从0到1实现一个前端监控系统（附源码）

编程入门行业动态更新时间:2024-10-18 07:44:26

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从0到1实现一个前端监控系统（附源码）

一、从0开始

二、上报数据方法

三、上报时机

四、性能数据收集上报

收集上报FP

收集上报FCP

收集上报LCP

收集上报DOMContentLoaded

收集上报onload数据

收集上报资源加载时间

收集上报接口请求时间

五、错误数据收集上报

收集上报资源加载错误

收集上报js错误

收集上报promise错误

六、行为数据收集上报

收集上报pv、uv

页面上报停留时长

用户点击上报

七、改造完善四维监控类

总结

可参考文章

参考资料

在我已有的职业生涯中，前端确实大多数时候是在裸奔的，这是这篇文章被我写出来的理由。而且，现在是一个数据时代，没有数据很多时候就没有反馈没有下一步，也就没有进步。

一个完整的前端监控平台包括三个部分：数据采集与上报、数据整理和存储、数据展示。本文只写数据采集与上报部分。

数据采集 (1).png

数据上报.png

一、从0开始

名字很重要，一个好的名字会让使用者很容易记住，会让使用者莫名产生一种自豪感，会更容易传播；如果名字能够切合某种大道，更能带来顺理成章的效果。本文的监控SDK就叫四维吧，寓意上帝视角。全写four-dimension，简写为FD。

class FourDimension {constructor() {this.init()}// 初始化init() {}
}

定义一个 FourDimension 类，目前有构造函数，构造函数无参数。只有init方法，用以初始化类。init方法用以性能、错误、行为数据收集。

二、上报数据方法

业界比较成熟的方案：使用1x1像素的gif图片上报，本文也是。同时也可以使navigator.sendBeacon，navigator.sendBeacon是一个用于发送少量数据到服务器的浏览器API。它有以下几个优点

异步和非阻塞：navigator.sendBeacon 是异步的，它不会阻塞浏览器的其他操作。这对于性能监控来说非常重要，因为都不希望监控的过程影响到页面的性能。
在页面卸载时仍然可以发送数据：当用户离开页面（例如关闭页面或者导航到其他页面）时，navigator.sendBeacon仍然可以发送数据。这对于捕获和上报页面卸载前的最后一些性能数据来说非常有用。
低优先级：navigator.sendBeacon 发送的请求是低优先级的，它不会影响到页面的其他网络请求。
简单易用：navigator.sendBeacon 的API非常简单，只需要提供上报的URL和数据，就可以发送请求。

与此同时，navigator.sendBeacon 也有一些限制。例如，它只能发送POST请求，不能发送GET请求。而且，它发送的请求没有返回值，不能接收服务器的响应。

最后，一些旧的浏览器可能不支持 navigator.sendBeacon。因此，在使用 navigator.sendBeacon 时，需要根据实际情况进行兼容性处理。

本文的方案是，优先navigator.sendBeacon，降级使用1x1像素gif图片，根据实际情况需要采用xhr。

创建report.js增加上传方法

import {isSupportSendBeacon} from './util'// 如果浏览器不支持 sendBeacon，就使用图片打点
const sendBeacon = (function(){if(isSupportSendBeacon()){return window.navigator.sendBeacon.bind(window.navigator)}const reportImageBeacon = function(url, data){reportImage(url, data)}return reportImageBeacon
})()export function reportImage(url, data) {const img = new Image();img.src = url + '?reportData=' + encodeURIComponent(JSON.stringify(data));
}

三、上报时机

参考其它文章，上报时机选择对当前页面影响最小的方案

上报时机有三种：

采用 requestIdleCallback/setTimeout 延时上报。

在 beforeunload 回调函数里上报。

缓存上报数据，达到一定数量后再上报。

将三种方式结合一起上报：

先缓存上报数据，缓存到一定数量后，利用 requestIdleCallback/setTimeout 延时上报。在页面离开时统一将未上报的数据进行上报。

创建缓存文件cache.js

import { deepCopy } from './util'const cache = []export function getCache() {return deepCopy(cache)
}export function addCache(data) {cache.push(data)
}export function clearCache() {cache.length = 0
}

其中deepCopy

export function deepCopy(target) {if (typeof target === 'object') {const result = Array.isArray(target) ? [] : {}for (const key in target) {if (typeof target[key] == 'object') {result[key] = deepCopy(target[key])} else {result[key] = target[key]}}return result}return target
}

修改上传文件report.js

import { addCache, getCache, clearCache } from './cache'
import config from '../config'
import {isSupportSendBeacon, generateUniqueID} from './util'const sendBeacon = (function(){if(isSupportSendBeacon()){return window.navigator.sendBeacon.bind(window.navigator)}const reportImageBeacon = function(url, data){reportImage(url, data)}return reportImageBeacon
})()const sessionID = generateUniqueID()
export function report(data, isImmediate = false) {if (!config.reportUrl) {console.error('请设置上传 url 地址')}const reportData = JSON.stringify({id: sessionID,appID: config.appID,userID: config.userID,data,})if (isImmediate) {sendBeacon(config.reportUrl, reportData)return}if (window.requestIdleCallback) {window.requestIdleCallback(() => {sendBeacon(config.reportUrl, reportData)}, { timeout: 3000 })} else {setTimeout(() => {sendBeacon(config.reportUrl, reportData)})}
}let timer = null
export function lazyReportCache(data, timeout = 3000) {addCache(data)clearTimeout(timer)timer = setTimeout(() => {const data = getCache()if (data.length) {report(data)clearCache()}}, timeout)
}export function reportWithXHR(data) {// 1. 创建 xhr 对象let xhr = new XMLHttpRequest()// 2. 调用 open 函数xhr.open('POST', config.reportUrl)// 3. 调用 send 函数xhr.send(JSON.stringify(data))
}export function reportImage(url, data) {const img = new Image();img.src = url + '?reportData=' + encodeURIComponent(JSON.stringify(data));
}

其中config.js文件

const config = {reportUrl: 'http://localhost:8000/reportData',projectName: 'fd-example'
}export function setConfig(options) {for (const key in config) {if (options[key]) {config[key] = options[key]}}
}
export default config

四、性能数据收集上报

根据最初的规划，性能监控需要收集的数据指标需要有FP、FCP、LCP、DOMContentLoaded、onload、资源加载时间、接口请求时间。

收集FP、FCP、LCP、资源加载时间具体是利用浏览器Performance API。关于Performance API可以参考：Performance[1]

收集上报FP

FP（First Paint）首次绘制，即浏览器开始绘制页面的时间点。这包括了任何用户自定义的绘制，它是渲染任何文本、图像、SVG等的开始时间

import { getPageURL, isSupportPerformanceObserver } from '../utils/util'
import { lazyReportCache } from '../utils/report'export default function observePaint() {if (!isSupportPerformanceObserver()) returnconst entryHandler = (list) => {        for (const entry of list.getEntries()) {if (entry.name === 'first-paint') {observer.disconnect()}const json = entry.toJSON()delete json.durationconst reportData = {...json,subType: entry.name,type: 'performance',pageURL: getPageURL(),}lazyReportCache(reportData)}}const observer = new PerformanceObserver(entryHandler)// buffered 属性表示是否观察缓存数据，也就是说观察代码添加时机比事情触发时机晚也没关系。observer.observe({ type: 'paint', buffered: true })}

代码中observer.disconnect()是PerformanceObserver对象的一个方法，用于停止观察性能指标并断开与回调函数的连接。

事实上

observer.observe({ type: 'paint', buffered: true })

包含两种性能指标：first-contentful-paint和first-paint。

当调用observer.disconnect()方法时，PerformanceObserver对象将停止观察性能指标，并且不再接收任何性能指标的更新。与此同时，与回调函数的连接也会被断开，即使有新的性能指标数据产生，也不会再触发回调函数。

这个方法通常在不再需要观察性能指标时调用，以避免不必要的资源消耗。

收集上报FCP

FCP（First Contentful Paint）：首次内容绘制，即浏览器首次绘制DOM内容的时间点，如文本、图像、SVG等。

看起来FCP和FP一致，其实还是有区别的

FCP（First Contentful Paint）：FCP是指页面上首次渲染任何文本、图像、非空白的canvas或SVG的时间点。它表示了用户首次看到页面有实际内容的时间，即页面开始呈现有意义的内容的时间点。
FP（First Paint）：FP是指页面上首次渲染任何内容的时间点，包括背景颜色、图片、文本等。它表示了页面开始呈现任何可视化内容的时间，但不一定是有意义的内容。

简而言之，FCP关注的是页面上首次呈现有意义内容的时间点，而FP关注的是页面上首次呈现任何可视化内容的时间点。FCP更关注用户感知的页面加载时间，因为它表示用户可以开始阅读或与页面进行交互的时间点。而FP则更关注页面开始渲染的时间点，无论内容是否有意义

import { getPageURL, isSupportPerformanceObserver } from '../utils/util'
import { lazyReportCache } from '../utils/report'export default function observePaint() {if (!isSupportPerformanceObserver()) returnconst entryHandler = (list) => {        for (const entry of list.getEntries()) {if (entry.name === 'first-contentful-paint') {observer.disconnect()}const json = entry.toJSON()delete json.durationconst reportData = {...json,subType: entry.name,type: 'performance',pageURL: getPageURL(),}lazyReportCache(reportData)}}const observer = new PerformanceObserver(entryHandler)// buffered 属性表示是否观察缓存数据，也就是说观察代码添加时机比事情触发时机晚也没关系。observer.observe({ type: 'paint', buffered: true })}

收集上报LCP

LCP（Largest Contentful Paint）：最大内容绘制，即视口中最大的图像或文本块的渲染完成的时间点

import { getPageURL, isSupportPerformanceObserver } from '../utils/util'
import { lazyReportCache } from '../utils/report'export default function observeLCP() {if (!isSupportPerformanceObserver()) {return}const entryHandler = (list) => {if (observer) {observer.disconnect()}for (const entry of list.getEntries()) {const json = entry.toJSON()delete json.durationconst reportData = {...json,target: entry.element?.tagName,name: entry.entryType,subType: entry.entryType,type: 'performance',pageURL: getPageURL(),}lazyReportCache(reportData)}}const observer = new PerformanceObserver(entryHandler)observer.observe({ type: 'largest-contentful-paint', buffered: true })
}

收集上报DOMContentLoaded

DOMContentLoaded：当HTML文档被完全加载和解析完成后，DOMContentLoaded事件被触发，无需等待样式表、图像和子框架的完成加载

import { lazyReportCache } from '../utils/report'export default function observerLoad() {['DOMContentLoaded'].forEach(type => onEvent(type))
}function onEvent(type) {function callback() {lazyReportCache({type: 'performance',subType: type.toLocaleLowerCase(),startTime: performance.now(),})window.removeEventListener(type, callback, true)}window.addEventListener(type, callback, true)
}

收集上报onload数据

onload：当所有需要立即加载的资源（如图片和样式表）已加载完成时的时间点

import { lazyReportCache } from '../utils/report'export default function observerLoad() {['load'].forEach(type => onEvent(type))
}function onEvent(type) {function callback() {lazyReportCache({type: 'performance',subType: type.toLocaleLowerCase(),startTime: performance.now(),})window.removeEventListener(type, callback, true)}window.addEventListener(type, callback, true)
}

收集上报资源加载时间

收集资源加载时间

observer.observe({ type: 'resource', buffered: true })

我在想什么是资源加载时间？应该就是下面的entry.duration的。我觉得写监控SDK很有意义，可以更加深入的学习浏览器模型。了解浏览器是怎么看待各种html文件资源的

import { executeAfterLoad, isSupportPerformanceObserver} from '../utils/util'
import { lazyReportCache } from '../utils/report'export default function observeEntries() {executeAfterLoad(() => {observeEvent('resource')})
}export function observeEvent(entryType) {function entryHandler(list) {const data = list.getEntries()for (const entry of data) {if (observer) {observer.disconnect()}lazyReportCache({name: entry.name, // 资源名称subType: entryType,type: 'performance',sourceType: entry.initiatorType, // 资源类型duration: entry.duration, // 资源加载耗时dns: entry.domainLookupEnd - entry.domainLookupStart, // DNS 耗时tcp: entry.connectEnd - entry.connectStart, // 建立 tcp 连接耗时redirect: entry.redirectEnd - entry.redirectStart, // 重定向耗时ttfb: entry.responseStart, // 首字节时间protocol: entry.nextHopProtocol, // 请求协议responseBodySize: entry.encodedBodySize, // 响应内容大小responseHeaderSize: entry.transferSize - entry.encodedBodySize, // 响应头部大小resourceSize: entry.decodedBodySize, // 资源解压后的大小startTime: performance.now(),})}}let observerif (isSupportPerformanceObserver()) {observer = new PerformanceObserver(entryHandler)observer.observe({ type: entryType, buffered: true })}
}

收集上报接口请求时间

这里通过覆写原生xhr对象方法，对方法做拦截实现接口时间收集以及上报

import { originalOpen, originalSend, originalProto } from '../utils/xhr'
import { lazyReportCache } from '../utils/report'function overwriteOpenAndSend() {originalProto.open = function newOpen(...args) {this.url = args[1]this.method = args[0]originalOpen.apply(this, args)}originalProto.send = function newSend(...args) {this.startTime = Date.now()const onLoadend = () => {this.endTime = Date.now()this.duration = this.endTime - this.startTimeconst { status, duration, startTime, endTime, url, method } = thisconst reportData = {status,duration,startTime,endTime,url,method: (method || 'GET').toUpperCase(),success: status >= 200 && status < 300,subType: 'xhr',type: 'performance',}lazyReportCache(reportData)this.removeEventListener('loadend', onLoadend, true)}this.addEventListener('loadend', onLoadend, true)originalSend.apply(this, args)}
}export default function xhr() {overwriteOpenAndSend()
}

五、错误数据收集上报

根据最初的规划需要收集资源加载错误、js错误和promise错误。

收集上报资源加载错误

收集 JavaScript、CSS 和图片的加载错误，使用window.addEventListener监听错误

import { lazyReportCache } from '../utils/report'
import { getPageURL } from '../utils/util'export default function error() {// 捕获资源加载失败错误 js css img...window.addEventListener('error', e => {const target = e.targetif (!target) returnif (target.src || target.href) {const url = target.src || target.hreflazyReportCache({url,type: 'error',subType: 'resource',startTime: e.timeStamp,html: target.outerHTML,resourceType: target.tagName,paths: e.path.map(item => item.tagName).filter(Boolean),pageURL: getPageURL(),})}}, true)
}

收集上报js错误

收集 JavaScript 错误，可以使用 window.onerror 或者 window.addEventListener('error', callback)

import { lazyReportCache } from '../utils/report'
import { getPageURL } from '../utils/util'export default function error() {// 监听 js 错误window.onerror = (msg, url, line, column, error) => {lazyReportCache({msg,line,column,error: error.stack,subType: 'js',pageURL: url,type: 'error',startTime: performance.now(),})}}

说明一下window.onerror无法捕获资源加载错误，所以这里可以单独拿来监听js错误。

收集上报promise错误

收集 Promise 错误，可以使用 window.addEventListener('unhandledrejection', callback)

import { lazyReportCache } from '../utils/report'
import { getPageURL } from '../utils/util'export default function error() {// 监听 promise 错误 缺点是获取不到列数据window.addEventListener('unhandledrejection', e => {lazyReportCache({reason: e.reason?.stack,subType: 'promise',type: 'error',startTime: e.timeStamp,pageURL: getPageURL(),})})}

为了减少对html文件代码的干扰，错误收集可以添加一个缓存代理，具体参考字节前端监控实践[2]。

六、行为数据收集上报

根据最初的规划，行为数据收集pv、uv，页面停留时长，用户点击。

收集上报pv、uv

收集 pv（Page View，页面浏览量）和 uv（Unique Visitor，独立访客）数据，需要在每次页面加载时发送一个请求到服务器，然后在服务器端进行统计

import { lazyReportCache } from '../utils/report'
import getUUID from './getUUID'
import { getPageURL } from '../utils/util'export default function pv() {lazyReportCache({type: 'behavior',subType: 'pv',startTime: performance.now(),pageURL: getPageURL(),referrer: document.referrer,uuid: getUUID(),})
}

这里只能收集了pv数据，uv数据统计需要在服务端进行。

页面上报停留时长

收集页面停留时长，可以在页面加载时记录一个开始时间，然后在页面卸载时记录一个结束时间，两者的差就是页面的停留时长。这个计算逻辑可以放在beforeunload事件里做

import { report } from '../utils/report'
import { onBeforeunload, getPageURL } from '../utils/util'
import getUUID from './getUUID'export default function pageAccessDuration() {onBeforeunload(() => {report({type: 'behavior',subType: 'page-access-duration',startTime: performance.now(),pageURL: getPageURL(),uuid: getUUID(),}, true)})
}

用户点击上报

收集用户点击事件，可以使用 addEventListener 来监听 click 事件，这里借助了冒泡

import { lazyReportCache } from '../utils/report'
import { getPageURL } from '../utils/util'
import getUUID from './getUUID'export default function onClick() {['mousedown', 'touchstart'].forEach(eventType => {let timerwindow.addEventListener(eventType, event => {clearTimeout(timer)timer = setTimeout(() => {const target = event.targetconst { top, left } = target.getBoundingClientRect()lazyReportCache({top,left,eventType,pageHeight: document.documentElement.scrollHeight || document.body.scrollHeight,scrollTop: document.documentElement.scrollTop || document.body.scrollTop,type: 'behavior',subType: 'click',target: target.tagName,paths: event.path?.map(item => item.tagName).filter(Boolean),startTime: event.timeStamp,pageURL: getPageURL(),outerHTML: target.outerHTML,innerHTML: target.innerHTML,width: target.offsetWidth,height: target.offsetHeight,viewport: {width: window.innerWidth,height: window.innerHeight,},uuid: getUUID(),})}, 500)})})
}

七、改造完善四维监控类

将性能数据、错误数据、行为数据入口文件的收集方法在监控类四维init方法内初始化

import performance from './performance/index'
import behavior from './behavior/index'
import error from './error/index'class FourDimension {constructor() {this.init()}// 初始化init() {performance()error()behavior()}
}new FourDimension().init()

在具体使用过程中，采用异步加载的方式引入。