Giảm thiểu và nén tải trọng mạng bằng brotli

Michael DiBlasio
Michael DiBlasio
GitHub

Lớp học lập trình này là phần mở rộng của lớp học lập trình Thu nhỏ và nén tải trọng mạng và giả định rằng bạn đã quen thuộc với các khái niệm cơ bản về nén. So với các thuật toán nén khác như gzip, lớp học lập trình này khám phá cách thuật toán nén Brotli (br) có thể giảm thêm tỷ lệ nén và kích thước tổng thể của ứng dụng.

Ảnh chụp màn hình ứng dụng

Đo lường

Trước khi bắt đầu thêm các tính năng tối ưu hoá, bạn nên phân tích trạng thái hiện tại của ứng dụng.

  1. Nhấp vào Phối lại để chỉnh sửa để có thể chỉnh sửa dự án.
  2. Để xem trước trang web, hãy nhấn vào Xem ứng dụng. Sau đó, nhấn vào biểu tượng Toàn màn hình toàn màn hình.

Trong lớp học lập trình về cách rút gọn và nén tải trọng mạng trước đó, chúng ta đã giảm kích thước của main.js từ 225 KB xuống còn 61,6 KB. Trong lớp học lập trình này, bạn sẽ tìm hiểu cách phương thức nén Brotli có thể giảm kích thước gói này hơn nữa.

Nén Brotli

Brotli là một thuật toán nén mới hơn, có thể mang lại kết quả nén văn bản tốt hơn cả gzip. Theo CertSimple, hiệu suất của Brotli là:

  • Nhỏ hơn 14% so với gzip cho JavaScript
  • Nhỏ hơn 21% so với gzip cho HTML
  • Nhỏ hơn 17% so với gzip cho CSS

Để sử dụng Brotli, máy chủ của bạn phải hỗ trợ HTTPS. Brotli được hỗ trợ trong tất cả trình duyệt hiện đại. Các trình duyệt hỗ trợ Brotli sẽ bao gồm br trong tiêu đề Accept-Encoding:

Accept-Encoding: gzip, deflate, br

Bạn có thể xác định thuật toán nén nào được sử dụng bằng cách dùng trường Content-Encoding trong thẻ Mạng của Công cụ cho nhà phát triển Chrome (Command+Option+I hoặc Ctrl+Alt+I):

Bảng điều khiển mạng. Cột Content-encoding (Mã hoá nội dung) hiển thị các phương thức mã hoá được dùng cho nhiều thành phần, bao gồm cả gzip và brotli (br).

Cách bật Brotli

Cách bạn thiết lập máy chủ web để gửi tài nguyên được mã hoá bằng Brotli phụ thuộc vào cách bạn dự định mã hoá các tài nguyên đó. Bạn có thể nén tài nguyên một cách linh động bằng Brotli tại thời điểm yêu cầu (động) hoặc mã hoá tài nguyên trước để tài nguyên đã được nén khi người dùng yêu cầu (tĩnh).

Nén động

Nén động bao gồm việc nén các thành phần ngay lập tức khi trình duyệt yêu cầu.

Ưu điểm

  • Bạn không cần tạo và cập nhật các phiên bản thành phần nén đã lưu.
  • Tính năng nén nhanh hoạt động đặc biệt hiệu quả đối với các trang web được tạo động.

Nhược điểm

  • Việc nén tệp ở cấp cao hơn để đạt được tỷ lệ nén tốt hơn sẽ mất nhiều thời gian hơn. Điều này có thể ảnh hưởng đến hiệu suất khi người dùng chờ tài sản nén trước khi được máy chủ gửi.

Nén động bằng Node và Express

Tệp server.js chịu trách nhiệm thiết lập máy chủ Node lưu trữ ứng dụng.

const express = require('express');
const app = express();
app.use(express.static('public'));

const listener = app.listen(process.env.PORT, function() {
  console.log(`Your app is listening on port ${listener.address().port}`);
});

Tất cả những gì bạn cần làm là nhập express và sử dụng phần mềm trung gian express.static để tải tất cả các tệp HTML, JS và CSS tĩnh trong public/directory (và các tệp đó được webpack tạo ra trong mỗi bản dựng).

Để đảm bảo tất cả thành phần đều được nén bằng brotli mỗi khi được yêu cầu, bạn có thể sử dụng mô-đun shrink-ray. Bắt đầu bằng cách thêm thành phần này dưới dạng devDependency trong package.json:

"devDependencies": {
  // ...
  "shrink-ray": "^0.1.3"
},

Và nhập vào tệp máy chủ, server.js:

const express = require('express');
const shrinkRay = require('shrink-ray');

Và thêm nó làm phần mềm trung gian trước khi express.static được gắn:

// ...
const app = express();

// Compress all requests
app.use(shrinkRay());
app.use(express.static('public'));

Bây giờ, hãy tải lại ứng dụng và xem kích thước gói trong bảng điều khiển Mạng:

Kích thước gói khi nén Brotli động.

Giờ đây, bạn có thể thấy brotli được áp dụng từ bz trong tiêu đề Content-Encoding. main.bundle.js giảm từ 225 KB xuống còn 53,1 KB! Kích thước này nhỏ hơn ~14% so với gzip (61,6 KB).

Nén tĩnh

Ý tưởng đằng sau tính năng nén tĩnh là nén và lưu trước các thành phần.

Ưu điểm

  • Độ trễ do mức độ nén cao không còn là vấn đề đáng lo ngại nữa. Không cần phải nén tệp ngay lập tức vì giờ đây, bạn có thể tìm nạp tệp trực tiếp.

Nhược điểm

  • Thành phần cần được nén trong mỗi bản dựng. Thời gian tạo bản dựng có thể tăng lên đáng kể nếu bạn sử dụng mức nén cao.

Nén tĩnh bằng Node và Express với webpack

Vì nén tĩnh liên quan đến việc nén tệp trước, nên bạn có thể sửa đổi chế độ cài đặt webpack để nén tài sản trong bước tạo bản dựng. Bạn có thể sử dụng brotli-webpack-plugin cho việc này.

Bắt đầu bằng cách thêm thư viện này dưới dạng devDependency trong package.json:

"devDependencies": {
  // ...
 "brotli-webpack-plugin": "^1.1.0"
},

Giống như mọi trình bổ trợ webpack khác, hãy nhập trình bổ trợ này vào tệp cấu hình, webpack.config.js:

var path = require("path");

//...
var BrotliPlugin = require('brotli-webpack-plugin');

Và đưa trình bổ trợ này vào mảng trình bổ trợ:

module.exports = {
  // ...
  plugins: [
    // ...
    new BrotliPlugin({
      asset: '[file].br',
      test: /\.(js)$/
    })
  ]
},

Mảng trình bổ trợ sử dụng các đối số sau:

  • asset: Tên thành phần mục tiêu.
  • [file] được thay thế bằng tên tệp tài sản gốc.
  • test: Tất cả thành phần khớp với RegExp này (tức là các thành phần JavaScript kết thúc bằng .js) đều được xử lý.

Ví dụ: main.js sẽ được đổi tên thành main.js.br.

Khi ứng dụng tải lại và tạo lại, một phiên bản nén của gói chính sẽ được tạo. Mở Glitch Console để xem nội dung bên trong thư mục public/ cuối cùng do máy chủ Node phân phát.

  1. Nhấp vào nút Công cụ.
  2. Nhấp vào nút Bảng điều khiển.
  3. Trong bảng điều khiển, hãy chạy các lệnh sau để chuyển sang thư mục public và xem tất cả tệp trong thư mục đó:
cd public
ls -lh
Kích thước gói khi dùng phương thức nén Brotli tĩnh

Phiên bản nén brotli của gói, main.bundle.js.br, hiện cũng được lưu tại đây và có kích thước nhỏ hơn ~76% (225 KB so với 53 KB) so với main.bundle.js.

Tiếp theo, hãy yêu cầu máy chủ gửi các tệp nén brotli này bất cứ khi nào phiên bản JS gốc của chúng được yêu cầu. Bạn có thể thực hiện việc này bằng cách xác định một tuyến mới trong server.js trước khi các tệp được phân phát bằng express.static.

const express = require('express');
const app = express();

app.get('*.js', (req, res, next) => {
  req.url = req.url + '.br';
  res.set('Content-Encoding', 'br');
  res.set('Content-Type', 'application/javascript; charset=UTF-8');
  next();
});

app.use(express.static('public'));

app.get được dùng để cho máy chủ biết cách phản hồi yêu cầu GET cho một điểm cuối cụ thể. Sau đó, một hàm callback được dùng để xác định cách xử lý yêu cầu này. Tuyến đường này hoạt động như sau:

  • Việc chỉ định '*.js' làm đối số đầu tiên có nghĩa là đối số này hoạt động cho mọi điểm cuối được kích hoạt để tìm nạp tệp JS.
  • Trong lệnh gọi lại, .br được đính kèm vào URL của yêu cầu và tiêu đề phản hồi Content-Encoding được đặt thành br.
  • Tiêu đề Content-Type được đặt thành application/javascript; charset=UTF-8 để chỉ định loại MIME.
  • Cuối cùng, next() đảm bảo rằng trình tự tiếp tục đến bất kỳ lệnh gọi lại nào có thể tiếp theo.

Vì một số trình duyệt có thể không hỗ trợ tính năng nén brotli, hãy xác nhận rằng brotli được hỗ trợ trước khi trả về tệp nén brotli bằng cách kiểm tra xem tiêu đề của yêu cầu Accept-Encoding có chứa br hay không:

const express = require('express');
const app = express();

app.get('*.js', (req, res, next) => {
  if (req.header('Accept-Encoding').includes('br')) {
    req.url = req.url + '.br';
    console.log(req.header('Accept-Encoding'));
    res.set('Content-Encoding', 'br');
    res.set('Content-Type', 'application/javascript; charset=UTF-8');
  }

  next();
});

app.use(express.static('public'));

Sau khi ứng dụng tải lại, hãy xem lại bảng điều khiển Mạng một lần nữa.

Kích thước gói là 53,1 KB (từ 225 KB)

Thành công! Bạn đã sử dụng phương thức nén Brotli để nén thêm các thành phần của mình!

Kết luận

Lớp học lập trình này minh hoạ cách brotli có thể giảm thêm kích thước tổng thể của ứng dụng. Nếu được hỗ trợ, brotli là thuật toán nén mạnh hơn gzip.