Aber schnell! Top HTML5 Performance Tipps für Hybrid- und Web-Apps

Aber schnell!
Performanceaspekte in Cross-Plattform-HTML5-
Anwendungen
Gregor Biswanger | CEO von CleverSocial.de, Freier Dozent, Berater, Trainer und Autor
about.me/gregor.biswanger

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Über mich
 Gründer von CleverSocial.de
 Freier Dozent, Berater und Trainer
 Schwerpunkte .NET-Architektur, Agile Prozesse,
XAML, Web und Cloud
 Technologieberater für die Intel Developer Zone
 Sprecher auf Konferenzen und User Groups
 Freier Autor für heise.de, dotnetpro,
WindowsDeveloper und viele weitere Fachmagazine
 Video-Trainer bei video2brain und Microsoft
Gregor Biswanger
Microsoft MVP, Intel Black Belt &
Intel Software Innovator
dotnet-blog.net
about.me/gregor.biswanger

Unsere gemeinsame Reise
 Performance messen
 Welche Probleme gibt es bei Hybrid-Apps
 Wie funktioniert der Browser
 Zahlreiche Performance-Tipps für Web-Entwickler

100 ms ist ein gutes und realistisches Ziel
Das ist unser Ziel!

Was ist Apache Cordova?
Wie Hybrid-App Entwicklung mit HTML5?

Die Lösung: Hybrid-Apps mit Apache Cordova
 Cordova ist ein JavaScript-Framework für lokal installierbare WebApps
auf mobilen Endgeräten
 Ist Open-Source und liegt auf GitHub
 Unterstützte Plattformen: iOS, Android, LG webOS, Symbian OS,
BlackBerry, Tizen, Firefox OS, Windows Phone, Windows 8
 Features
 Zugriff auf Sensoren
 Plattformspezifische Funktionen (Notifications)
 Zugriff auf Kontakte
 Zugriff auf lokale Dateien
 Cordova bietet kein UI Framework!
cordova.apache.org

Der Cordova Build
Cloud Compiler
JS
CSS
HTML
oder
AppsWWW Projekt
Local Compiler

Plattform (Betriebssystem)
Native App (Android, WP, iOS)
WebView (Browser)
Hybrid-App Architektur
WWWProjekt
Frontend – HTML5 und CSS (Twitter Bootstrap)
Backend - JavaScript (Apache Cordova)

Plattform (Betriebssystem)
Native App (Android, WP, iOS)
WebView (Browser)
Cordova Plugin Architektur
Frontend – HTML5 und CSS (Twitter Bootstrap)
Backend - JavaScript (Apache Cordova)
API
Sensoren (Hardware)
Plugin
Plugin
Android und Windows Phone benötigen
Zugriffsberechtigungen und/oder
Hardware nicht vorhanden.

Wie können wir die Performance testen?

Wichtig! Am besten auf alten Geräten testen…

Dann bringt ein Test auf neuer Hardware…

Okay, also eine Web-Browser-App im Vollbildmodus…

Das Crosswalk Project
 Open-Source (BSD Lizenz)
 Embedded Chrome Chromium
 Für Android und Tizen
 Ab Android Version 4
 Ab Tizen Version 3
 Nachteil: Paketgröße circa 15-20 MB
 An Crosswalk Lite wird aktuell gearbeitet
 Paketgröße circa 7 MB crosswalk-project.org

Kostenlos Builden via Intel XDK
xdk.intel.com

WKWebView
 Cordova Plug-In
 Ersetzt die Standard
UIWebView
 Ab iOS 8 verfügbar

Einbinden ganz einfach via Cordova Plug-In
 Über die Plugin ID:
 com.telerik.plugins.wkwebview
Beim Intel XDK ganz einfach über den Plug-In Manager

Dann müssen wir analysieren, wie ein Browser unter
der Haube arbeitet…

BÖSE!
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<link rel="stylesheet" href="css/bootstrap.css">
<script src="js/jquery.js"></script>
<script src="js/bootstrap.js"></script>
</head>
<body>
...
</body>
</html>

Gut… 
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
</head>
<body>
...
</body>
</html>

Get auch für HTML5 Browser mit async-Tag…
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<script async src="js/jquery.js"></script>
<script async src="js/bootstrap.js"></script>
</head>
<body>
...
</body>
</html>

Unterschiede bei der Script-Ausführung

Auch BÖSE!
<body>
<style>
.item { color: white; }
<style>
<div class="item" style="background-color: red;"></div>
</body>

Die richtige Reihenfolge der HTML-Struktur
 CSS-Code immer beim Header unterbringen
 Vermeide Embedded und Inline Styles
 JavaScript-Code immer am Ende vom Body
 Ab HTML5 Hilft der async-Tag für die
Verarbeitung zum richtigen Zeitpunkt

Und wieder BÖSE!
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
</head>
<body>
...
</body>
</html>

Gut… 
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<link rel="stylesheet" href="css/bootstrap.min.css">
</head>
<body>
...
<script src="js/jquery.min.js"></script>
<script src="js/bootstrap.min.js"></script>
</body>
</html>

Minifying von Dateien
 Das Laden der Daten ist kürzer
 CSS-Styles werden schneller gerendert
 App-Paket wird kompakter

Falls man Ressourcen nicht lokal ablegen kann, dann
lieber CDN nutzen…
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<link rel="stylesheet"
href="https://maxcdn.bootstrapcdn.com/bootstrap/...
...3.3.5/css/bootstrap.min.css">
</head>
<body>
...
<script src="https://ajax.googleapis.com/ajax/...
...libs/jquery/1.11.3/jquery.min.js"></script>
<script src="https://maxcdn.bootstrapcdn.com/...
...bootstrap/3.3.5/js/bootstrap.min.js"></script>
</body>
</html>

Das Content Delivery Network (CDN)
 Ressourcen werden automatisch gecached
 jsdelivr.com

Quiz: Welcher Download ist schneller?
a) 10 x 1 KB Große Bilddateien
b) 1 x 10 KB Große Bilddatei

Die Lösung ist B
 Die HTTP-Spezifikation kann nur wenige parallele
Downloadvorgänge ausführen.

CSS Sprite Bilder verwenden
Icons.png: 1 x 13 KB Große Datei
 Alle nötigen Grafiken auf
einem Bild enthalten
 Kommt ursprünglich aus
der Spieleentwicklung
 Ein Download für alle
nötigen Grafiken
 Austausch von Grafiken
ohne Verzögerung
(Flackern)

CSS Sprite Bilder verwenden
240px
40px
40px
Scenario #1 – Multiple Files Scenario #2 - Image Sprite
40px
6 Bilder
6 Verbindungen
96 KB
1 Bild
1 Verbindung
21 KB
40px40px40px40px40px40px

BÖSE!
.iconGlas {
width: 20px;
height: 20px;
background-image: url(img/glas.png);
}
.iconHeart {
width: 20px;
height: 20px;
background-image: url(img/heart.png);
}

Gut… 
.spriteIcon {
width: 20px;
height: 20px;
background-image: url(img/icons.png);
}
.spriteIconGlas {
background-position: 0 0;
}
.spriteIconHeart {
background-position: -90px 0;
}

Quiz: Was ist besser? JPEG oder PNG?
a) JPEG
b) PNG
c) Je nach Anwendungsfall

Die Lösung ist C
 JPEG für Fotografien: Landschaften oder Gesichter
 PNG: Logo, Diagramme, Screenshots (verbraucht mehr
Memory und Decodierung)
 Bitte vermeiden: GIF, TIFF, BMP, WebP, etc.

Bilder vom Download bis zur Anzeige

Okay, die Daten wurden geladen. Was steckt noch
hinter dem Browser?

Zwei „Threads“ teilen sich die Arbeit…
Main Thread
 Er führt den JavaScript-Code aus
 Berechnet HTML-Elemente
 Gemeinsam mit CSS-Styles
(Layouten)
 Verarbeitet die Elemente in Bitmaps
Composition Thread
 Zeichnet Bitmaps mit der GPU
(Circa 60 mal die Sekunde)
 Berechnung der Sichtbaren Elemente
 Berechnung für die Bewegung von
Elementen (Scrollen)
Arbeit für dich
Fertig! Überprüf
mal bitte…
Hier mal bitte
Zeichnen…
NEIN
Nur wenn ich
gerade nichts
zu tun hab!

Web Runtime Architektur
Networking /
Cache
Parsers
1
2 7
43 8 9
5 6
DOM
Tree
Formatting Layout Painting
1
2 7
43 8 9
5 6
Display Tree
Compositing
DOM API
& Capabilities
JavaScript
CSS Cascade

Die meiste Arbeit steckt beim „Reflow“

Okay, verstanden.. Jetzt sind wir bereit für weitere
Top Performance-Tipps!

Gefährliche Animation! Warum?
@keyframes drive {
from {
margin-top: 0px;
margin-left: -400;
}
to {
margin-top: 50px;
margin-left: 200px;
}
}

Erst recht, BÖSE!
$("#element").animate({
"margin-left": "200px",
"margin-top": "50px"
}, 2000);

Perfekt! So geht’s ab… 
@keyframes drive {
from {
transform: translate(-400px, 0px);
}
to {
transform: translate(200px, 50px);
}
}

Animationen GPU beschleunigen mit CSS-Transitions
 Compositor-Thread übernimmt die Animation einmalig,
der Rest wird von der GPU verarbeitet
 Tipp: Anstatt display:none oder
visibility:hidden, mit Transitions die Elemente
außerhalb vom Screen ablegen. Das ist 3-5 x schneller.

Waaahhh!
-ms-gradient(linear, 50% 50%, 0% 34%, from(#666666), to(#666666), color-stop(.3,#333333))
-webkit-gradient(linear, 50% 50%, 0% 34%, from(#666666), to(#666666), color-stop(.3,#333333))
-moz-gradient(linear, 50% 50%, 0% 34%, from(#666666), to(#666666), color-stop(.3,#333333))
gradient(linear, 50% 50%, 0% 34%, from(#666666), to(#666666), color-stop(.3,#333333))

Verwende Bilder anstatt CSS3 Gradients oder
Border Radius
 Bilder werden immer direkt von der GPU verarbeitet
 Am besten JPEG verwenden

EventListener können zu unangenehmen Events führen
function createElements() {
for (var i = 0; i < 100; ++i) {
var xBtn = document.createElement('button');
xBtn.setAttribute('value', 'AA');
xBtn.addEventListener('click', hi, false);
containerDiv.appendChild(xBtn);
xBtn = null;
}
}
function clearElements() {
containerDiv.innerHTML = "";
}

Unnötige EventListener wieder abbestellen
function createElements() {
for (var i = 0; i < 100; ++i) {
var xBtn = document.createElement('button');
xBtn.setAttribute('value', 'AA');
xBtn.addEventListener('click', hi, false);
containerDiv.appendChild(xBtn);
xBtn = null;
}
}
function clearElements() {
var els = containerDiv.childNodes;
for (var i = 0; i < els.length; i++) {
els[i].removeEventListener('click', hi, false);
containerDiv.removeChild(els[i]);
}
}

Zuviel des Guten…
for (i = 0; i < 100; i++){
img[i].addEventListener("click", function clickListener(e) {
var clickedItem = e.target.id;
alert("Hello " + clickedItem);
});
}

Besser: Bubbling Events nutzen
var theParent = document.querySelector("#theDude");
theParent.addEventListener("click", doSomething, false);
function doSomething(e) {
if (e.target !== e.currentTarget) {
var clickedItem = e.target.id;
alert("Hello " + clickedItem);
}
e.stopPropagation();
}

Best Practices für EventListener
 Minimiere unnötige Events
 Teile Events übergreifend wenn möglich

Der Timer vom Performanceteufel…
setInterval(function() {
// Mach irgendwas...
}, 2000);

Im Einklang, mit dem Powerengel…
var start = null;
function step(timestamp) {
if (!start) start = timestamp;
var progress = timestamp - start;
// Mach irgendwas...
if (progress < 2000) {
window.requestAnimationFrame(step);
}
}
window.requestAnimationFrame(step);

Am Rendering festhalten
 Timer unterbricht den Standard Prozess und sorgt für einen Reflow
 window.requestAnimationFrame hängt direkt am Render-
Prozess und ist somit im Einklang vom Standard Prozess

Quiz: Welche Variable bekommt den schnellsten
Zugriff?
var a = 1;
var b = "ich";
var c = 0.1;
var d = 0x1;

Richtig ist A
var a = 1;
var b = "ich";
var c = 0.1;
var d = 0x1;
STACK
0x00000003a:
0x005e4148b:
0x005e4160c:
String
“ich”
Number
0.1
Number
0x1
0x005e4170d:
HEAP
0x005e4148: 0…01001000
0x03 represents 1: 0…00000011

Number in JavaScript
 Alle Zahlen in JavaScript sind IEEE 64-Bit floating numbers
 Gute für den flexiblen Einsatz
 Eine Performance Herausforderung
31bits
31-bit (tagged) Integers
1bit
1
31bits
Object pointer
1bit
0
32bits
32bits
Floats
32-bit Integers
STACK HEAP
FIXE LÄNGE, SCHNELLER ZUGRIFF VARIABLE LÄNGE, LANGSAMER ZUGRIFF
Boxed

Best Practices für Number
 Verwende eine 31-Bit Zahl wenn möglich
 Verwende nur floats wenn nötig

Böses Array! Aber warum?
var bad = new Array();
bad[0] = 1;
bad[1] = 5.6;
bad[2] = "Will nicht böse sein";

Es entstehen Kopien im Speicher und Konvertierungen
bad[0] = 1;
bad[1] = 5.6;
Type: Int Array 1
Type: Float Array
Type: Var Array 1 2.3 “Will..”
1 5.6

Immer noch Schmerzen! Aber warum?
bad[0] = 1;
bad[1] = 5.6;

Pre-allocate Arrays
bad[0] = 1;
bad[1] = 5.6;
var bad = new Array(100);
bad[0] = 1;
bad[1] = 5.6;
0 ?
?+1 ??
Langsam Schnell
…0 100

Verwende Typed Arrays wenn möglich
var value = 5;
var a = new Float64Array(100);
a[0] = value; // 5.0 - no tagging required
a[1] = value / 2; // 2.5 - no boxing required
a[2] = "text"; // 0.0
var a = new Int32Array(100);
a[0] = value; // 5 - no tagging required
a[1] = value / 2; // 2 - no tagging required
a[2] = "text"; // 0

Tödliche Schleifen…
var a = new Array(100);
var total = 0;
for (var item in a) {
total += item;
};
a.forEach(function(item){
total += item;
});
for (var i = 0; i < a.length; i++) {
total += a[i];
}

Nutze eine Schleife effizient
var a = new Array(100);
var total = 0;
var cachedLength = a.length;
for (var i = 0; i < cachedLength; i++) {
total += a[i];
}

Best Practices für Arrays
 Gebe eine fixe Größe mit
 Verwende Typed Arrays wenn möglich
 Nutze eine Schleife effizient

The DOOM of DOM
...
//for each rotation
document.getElementById("myDiv").classList.remove(oldClass)
document.getElementById("myDiv").classList.add(newClass)
...
JavaScript
DOM

DOM Kommunikation findet jetzt nur einmalig statt
var element = document.getElementById(elID).classList;
//for each rotation
element.remove(oldClass)
element.add(newClass)
...
JavaScript
DOM

DOM Kommunikation findet jetzt nur einmalig statt
var elems = ['img1.jpg', … 'img6.jpg'];
var fragment = document.createDocumentFragment();
for (var i=0; i < elems.length; i++) {
var newNode = document.createElement('img');
newNode.setAttribute('src', elems[i]);
fragment.appendChild(newNode);
}
target.appendChild(fragment);
JavaScript
DOM

Mhhh.. Was ist daran schlimm?
this.boardSize = document.getElementById("benchmarkBox").value;
for (var i = 0; i < this.boardSize; i++) {
//this.boardSize is “25”
for (var j = 0; j < this.boardSize; j++) {
//this.boardSize is “25”
...
}
}

DOM-Elemente sind immer ein String.
Ein direktes parseInt ist 25% schneller!
this.boardSize = parseInt(document.getElementById("benchmarkBox").value);
for (var i = 0; i < this.boardSize; i++) {
//this.boardSize is 25
for (var j = 0; j < this.boardSize; j++) {
//this.boardSize is 25
...
}
}

Wollt ihr noch das beste zum Schluss?

Touchverzögerung entfernen mit FastClick
 Bei Klick oder Touch findet
eine 300 ms Verzögerung
statt
 Entfernen mit FastClick
 github.com/ftlabs/fastclick

Vieeeelll besser….
<script src='/path/to/fastclick.js'></script>
...
document.addEventListener('DOMContentLoaded', function() {
FastClick.attach(document.body);
}, false);

Fazit 1 von 3
 Die UI ist für den Benutzer schnell, wenn sie unter 100 ms reagiert
 Setze moderne WebViews für die Hybrid-Apps ein
 Crosswalk und WKWebView
 Verwende eine saubere HTML-Struktur
 Regeln für Head und Body beachten
 Daten müssen schnell bereitstehen
 Styles und Skripte direkt ins App-Paket legen

Fazit 2 von 3
 Verwende die GPU so viel wie nur möglich
 Bilder anstatt CSS Features
 Animationen via transform: translate3D
 Auf JQuery verzichten
 Natives JavaScript nutzen
 Gehe sparsam und durchdacht mit Events um
 Hänge dich an den Render-Prozess für eine Timer-Funktion
 window.requestAnimationFrame

Fazit 3 von 3
 Erspare JavaScript unnötige Arbeit mit Konvertierungen
 Nutze JavaScript Arrays effektiv
 Verwende Schleifen
 Gehe beachtlich mit dem DOM Zugriff um
 Unnötige „Reflows“ ersparen
 Touchverzögerung entfernen

Kostenloses Video-Training für alle!
http://goo.gl/BQb8ul

Kostenloser Artikel auf Entwickler.de für alle!
https://goo.gl/vwWysC

http://about.me/Gregor.Biswanger
Ich freue mich auf Feedback!
Vielen Dank!

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