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| 本文作者： 我在思考中 | 2023-01-16 15:02 |
過去十年中，手機(jī)的日益普及促進(jìn)了互聯(lián)網(wǎng)接入的顯著增加。在全球超35億移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)用戶中，74% 的人生活在低收入和中等收入國家中，手機(jī)成為他們連接到互聯(lián)網(wǎng)的主要方式。
近日，有研究人員通過對56個(gè)國家和地區(qū)的實(shí)地調(diào)研，衡量網(wǎng)絡(luò)瀏覽體驗(yàn)的全球差異，研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前移動(dòng)數(shù)據(jù)成本和頁面加載時(shí)間方面存在著顯著不平等問題。
不僅如此，今天的大多數(shù)流行網(wǎng)頁在設(shè)計(jì)時(shí)，往往只考慮到高處理能力，越來越適合高端手機(jī)，這也導(dǎo)致了一定程度上不平等現(xiàn)象的加劇擴(kuò)大。
舉個(gè)例子，2019年，法國電信公司 Orange 推出了一款售價(jià)20美元的 Sanza 手機(jī)，隨即在非洲引起一陣購買狂潮?？赡艽蠖鄶?shù)人很難相信，在可折疊顯示屏和 5G 手機(jī)風(fēng)靡的今天，一款既不是功能手機(jī)、也非智能手機(jī)的產(chǎn)品，短短時(shí)間之內(nèi)就迅速在非洲手機(jī)市場上占有一席之地。
為此，研究人員提出了一個(gè)叫做 Lite-Web（輕量化網(wǎng)頁）的解決方案，可使網(wǎng)頁在低端手機(jī)上加載速度更快，處理起來更容易。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明， Lite-Web 可幫助經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)（如巴基斯坦）的低端手機(jī)用戶的瀏覽體驗(yàn)轉(zhuǎn)變?yōu)榻?jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)（如迪拜）高端手機(jī)用戶的瀏覽體驗(yàn)，縮小手機(jī)使用上的“貧富差距”。
同時(shí)，手機(jī)性能的提升不會(huì)影響頁面的外觀和功能。研究認(rèn)為，大規(guī)模部署 Lite-Web 將有助于構(gòu)建沒有數(shù)字不平等的萬維網(wǎng)。
移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵推動(dòng)因素之一在于其可負(fù)擔(dān)性，不僅移動(dòng)數(shù)據(jù)的價(jià)格越來越低，移動(dòng)電話的價(jià)格也越來越便宜。但是，盡管許多發(fā)展中國家移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的訪問范圍在擴(kuò)大，但用戶體驗(yàn)仍然很差，其中，被稱為“數(shù)字鴻溝”現(xiàn)象的問題，正將那些能夠高質(zhì)量地訪問信息和通信技術(shù)的人與那些只有較差替代品的人分開。
與已經(jīng)跨越數(shù)字鴻溝的高端手機(jī)用戶相比，有限帶寬和低端手機(jī)用戶也面臨著更差的瀏覽體驗(yàn)。
為此，研究人員對56個(gè)國家和地區(qū)進(jìn)行實(shí)地調(diào)研，為了控制瀏覽體驗(yàn)，研究要求每個(gè)調(diào)研者使用完全相同的硬件訪問同一組網(wǎng)頁和相同的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器，在同一當(dāng)?shù)貢r(shí)間同時(shí)連接到蜂窩網(wǎng)絡(luò)，以確保任何觀察到的差異平均頁面加載時(shí)間不受過多因素變化的影響。
據(jù)圖1A 結(jié)果顯示，圖中的圓圈對應(yīng)位置，顏色代表平均頁面加載時(shí)間，直徑代表調(diào)整后的每 GB 成本?？梢钥闯?，全球存在明顯的數(shù)字不平等。
（D）每個(gè)網(wǎng)頁的頁面加載時(shí)間（s）分布，在不同位置取平均值
為了方便對不同位置進(jìn)行比較，研究人員繪制了每個(gè)位置 1GB 的成本分布（圖1B）以及每個(gè)位置頁面加載時(shí)間分布情況，并在不同網(wǎng)頁上取平均值（圖1C），這些分布突出了地點(diǎn)之間的不平等。為了了解網(wǎng)頁本身在復(fù)雜性方面的差異，研究繪制了每個(gè)網(wǎng)頁的頁面加載時(shí)間（s）分布圖，對不同位置取平均值（圖1D）?？梢钥吹?，各網(wǎng)頁的頁面加載時(shí)間存在很大差異，從 3.6 到 62.6 不等，平均值為 20.8，該時(shí)長為加載整個(gè)頁面所需的時(shí)間。
要注意的是，由于硬件規(guī)格會(huì)影響頁面的加載時(shí)間，因此研究中所有測量都使用了相同的手機(jī)型號(hào)——小米紅米Go，以確保規(guī)格在不同地點(diǎn)和網(wǎng)頁之間統(tǒng)一。
研究發(fā)現(xiàn)，頁面加載時(shí)間和每 GB 成本與人口規(guī)模無關(guān)；在比較首府城市和非首府城市時(shí)發(fā)現(xiàn)，首都城市的頁面加載時(shí)間幾乎，每 GB 成本是首府城市的兩倍。其中，頁面加載時(shí)間和每 GB 成本之間存在正相關(guān)關(guān)系，這表明連接質(zhì)量較差的人需要支付更多。
JavaScript 對解決數(shù)據(jù)鴻溝
通過在全球范圍內(nèi)提供廉價(jià)、快速的連接或許可以消除數(shù)字不平等問題，但就現(xiàn)狀來看，這不僅需要數(shù)年時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)，而且成本極高。舉個(gè)例子，如果到 2030 年想在非洲實(shí)現(xiàn)普遍、負(fù)擔(dān)得起和優(yōu)質(zhì)的互聯(lián)網(wǎng)接入，將需要 1000 億美元。
另一個(gè)價(jià)格更低廉的替代方案，是可以通過降低帶寬和處理要求來使得網(wǎng)頁“變輕”，雖然較輕的版本與原始頁面，只要對用戶體驗(yàn)的影響最小，這樣的解決方案也是可取的。但考慮到萬維網(wǎng)當(dāng)中的無數(shù)網(wǎng)頁，想要對網(wǎng)頁進(jìn)行全部分析，以確定哪些元素是昂貴的（在帶寬和處理時(shí)間方面）和對網(wǎng)頁非必要的元素（例如外觀和功能等）似乎是不可行的。
對此，研究中指出，或可將 JavaScript 元素作為主要的關(guān)注點(diǎn)，這些元素不僅計(jì)算密集，并且在萬維網(wǎng)中被廣泛使用。
與同等大小的 Web 組件相比，處理 JavaScript 元素對 Web 瀏覽器的要求更高。此外，這些元素的下載大小在每頁總下載量中占比極大，但盡管它無處不在，但到目前為止，有關(guān) JavaScript 處理頁面加載時(shí)間的成本尚未被完全了解。
研究人員使用了在 2015 年到 2020 年期間、當(dāng)年發(fā)布的兩款手機(jī)（一款低端手機(jī)和一款高端手機(jī)）訪問當(dāng)年檢索到的網(wǎng)頁，并設(shè)置 WebPageTest 來記錄從不同手機(jī)訪問頁面時(shí)的 JavaScript 處理時(shí)間。
圖2：2015 年到 2020 年期間，在高端和低端移動(dòng)設(shè)備上測量的 JavaScript 處理時(shí)間；過濾掉版本顯示技術(shù)問題的頁面，最終共55個(gè)，每年分別有一款高端手機(jī)和一款低端手機(jī)訪問當(dāng)年檢索到的網(wǎng)頁；手機(jī)型號(hào)在圖中指定
（A）平均 JavaScript 處理時(shí)間（以秒為單位），使用高端手機(jī)（藍(lán)色曲線）和低端手機(jī)（紅色曲線）測量；其中 2017 年低端手機(jī)的數(shù)據(jù)點(diǎn)為插值，因?yàn)檠芯科陂g沒有此類手機(jī)可購買
（B）在 JavaScript 處理上花費(fèi)的頁面加載時(shí)間百分比，使用高端手機(jī)（藍(lán)色條）和低端手機(jī)（紅色條）
研究結(jié)果顯示，多年來處理 JavaScript 的時(shí)間在高端手機(jī)上略有下降，但在低端手機(jī)上顯著增加（從剛超過2秒增加到近8秒），其增長原因是因?yàn)檫@些年來網(wǎng)頁的計(jì)算量越來越大；在 JavaScript 處理的頁面加載時(shí)間百分比方面，據(jù)圖2B 顯示，過去3年中，高端手機(jī)的占比為20%，低端手機(jī)的占比接近50%。
Lite-Web：優(yōu)化 JavaScript 使用
為了解決頁面加載在 JavaScript 處理上的時(shí)間花耗問題，研究人員提出了名為“ Lite-Web”的解決方案，可通過優(yōu)化 JavaScript 的使用，從而生成更輕量級(jí)的網(wǎng)頁版本。作為一種混合方法，Lite-Web 融合了SlimWeb、JSCleaner 和 Muzeel 三種解決方案。
SlimWeb 是按照 JavaScript 元素根據(jù)其代碼進(jìn)行分類，可將包括未知庫、未識(shí)別的服務(wù)域和混淆代碼等元素進(jìn)行分類。其中， SlimWeb 使用的類是基于 Web 社區(qū)確定的主要 JavaScript 類別，但 SlimWeb 也會(huì)對一些分類進(jìn)行屏蔽，其中就包括了廣告、分析（收集有關(guān)用戶的數(shù)據(jù)）和社交（支持點(diǎn)贊和分享等社交互動(dòng)）。
混合方法的第二個(gè)組件是 JSCleaner，這種基于規(guī)則的解決方案用于識(shí)別和阻止不屬于 SlimWeb 使用的三個(gè)類中任何一個(gè)非必要 JavaScript 元素。如果這些元素的代碼不包含任何處理頁面內(nèi)容或功能的函數(shù)，那么 JSCleaner 就會(huì)將這些元素歸類為對用戶體驗(yàn)不重要。
與前兩種解決方案屏蔽非必要的 JavaScript 元素不同，Muzeel 的作用在于優(yōu)化必要元素的代碼。這是通過識(shí)別和消除無用代碼、即網(wǎng)頁從未使用過的 JavaScript 代碼部分來完成。此類代碼存在的原因之一是使用通用庫，這些庫可以提供比頁面實(shí)際需要更多的功能，因此代碼量也更多。常規(guī)情況下，Web 開發(fā)人員會(huì)使用此類庫來加快開發(fā)過程，例如 jQuery 等庫就出現(xiàn)在全球 83% 的移動(dòng)頁面中。
由于 JavaScript 編程語言的動(dòng)態(tài)特性影響，因此要識(shí)別死代碼也具有一定的挑戰(zhàn)性。其中，Muzeel 可以使用一種新穎的交互機(jī)器人來模擬用戶如何與頁面交互，這種方法也能有效識(shí)別可以安全刪除的 JavaScript 函數(shù)，并且不會(huì)影響用戶體驗(yàn)和整個(gè)頁面內(nèi)容。
圖3：Lite-Web 的定量評估
使用 2021 年訪問最頻繁的 100 個(gè)巴基斯坦網(wǎng)頁來評估位于吉爾吉特-巴爾蒂斯坦省4個(gè)地點(diǎn)的 Lite-Web，即 Taus、Hundur、Sherqilla 和 Puniyal；評估通過在相同的蜂窩網(wǎng)絡(luò)條件 (SCOM 4G) 下，在相同的低端手機(jī) (QMobile i6i 2020) 上將 Lite-Web 版本（藍(lán)色條）與原始版本（黃色條）進(jìn)行比較來完成的。此外，原始版本和 Lite-Web 版本也與基線（粉紅色條）進(jìn)行了比較，同樣的 100 個(gè)網(wǎng)頁在迪拜的蜂窩網(wǎng)絡(luò) (Etisalat 4G+) 下的高端手機(jī) (Samsung Galaxy S20+ 2020) 上運(yùn)行. 誤差線表示 95% 的置信區(qū)間。、
（A）評估頁面加載時(shí)間（B）評估速度指數(shù)（C）評估 JavaScript 處理時(shí)間（D）評估頁面大小
從評估結(jié)果可以看到，四個(gè)位置的頁面加載時(shí)間減少了 68%（Taus）、43%（Hundur）、72%（Sherqilla）和 64%（Puniyal），平均時(shí)間從61到23秒。
為了確定這種改進(jìn)是否足以彌合數(shù)字鴻溝，研究人員將 Lite-Web 的結(jié)果與吉爾吉特-巴爾蒂斯坦人民在發(fā)達(dá)地區(qū)（迪拜）、以高端網(wǎng)絡(luò)瀏覽相同的100個(gè)巴基斯坦網(wǎng)頁時(shí)的體驗(yàn)進(jìn)行了比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3A 顯示，吉爾吉特-巴爾蒂斯坦用戶的額外等待時(shí)間從 48 秒（黃色條和粉紅色條之間的平均差異）減少到僅10秒（藍(lán)色條和粉紅色條之間的平均差異），總計(jì)減少了約80%。
圖3B 對應(yīng)第二個(gè)性能指標(biāo)，即速度指數(shù)，其測量頁面內(nèi)容被填充并向用戶用戶所花費(fèi)的時(shí)間。通過使用 Lite-Web 后，有四個(gè)地點(diǎn)都發(fā)生了顯著改善，將發(fā)達(dá)地區(qū)和發(fā)展中地區(qū)之間的差距縮小了約 70%。
如圖3C 所示， Lite-Web 對處理 JavaScript 所花費(fèi)時(shí)間的影響，在時(shí)間跨地點(diǎn)方面平均下降了 54%，吉爾吉特-巴爾蒂斯坦和迪拜之間的差距下降了約 80%。
圖3D 還展示了 Lite-Web 如何縮小不同網(wǎng)頁的大小。具體來說，跨網(wǎng)頁和位置的平均頁面大小減少了大約 50%，從 0.54 MB 到 0.28 MB。其中，吉爾吉特-巴爾蒂斯坦的平均頁面大小（沒有 Lite-Web 的改進(jìn)）比迪拜的略小，其原因在于，與低端手機(jī)相比，高端手機(jī)需要更大尺寸的圖像。但使用了 Lite-Web 后，網(wǎng)頁大小相比在在迪拜下載的網(wǎng)頁小了約 60%。
總體來看，SlimWeb、JSCleaner 和 Muzeel 這三個(gè)組件中，SlimWeb 在基于時(shí)間的指標(biāo)（頁面加載時(shí)間、速度指數(shù)和 JavaScript 處理時(shí)間）方面影響最大，而 SlimWeb 和 Muzeel 在頁面大小方面的影響相當(dāng)減少。
此外，為了評估上述改進(jìn)是否會(huì)影響頁面的外觀或功能，研究人員還召集了200名學(xué)生隨機(jī)分為人數(shù)相等的對照組和治療組，將100個(gè)巴基斯坦網(wǎng)頁劃分為25個(gè)不相交的、詳盡的、大小相等的列表，每個(gè)列表分配給從控制組中隨機(jī)選擇的4名學(xué)生，由他們與網(wǎng)頁的原始版本進(jìn)行交互，同時(shí)在治療組中隨機(jī)選擇4名學(xué)生與精簡版網(wǎng)頁進(jìn)行交互。
其中，所有參與者統(tǒng)一使用配備蜂窩數(shù)據(jù)連接的相同低端手機(jī)型號(hào)——QMobile i6i，與分配給他們的版本進(jìn)行 15 分鐘的交互。
圖4：學(xué)生對 Lite-Web 網(wǎng)站外觀和功能影響的評價(jià)
（A）左面板：對以下問題回答“是”的參與者百分比：“就這四個(gè)網(wǎng)站的外觀而言，您是否注意到任何遺漏或異常之處？”；回答“是”的人隨后會(huì)被問道：“如果你選擇是，請?jiān)u價(jià)缺失組件對瀏覽體驗(yàn)的影響”， 其回答分布顯示在右面板中
（B）用于詢問網(wǎng)站如何運(yùn)作的問
（C）所有參與者（控制組和治療組）的回答：“請說明您同意以下陳述的程度：我偶爾會(huì)避免訪問某些網(wǎng)站，因?yàn)槲业木W(wǎng)速太慢，無法加載它們?！?/span>
研究結(jié)果如圖4所顯示， 圖4A 左面板總結(jié)了用戶對網(wǎng)頁外觀的評價(jià)，這表明對照組和治療組之間沒有顯著差異，也即是說，沒有任何證據(jù)表明 Lite-Web 帶來的性能提升是以犧牲外觀為代價(jià)的。
圖4B 評估了 Lite-Web 對網(wǎng)頁功能而非外觀的影響，左圖顯示，對照組和治療組之間沒有顯著差異，即沒有證據(jù)可表明 Lite-Web 的性能提升是以功能為代價(jià)的。
圖4C 描述了響應(yīng)結(jié)果，有超過70%的用戶對“偶爾會(huì)避免訪問某些網(wǎng)站，因?yàn)榫W(wǎng)速太慢無法加載”的說法表示同意。
這些調(diào)查結(jié)果表明，吉爾吉特-巴爾蒂斯坦省的學(xué)生由于處于數(shù)字鴻溝，以至于面臨被排除在某些網(wǎng)頁之外。更廣泛地說，這些結(jié)果表明，發(fā)展中地區(qū)的人們需要諸如 Lite-Web 之類的解決方案，以便他們可能訪問萬維網(wǎng)中實(shí)際上無法訪問的部分。
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