权重定位 FMP

[zwwill]

什么是FMP？

可能大家对「白屏时间」这个名词并不陌生，他是「刀耕火种」年代，我们收集的页面性能指标之一，随着前端工程的复杂化，白屏时间已经没有什么实质性的意义了，取而代之的就是 FMP。

先来介绍几个与之相关的名词。

• FP（First Paint）：首次绘制，标记浏览器渲染任何在视觉上不同于导航前屏幕内容的时间点
• FCP（First Contentful Paint）：首次内容绘制，标记的是浏览器渲染第一针内容 DOM 的时间点，该内容可能是文本、图像、SVG 或者 <canvas> 等元素
• FMP（First Meaning Paint）：首次有效绘制，标记主角元素渲染完成的时间点，主角元素可以是视频网站的视频控件，内容网站的页面框架也可以是资源网站的头图等。

相对于 FP 和 FCP，FMP 是我们前端最常关注的重要性能指标，Google 定义它为「是否有用？」的时间点。然而，「是否有用？」是很难以通用方式界定的，因此，至今依然没有标准的 API 输出。

社区中常有这么几种方式进行「相对准确」的计算 FMP，所谓相对准确，是相对于实际项目而言。

1. 主动上报：开发者在相应页面的「Meaning」位置上报时间
2. 权重计算：根据页面元素，计算权重最高的元素渲染时间
3. 趋势计算：在 render 期间，根据 dom 的变化趋势推算 FMP 值

本文将着重介绍第二种方式。

权重定位

所谓权重，即，将页面的元素以约定的「权重比」遍历出「权重值」最大的某一个或一组 DOM，然后以其「装载时间点」或「加载结束点」作为 FMP 的映射。

权重计算

节点标记

想要对 DOM 节点进行阶段性标记，就得有监听 DOM 变化的能力，庆幸的是，HTML5 赋予了我们这个能力。

MutationObserver，Mutation Events功能的替代品，是DOM3 Events规范的一部分。他可以在指定的 DOM 发生变化时执行回调。

MutationObserver 有三个方法

• disconnect()

  阻止 MutationObserver 实例继续接收的通知，直到再次调用其observe()方法，该观察者对象包含的回调函数都不会再被调用。

• observe()

  配置MutationObserver在DOM更改匹配给定选项时，通过其回调函数开始接收通知。

• takeRecords()

  从MutationObserver的通知队列中删除所有待处理的通知，并将它们返回到MutationRecord对象的新Array中。

global.mo = new MutationObserver(() => { 
    /* callback: DOM 节点设置阶段性标记 */
});

/**
 * mutationObserver.observe(target[, options])
 * target - 需要观察变化的 DOM Node。
 * options - MutationObserverInit 对象，配置需要观察的变化项。
 * 更多 options 的介绍请参考 https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Web/API/MutationObserverInit#%E5%B1%9E%E6%80%A7
 **/
global.mo.observe(document, {
  childList: true,  // 监听子节点变化（如果subtree为true，则包含子孙节点）
  subtree: true // 整个子树的所有节点
});

下图粗滤的解析了正常单页面的渲染过程

• 预备阶段：导航阶段，处在连接相应的过程
• 阶段一：首字节渲染阶段，也是FCP，DOM 树的第一次有效变化
• 阶段二：基本框架渲染完成
• 阶段三：获取到数据，渲染到视图上
• 阶段四：图片加载完成，加载过程不被标记

实际上在第一、第三阶段之间还存在着大量的 DOM 变化，Mutation Observer 事件的触发并不是同步的，而是异步触发的，也就是说，等到当前「阶段」所有 DOM 操作都结束才触发。

Mutation Observer 有以下特点

• 它等待所有脚本任务完成后，才会运行（即异步触发方式）。
• 它把 DOM 变动记录封装成一个数组进行处理，而不是一条条个别处理 DOM 变动。
• 它既可以观察 DOM 的所有类型变动，也可以指定只观察某一类变动。

在 load 事件触发后，各个阶段的 tag 已经被打到标签上了

此处以『_ti』昨晚标记 key。

在打标记的同时，需要记录下当前的时间节点，备用

// 伪代码
function callback() {
    global.timeStack[++_ti] = performance.now(); // 记时间
    doTag(_ti); // 打标记
}

标记打完后就等 load 的那一刻进行计算反推了。

计算权重值

一般来说

• 视图占比越大的元素越有可能是主角元素
• 视频比图片更可能是主角元素
• svg 和 canvas 也很重要
• 其他元素都可以按普通 dom 计算了
• 背景图片视情况而定

第一步：简单粗暴，按大小计算

// 伪代码
function weightCompute(node){
    let {
        width,
        height,
        left,
        top
    } = node.getBoundingClientRect();
    
    // 排除视图外的元素
    if(isOutside(width, height, left, top)){
        return 0;
    }
    let wts = TAG_WEIGHT_MAP[node.tagName]; // 约定好的权重比
    let weight = width * height * wts; // 直接乘，或者更细粒度的计算 wts(width, height, wts)
    return {
        weight, 
        wts, 
        tagName: node.tagName, 
        ti: node.getAttribute("_ti"),
        node
    };
}

第二步：根据权重值推导主角元素

在我们的约定权重算法下，权重最大的元素即为我们推到的主角元素。

// 伪代码
function getCoreNode(node){
    let list = nodeTraversal(node); // 递归计算每个标记节点的权重值
    return getNodeWithMaxWeight(list); // weight 最大的元素
}

第三步：根据元素类型取时间

不同的元素获取时间的方式并不相同

• 普通元素：按标记点时间计算
• 图片和视频：按资源相应结束时间计算
• 带背景元素：可以以背景资源相应结束时间计算，也可以按普通元素计算

// 伪代码
function getFMP(){
    let coreObj = getCoreNode(document.body),
        fmp = -1;
    let {
        tagName,
        ti,
        node
    } = coreObj;
    
    switch(tagName){
        case 'IMG':
        case 'VIDEO':
            let source = node.src;
            let { responseEnd } = performance.getEntries().find(item => item.name === source);
            fmp = responseEnd || -1;
            break;
        default:
            if(node.style.backgroundImage){
                // 普通元素的背景处理
            }else{
               fmp = global.timeStack[+ti]; 
            }
    }
    return fmp;
}

回归验证

以我们的 demo 页为例，类似的电商网站，我们希望拿到「阶段二」或「阶段三」的时间点作为我们的 FMP 值。

因为我们并不希望「主角元素」的背景或者「图片主角元素」的相应时间算在 FMP 的值内，所以，我们将「图片」「视频」等资源元素降级成普通元素计算。

在 Chrome [ Disable cache / Fast 3G ] 条件下我们进行模拟验证。

计算得到的 FMP 值为 4730.7ms，Chrome Performance 监控的值在 4950ms 左右，误差在 200ms 左右。

如果将限速放开，FMP 的取值将更接近我们希望的「First Meaning Paint」。

[rccoder]

如果有浏览器内核支撑计算的话，这里时间就有点类似 U4 的 T2 了