業務中時比較不利的。

在App的啟動周期內，統一域名下的代碼會被緩存編輯和初始化結果，重複調用性能較好。

所以，在移動瀏覽器上，JS的解析和執行時間並不是不可忽略的。

在低端安卓機上，（框架的初始化+非同步數據請求+業務代碼執行）會遠高於幾KB網路請求時間；高性能的Web網站需要仔細斟酌前端渲染帶來的性能問題。

優化

高性能要求頁面還是需要後端渲染。

React還是太重了，面向用戶寫系統需要謹慎考慮。

JS代碼的編譯和執行會有緩存，同App中網頁盡量統一框架。

WebView性能優化總結

一個載入網頁的過程中，native、網路、後端處理、CPU都會參與，各自都有必要的工作和依賴關係；讓他們相互並行處理而不是相互阻塞才可以讓網頁載入更快：

WebView初始化慢，可以在初始化同時先請求數據，讓後端和網路不要閑著。

後端處理慢，可以讓伺服器分trunk輸出，在後端計算的同時前端也載入網路靜態資源。

腳本執行慢，就讓腳本在最後運行，不阻塞頁面解析。

同時，合理的預載入、預緩存可以讓載入速度的瓶頸更小。

WebView初始化慢，就隨時初始化好一個WebView待用。

DNS和鏈接慢，想辦法復用客戶端使用的域名和鏈接。

腳本執行慢，可以把框架代碼拆分出來，在請求頁面之前就執行好。

WebView內存消耗

分析

為了測試WebView會消耗多少內存，我們設計了如下的測試方案：

客戶端啟動後，記錄消耗的內存。

打開空頁面，記錄內存的上漲。

退出。

打開空頁面，記錄內存上漲。

退出。

打開載入了代碼的頁面，記錄內存的額外增加。

得到如下測試結果：

測試系統： iOS模擬器，Titans 10.0.7

測試系統： OPPO R829T Android 4.2.2

測試方式：測試10次取平均值

WKWebView的內存消耗相比其他低了一個數量級，在此方面相當佔優。

UIWebView和Android的WebView在首次初始化時都要消耗大量內存，之後每次新建WebView會額外增加一些。

UIWebView的內存佔用不會在關閉WebView時主動回收，每次新開WebView都會消耗額外內存。

相比於性能，對於內存的優化可以做的還是比較有限的。

WKWebView的內存佔用優勢比較大（代價是初始化比較慢）。

頁面內代碼消耗的內存相比與WebView系統的內存消耗相比可以說是很低。

WebView體驗

除了打開的速度，WebView通常體驗也沒有native的實現更好，我們可以找到以下幾個例子：

長按選擇

在WebView中，長按文字會使得WebView默認開始選擇文字；長按鏈接會彈出提示是否在新頁面打開。

解決方法：可以通過給body增加CSS來禁止這些默認規則。

點擊延遲

在WebView中，click通常會有大約300ms的延遲（同時包括鏈接的點擊，表單的提交，控制項的交互等任何用戶點擊行為）。

唯一的例外是設置的meta：viewpoint為禁止縮放的Chrome（然而並不是Android默認的瀏覽器）。

解決方法：使用fastclick一般可以解決這個問題。

頁面滑動期間不渲染/執行

在很多需求中會有一些吸頂的元素，例如導航條，購買按鈕等；當頁面滾動超出元素高度後，元素吸附在屏幕頂部。

這個功能在PC和native中都能夠實現，然而在WebView中卻成了難題：

在頁面滾動期間，Scroll Event不觸發

不僅如此，WebView在滾動期間還有各種限定：

setTimeout和setInterval不觸發。

GIF動畫不播放。

很多回調會延遲到頁面停止滾動之後。

background-position: fixed不支持。

這些限制讓WebView在滾動期間很難有較好的體驗。

這些限制大部分是不可突破的，但至少對於吸頂功能還是可以做一些支持：

解決方法：

在iOS上，使用position: sticky可以做到元素吸頂。

在Android上，監聽touchmove事件可以在滑動期間做元素的position切換（慣性運動期間就無效了）。

crash

通常WebView並不能直接接觸到底層的API，因此比較穩定；但仍然有使用不當造成整個App崩潰的情況。

目前發現的案例包括：

使用過大的圖片（2M）

不正常使用WebGL

WebView安全

WebView被運營商劫持、注入問題

由於WebView載入的頁面代碼是從伺服器動態獲取的，這些代碼將會很容易被中間環節所竊取或者修改，其中最主要的問題出自地方運營商（浙江尤其明顯）和一些WiFi。

我們監測到的問題包括：

無視通信規則強制緩存頁面。

header被篡改。

頁面被注入廣告。

頁面被重定向。

頁面被重定向並重新iframe到新頁面，框架嵌入廣告。

HTTPS請求被攔截。

DNS劫持。

這些問題輕則影響用戶體驗，重則泄露數據，或影響公司信譽。

針對頁面注入的行為，有一些解決方案：

使用CSP（Content Security Policy）

CSP可以有效的攔截頁面中的非白名單資源，而且兼容性較好。在美團移動版的使用中，能夠阻止大部分的頁面內容注入。

但在使用中還是存在以下問題：

由於業務的需要，通常inline腳本還是在白名單中，會導致完全依賴內聯的頁面代碼注入可以通過檢測。

如果注入的內容是純HTML+CSS的內容，則CSP無能為力。

無法解決頁面被劫持的問題。

會帶來額外的一些維護成本。

總體來說CSP是一個行之有效的防注入方案，但是如果對於安全要求更高的網站，這些還不夠。

HTTPS

HTTPS可以防止頁面被劫持或者注入，然而其副作用也是明顯的，網路傳輸的性能和成功率都會下降，而且HTTPS的頁面會要求頁面內所有引用的資源也是HTTPS的，對於大型網站其遷移成本並不算低。

HTTPS的一個問題在於：一旦底層想要篡改或者劫持，會導致整個鏈接失效，頁面無法展示。這會帶來一個問題：本來頁面只是會被注入廣告，而且廣告會被CSP攔截，而採用了HTTPS後，整個網頁由於受到劫持完全無法展示。

對於安全要求不高的靜態頁面，就需要權衡HTTPS帶來的利與弊了。

App使用Socket代理請求

如果HTTP請求容易被攔截，那麼讓App將其轉換為一個Socket請求，並代理WebView的訪問也是一個辦法。

通常不法運營商或者WiFi都只能攔截HTTP（S）請求，對於自定義的包內容則無法攔截，因此可以基本解決注入和劫持的問題。

Socket代理請求也存在問題。

首先，使用客戶端代理的頁面HTML請求將喪失邊下載邊解析的能力；根據前面所述，瀏覽器在HTML收到部分內容後就立刻開始解析，並載入解析出來的外鏈、圖片等，執行內聯的腳本……而目前WebView對外並沒有暴露這種流式的HTML介面，只能由客戶端完全下載好HTML後，注入到WebView中。因此其性能將會受到影響。

其次，其技術問題也是較多的，例如對跳轉的處理，對緩存的處理，對CDN的處理等等……稍不留神就會埋下若干大坑。

此外還有一些其他的辦法，例如頁面的MD5檢測，頁面靜態頁打包下載等等方式，具體如何選擇還要根據具體的場景抉擇。

客戶端內打開第三方WebView

一般來說，客戶端內的WebView都是可以通過客戶端的某個schema打開的，而要打開頁面的URL很多都並不寫在客戶端內，而是可以由URL中的參數傳遞過去的。

那麼，一旦此URL可以通過外界輸入自定義，那麼就有可能在客戶端內部打開一個外部的網頁。

例：作案過程

某個App有個WebView，打開的schema為 appxx://web?url=。

App中有個掃碼的功能，可以掃描某個二維碼並打開對應的schema鏈接。

某個壞人製作了一個二維碼並張貼到街上，內容符合： appxx://web?url=。

用戶掃碼打開了some_hack_weburl。

如果some_hack_weburl是一個高仿的登錄頁面，那麼用戶將會很可能將用戶名密碼提交到其他網站。

解決方法：在內嵌的WebView中應該限制允許打開的WebView的域名，並設置運行訪問的白名單。或者當用戶打開外部鏈接前給用戶強烈而明顯的提示。