前端组件化埋点方案与实现

背景

埋点，是收集产品的数据的一种方式，其目的是上报相关行为数据（PV/UV/时长/曝光/点击等），由相关人员以此分析用户的使用习惯，助力产品不断迭代和优化。对于开发来说，通常不仅仅需要完成基础的业务需求，还需要完成埋点需求，所以，追求的是简单快捷的埋点工作。而一个完整的埋点体系由以下三个部分构成：

产品应用（产生行为数据）
数据分析平台（展示、分析行为数据）
数据平台 SDK（上报行为数据）：封装数据分析平台的各种接口，暴露简单的方法供调用，实现简易的埋点上传。

目前，前端埋点存在的痛点一般是：

埋点字段的手动拼接，存在出错风险；
复杂场景的曝光埋点实现繁琐：分页列表、虚拟列表等；
埋点代码的侵入性：尤其是曝光代码导致逻辑复用困难。

埋点类型一般有：

页面埋点：统计用户进入或离开页面的各种维度信息，如页面浏览次数（PV）、浏览页面人数（UV）、页面停留时间、浏览器信息等。
点击埋点：统计用户在应用内的每一次点击事件，如新闻的浏览次数、文件下载的次数、推荐商品的命中次数等。
曝光埋点：统计具体区域是否被用户浏览到，如活动的引流入口的显示、投放广告的显示等。

市场上常见的埋点方案：

全埋点（无埋点）：由前端自动采集全部事件并上报，前端也就没有埋点成本，由数据分析平台或后端过滤有用数据，优点是数据全面，缺点是数据量大，噪声数据多。
可视化埋点：由可视化工具进行配置采集指定元素——查找 dom 并绑定事件，优点是简单，缺点是准确性较低，针对性和自定义埋点能力较弱。
代码埋点：用户触发某个动作后手动上报数据，优点时准确性高，能满足自定义的场景，缺点是埋点逻辑容易与业务逻辑耦合（命令式埋点），不利于维护与复用。

综上，需要的是一种简单快速且准确，同时埋点逻辑与业务逻辑解耦的埋点方案，也就是本文分析的声明式的组件化埋点方案。

声明式的组件化埋点方案

名词解释

页面（Page）：在浏览器中打开的网页，不同页面以路径 location.pathname 来作区分；

页面可见时长：一个页面对用户可见的累计时长；

页面活跃时长：用户在页面上进行有效的鼠标、键盘及触控活动的累计时长；

组件（Component）：DOM 元素的集合，是页面的组成部分。一个页面内可包含多个组件；

组件可见时长：一个组件对用户可见的累计时长。

可见性（visiability）

visible：页面 viewport 中且位于前台；

invisible - 页面不 viewport 中，或处于后台。

活跃性（activity）

active - 用户在网页中有活动（例如鼠标、键盘活动及页面滚动等）；

inactive - 用户在网页中没有任何活动。

根据概念可知，一个页面不可见时，则一定不活跃，且其中的所有组件一定也都不可见；页面活跃时长 ≤ 页面可见时长；组件可见时长 ≤ 页面可见时长，

原理与思路

该方案总体思路如下：

对于通用字段进行统一处理，既不容易出错，也方便后期拓展。对于运行时字段（异步），支持 extra 进行传入。
对于页面级事件，埋点库初始化后自动注册关于页面级曝光的相关事件，不需要在代码中进行维护。
考虑到存在高频场景，设置上报缓冲队列 pendingQueue，通过定时任务分批次上报数据，支持设置上报频率。根据实践，点击类上报频率 1000ms，曝光类 3000ms。
考虑到埋点 sdk 没初始完，上报行为就已经产生了，设置 unInitQueue 来存储。
以页面为维度来管理埋点配置，便于维护和迁移。

考虑到埋点 sdk 没初始完，上报行为就已经产生了，比如曝光，新增如果这时候生成对应的点进入缓冲队列，就是属于无效的点因为没有加载到坑位信息、配置参数等，所以针对这种场景下产生的点位信息，我们新开一个队列存储，等到初始化完成再去处理;

前端组件化埋点方案与实现

因此，埋点上报总体流程为：埋点 sdk 接受返回埋点的函数，将其返回值上报，支持上报多个埋点；埋点事件由应用发送给埋点 sdk 后，埋点 sdk 首先会对数据进行处理，再调用数据平台暴露的方法，将埋点事件上报给数据平台。

具体实现

判断页面可见性

前端组件化埋点方案与实现

虽然 Page Visibility API 的浏览器兼容情况不错，但对于Android、iOS 和最新的 Windows 系统可以随时自主地停止后台进程，及时释放系统资源。因此，基于 Google 描述网页生命周期的 Page Lifecycle API 兼容库 PageLifecycle.js 来监听页面可见性变化——一个网页从载入到销毁的过程中，会通过浏览器的各种事件在以下六种生命周期状态 (Lifecycle State) 之间相互转化，通过监听页面生命周期的变化并记录其时间，就可以相应获取页面可见性的统计数据：

前端组件化埋点方案与实现

active：网页可见且具有焦点；
passive：网页可见但处于失焦状态；
hidden：网页不可见但未被浏览器冻结，一般由用户切换到别的 tab 或最小化浏览器触发；
frozen：网页被浏览器冻结（后台任务比如定时器、fetch等被挂起以节约 CPU 资源）；
terminated：网页被浏览器卸载并从内存中清理。一般用户主动将网页关闭时触发此状态；
discarded：网页被浏览器强制清理。一般由系统资源严重不足引起。

前端组件化埋点方案与实现由此可得，页面生命周期状态和页面可见状态之间的映射关系为

active + passive = visible；
hidden + terminated + frozen + discarded = invisible。

因此，通过监听 statechange 来识别页面可见状态的改变，在生命周期状态为 active 和 passive 时标记页面为 visible 状态，在生命周期状态为其他几个时标记页面为 invisible 状态，更新最后一次可见的时间戳，并累加页面可见时间。PageLifecycle.js 是无法推送 discarded 事件的，因为网页已经被销毁并从内存中清理，无法向外传递任何事件——解决方案是需要在页面进入 invisible 状态时，对数据使用 JSON.stringify 序列化并储存在 localStorage 中，若页面后续转为 visible 状态即将其清空，否则在页面被强制清除后，在下一次初始进入页面时先将 localStorage 中的数据通过事件推送出去。另外， PageLifecycle.js 无法感知单页面应用的history 或 hash 路由切换，需要在埋点 sdk 中额外添加对路由变化事件（popstate/replacestate）的监听，等同于进入 terminated 生命周期：

lifecycleInstance.addEventListener("statechange", (event: StateChangeEvent) => {
  const { newState } = event;
  if (["active", "passive"].includes(newState)) {
    // page visible, do something
    return;
  }
  if (["hidden", "terminated", "frozen"].includes(newState)) {
    // page invisible, do something else
  }
})

判断页面活跃性

通过监听以下的六种浏览器事件，就可以判断用户是否在当前页面上有活动，此时页面标记为 active 状态，并记录当前时间戳，用于累加活跃时长。：

keydown：用户敲击键盘时触发；
mousedown：用户点击鼠标按键时触发；
mouseover：用户移动鼠标指针时触发；
touchstart：用户手指接触触摸屏时触发（仅限触屏设备）；
touchend：用户手指离开触摸屏时触发（仅限触屏设备）；
scroll：用户滚动页面时触发。

而页面被标记为 inactive 状态，有以下两种情况：

在初始化埋点 sdk 时自定义，visible 状态下超过一定的时间阈值（比如 15 秒）没有监测到表示页面活跃的六种事件；
页面状态为 invisible，因为如果页面对用户不可见，那么它一定是不活跃的。

判断组件可见性

首先需要获取需要统计的所有 DOM 元素，并指定埋点的标准。MutationObserver API 提供了 DOM 节点增减以及属性变化检测的能力。该 API 是异步触发，即要等到当前所有 DOM 操作都结束才触发，避免DOM频繁变动造成性能损耗，因此，可以用来监听 DOM 结构变化。

const mutationObserver = new MutationObserver(function (mutations, observer) {
  mutations.forEach(function (mutation) {
    console.log(mutation.target); // target: 发生变动的 DOM 节点
  });
});
// 观察整个文档
mutationObserver.observe(document.documentElement, {
  childList: true, // 子节点的变动（指新增，删除或者更改）
  attributes: true, // 属性的变动
  characterData: true, // 节点内容或节点文本的变动
  subtree: true, // 表示是否将该观察器应用于该节点的所有后代节点
  attributeOldValue: false, // 表示观察 attributes 变动时，是否需要记录变动前的属性值
  characterDataOldValue: false, // 表示观察 characterData 变动时，是否需要记录变动前的值。
  attributeFilter: false, // 表示需要观察的特定属性，比如['class','src']
});
mutationObserver.disconnect(); // 用来停止观察。调用该方法后，DOM 再发生变动则不会触发观察器

前端组件化埋点方案与实现

其中， mutations 是所有被触发改动的 MutationRecord 对象数组。

考虑到可能存在被监控组件是第三方库的，自定义属性 data-tracking-pv 会被过滤，为了统一，利用babel 插件在编译过程中寻找添加了 data-tracking-pv 属性的组件，并在其外层包裹一个自定义的 <tracking></tracking> 标签，自定义标签的优点是没有任何样式，所以包裹该标签也不会影响到原有组件的样式。埋点 sdk 收集这些元素供 MutationObserver 监听 DOM 变化。

const Component = () => {
  <div data-tracking-pv='{ "event": "component_custom_pv", "params": { ... } }'>
   component_custom
  </div>
}
const Component = () => {
  return <Button data-tracking-pv={{ event: "component_antd_pv", params: { ... } }}>点击按钮</Button>
}
// 插件最终生成的组件为
</tracking
  data-tracking-pv='{ "event": "component_custom_pv", "params": { ... } }'
>
  // ...真实组件
</tracking>

组件可见性，即曝光的三个判断标准：

是否处于 viewport 中：使用 IntersectionObserver API 判断，该 API 提供了一种异步检测目标元素与祖先元素或 viewport 相交情况变化的方法；我们知道，用户的感兴趣程度 = 点击率（点击次数/曝光次数），考虑曝光的有效性，即需要判断组件出现在 viewpoint 内的达到一定的比例（0.5 或 0.75 或 1.0）和时长（3s）以及次数（是否重复曝光）标准；
const intersectionObserver = new IntersectionObserver(
  (entries) => {
    entries.forEach(function (entry) {
      /**
     entry.boundingClientRect // 返回包含目标元素的边界信息。 边界的计算方式与 Element.getBoundingClientRect() 相同。
     entry.intersectionRatio // 目标元素的可见比例，即 intersectionRect 占 boundingClientRect 的比例，完全可见时为 1，完全不可见时小于等于 0
     entry.intersectionRect // 目标元素与视口（或根元素）的交叉区域的信息
     entry.isIntersecting // 返回一个布尔值, 如果根与目标元素相交（即从不可视状态变为可视状态），则返回 true。如果返回 false, 变换是从可视状态到不可视状态。
     entry.rootBounds // 根元素的矩形区域的信息, getBoundingClientRect 方法的返回值，如果没有根元素（即直接相对于视口滚动），则返回 null
     entry.target // 被观察的目标元素，是一个 DOM 节点对象
     entry.time // 可见性发生变化的高精度时间戳，单位为毫秒
     **/
    });
  },
  {
    root: document.querySelector('#root'), // 根 dom 元素, 默认 null 为 viewport
    rootMargin: '0px', // root元素的外边距
    threshold: [0, 0.25, 0.5, 0.75, 1], // Number 或 Number 数组，该属性决定了什么时候触发回调函数。默认为 0.0；
  }
);
intersectionObserver.observe(document.getElementById("item")); // 开始监听一个目标元素
intersectionObserver.disconnect(); // 停止全部监听工作
兼容性方面有对应的 intersection-observer-polyfill，

样式是否可见：使用 CSS 的 display/ visibility / opacity 样式属性判断；以下是会被标记为 invisible 的情况：

visibility: hidden

display: none

opacity: 0

页面是否可见：使用页面可见性判断。页面 invisible 状态下，所有组件的状态也标记为 invisible。

使用 requestIdleCallback 方法，浏览器会在空闲时执行传入的埋点函数，避免埋点影响主业务。其浏览器兼容情况如下：

前端组件化埋点方案与实现

可以使用 requestIdleCallback shim/polyfill，以下是简化版：

const requestIdleCallback =
  window.requestIdleCallback ||
  function(callback, options) {
    var options = options || {};
    var relaxation = 1;
    var timeout = options.timeout || relaxation;
    var start = performance.now();
    return setTimeout(function() {
      callback({
        get didTimeout() {
          return options.timeout
            ? false
            : performance.now() - start - relaxation > timeout;
        },
        timeRemaining: function() {
          return Math.max(0, relaxation + (performance.now() - start));
        }
      });
    }, relaxation);
  };

MutationObserver + IntersectionObserver + requestIdleCallback 曝光埋点实现

const observerOptions = {
  childList: true, // 观察目标子节点的变化，是否有添加或者删除
  attributes: true, // 观察属性变动
  subtree: true, // 观察后代节点，默认为 false
}
function callback(mutationList, observer) {
  mutationList.forEach((mutation) => {
    switch (mutation.type) {
      case 'childList':
        collectTargets()
        break
      case 'attributes':
        break
    }
  })
}
function getParams(el) {
  const { exposureTrackerAction, exposureTrackerParams } = el.dataset;
  const Key = exposureTrackerAction;
  const pageEl = document.querySelector('[data-exposure-tracker-page-params]');
  let pageParams;
  if (pageEl?.dataset?.exposureTrackerPageParams) {
    try {
      pageParams = JSON.parse(pageEl?.dataset?.exposureTrackerPageParams);
    } catch (error) {
      console.error('parse pageParams fail');
    }
  }
  let params;
  if (exposureTrackerParams) {
    try {
      params = JSON.parse(exposureTrackerParams);
    } catch (error) {
      console.error('parse params fail');
    }
  }
  return {
    Key,
    ...pageParams,
    ...params
  };
}
const intersectionObserver = new IntersectionObserver(function callback(entries, observer) {
  const list = [];
  entries.forEach(entry => {
    if (
      entry.target.dataset.exposureTrackerExposed !== '1' &&
      entry.intersectionRatio >= 0.5
    ) {
      list.push(entry);
      observer.unobserve(entry.target);
    } else if (entry.intersectionRatio === 0) {
      delete entry.target.dataset.exposureTrackerExposed;
    }
    requestIdleCallback(() => {
      // ...上报
    });
  });
}, options);
collectTargets() {
  const els = Array.from(
    document.querySelectorAll('[data-exposure-tracker-action]')
  ).filter(el => !el.dataset.exposureTrackerTracked);
  if (els.length > 0) {
    // console.log('collectTargets', els);
    els.forEach(el => {
      intersectionObserver.observe(el);
      el.dataset.exposureTrackerTracked = true;
    });
  }
export function getExposureTrackerPageParamsProps(params) {
  return {
    'data-exposure-tracker-page-params': params
      ? JSON.stringify(params)
      : undefined
  };
}
export function getExposureTrackerParamsProps(action, params) {
  return {
    'data-exposure-tracker-action': action,
    'data-exposure-tracker-params': params ? JSON.stringify(params) : undefined
  };
}
export default function App() {
  return (
    <div {...getExposureTrackerPageParamsProps({ pageData: 'some page data' })}>
      <div
        {...getExposureTrackerParamsProps('item_content_expose', {
            itemData: 'xxx'
          })}
        >
          item content
        </div>
    </div>
  );
}

自定义类指令式埋点实现

该方式适合简单的埋点上报，埋点逻辑与业务逻辑清晰分离，埋点 sdk 给 document 对象加上监听 click / hover 事件触发时，从当前触发事件的 target 逐级向上遍历，查看是否有对应此事件的指令。如果有，则上报此埋点事件，直至遇到一个没有事件指令的元素节点。这样也可以在指令中控制是否要继续向上遍历。

// 类指令式埋点实现逐级上报
<section data-tracking-hover={JSON.stringify({ type: 'func_operation', params: { value: 3 }})}>
  <div data-tracking-click={JSON.stringify({ type: 'func_operation', params: { value: 2 }})}>
    <Button data-tracking-click={JSON.stringify({ type: 'func_operation', params: { value: 1 }})}>点击</Button>
  </div>
</section>

但是如果我们需要在上报事件前，对所上报的数据进行处理，那么这种方式就无法满足了。并且，并不是所有的场景都可以被 DOM 事件所覆盖。如果我想在用户在搜索框输入某个值时，上报埋点，那么我就需要对用户输入的值进行分析，而不能在 input 事件每次触发时都上报埋点。

装饰器式埋点实现

装饰器只能用于类组件，@tracking 修饰器接受一个函数形式的参数，其返回值即是要上报的事件。在 handleClick 函数被调用的时候，埋点 sdk 会首先上报埋点事件，然后再执行 handleClick 函数的业务逻辑。

target - 装饰器所在的类

propertyKey - 被装饰的函数的属性名

descriptor - 被装饰的函数的属性描述符

// tracking 函数简化源代码
tracking = (event: TrackingEvent) => {
  return (target: object, propertyKey: string, descriptor: object) => {
    if (isFunction(event) || isObject(event) || isArray(event)) {
        const oldMethod = descriptor.value;
        const _event = this.evalEvent(event)(...arguments);
        const composedFn = () => {
            this.sendEvent(_event);
            oldMethod.apply(this, arguments);
        }
        set(descriptor, "value", composedFn);
        return descriptor;
    }
  }
};
/** 
 * @tracking 使用示例
 */
class Test extends React.component {
    ...
    @tracking((value: string) => ({
        type: 'func_operation',
        params: { keyword: value },
    }))
    handleClick() {
        console.log('执行点击的业务逻辑',);
    }
    render() {
      return (
        <Button onClick={handleClick} />
      )
    }
}

因此，会先上报埋点，然后执行 descriptor.value 的逻辑，即被装饰的函数。

React Hook 埋点实现

与装饰器实现类似，useTracking 接受两个函数：埋点函数和业务函数，返回组合函数。

// useTracking 源代码
useTracking = (fn: () => any /** 业务函数 */, event: TrackingEvent /** 埋点函数 */) => {
  if (!event) return fn;
  return (...args) => {
    const _event = this.evalEvent(event)(...args);
    this.sendEvent(_event);
    return fn.apply(this, args);
  };
};
// useTracking 使用示例
const Example = (props: object) => {
  const handleClick = useTracking(
    // 业务逻辑
    () => {
      console.log('业务逻辑');
    },
    // 埋点逻辑
    () => {
      return {
        type: "func_operation",
        params: { data, props.data },
      };
    }
  );
  return <Button onClick={handleClick} />;
};

组件化点击埋点实现

使用者只需要把触发的回调（handleClick）绑定到对应的事件上即可，埋点逻辑由埋点sdk 负责组合上去。

function setClickEvent(ele) {
   // 对于列表，也可以遍历
   return React.cloneElement(ele, {
        onClick: (event: React.MouseEvent<HTMLElement, MouseEvent>) => {
            const originClick = ele.props?.onClick || noop;
            doClickTracking();
            originClick.call(ele, event);
      }
  });
}
<TrackerClick name='button.click'>
{
 ({ handleClickTrack }) => <button onClick={() => { handleClick() /** 业务逻辑 */; handleClickTrack() /** 埋点逻辑 */; }}>点击</button>
}
</TrackerClick>
/**
class TrackerClick {
  constructor(props) {
    super(props);
  }
  handleClick() {
  }
  render() {
    return this.props.children({ handleClick });
  }
}
*/

组件化曝光埋点实现

仅向外暴露一个 setRef 用以获取 dom 执行监听工作，其他工作都交给埋点 sdk 来处理，同时支持配置以下曝光规则：

threshold：曝光阈值；
visibleTime：组件曝光时长；
once：是否进行重复曝光埋点监听。

// case1: 直接绑定dom
return (
  <TrackerExposure name='button.exposure' extra={{ data }}>
    {({ setRef }) => <div ref={setRef}>{i + 1}</div>}
  </TrackerExposure>))
);
// case2: 自定义组件
const Test = React.forwardRef((props, ref) => (<div ref={ref} style={{
        width: '150px',
        height: '150px',
        border: '1px solid gray'
    }}>TEST</div>)
)
return (
  <TrackerExposure name="button.exposure" extra={{ data }}>
    {({ setRef }) => <Test ref={setRef} />}
  </TrackerExposure>
)
/**
class TrackerExposure {
  constructor(props) {
    super(props);
  }
  setRef() {
  }
  render() {
    return this.props.children({ setRef });
  }
}
*/

补充--微信小程序曝光埋点

微信小程序的节点布局相交状态 API （IntersectionObserver），可用于监听两个或多个组件节点在布局位置上的相交状态。这一组 API 常常可以用于推断某些节点是否可以被用户看见、有多大比例可以被用户看见。

/** 创建并返回一个 IntersectionObserver 对象实例。
 * 在自定义组件或包含自定义组件的页面中，
 * 应使用 this.createIntersectionObserver([Object options]) 来代替。
 */
wx.createIntersectionObserver(
 /** 自定义组件实例 */
 [Object component],
 /** 
  * thresholds: 一个数值数组，包含所有阈值。
  * initialRatio: 初始的相交比例，如果调用时检测到的相交比例与这个值不相等且达到阈值，则会触发一次监听器的回调函数。
  * observeAll: 是否同时观测多个目标节点（而非一个），如果设为 true ，observe 的 targetSelector 将选中多个节点（注意：同时选中过多节点将影响渲染性能）
  */
 [Object options]
)

相关概念：

参照节点：监听的参照节点，取它的布局区域作为参照区域。如果有多个参照节点，则会取它们布局区域的交集作为参照区域。页面显示区域也可作为参照区域之一。

目标节点：监听的目标，默认只能是一个节点（使用 selectAll 选项时，可以同时监听多个节点）。

相交区域：目标节点的布局区域与参照区域的相交区域。

相交比例：相交区域占参照区域的比例。

阈值：相交比例如果达到阈值，则会触发监听器的回调函数。阈值可以有多个。

IntersectionObserver 一共有四个方法

IntersectionObserver.relativeTo(string selector, Object margins) 使用选择器指定一个节点，作为参照区域之一；
IntersectionObserver.relativeToViewport(Object margins) 指定页面显示区域作为参照区域之一；

IntersectionObserver.observe(string targetSelector, function callback) 指定目标节点并开始监听相交状态变化情况；

callback: (res) => {};
res: {
    id	string	节点 ID
    dataset	Record.<string, any>	节点自定义数据属性
    intersectionRatio	number	相交比例
    intersectionRect	Object	相交区域的边界
    boundingClientRect	Object	目标边界
    relativeRect	Object	参照区域的边界
    time	number	相交检测时的时间戳
}

IntersectionObserver.disconnect() 停止监听。回调函数将不再触发。

显然，曝光上报的默认参照是 viewport，所以使用 IntersectionObserver.relativeToViewport 作为参照物，进行曝光埋点：

Page({
  data: {
    list: [
      { value: 1, hadReport: false }, 
      { value: 2, hadReport: false },
      { value: 3, hadReport: false },
    ]
  },
  onLoad() {
    this._observer = this.createIntersectionObserver({ thresholds: [0.5], observeAll: true });
    this._observer.relativeToViewport({ bottom: 0 })
      .observe('.item', (res) => {
        const { index } = res.dataset; // item 下标;
        if (!this.data.list[index].hadReport) {
          console.log(`report ${index}`) 
          this.data.list[index].hadReport = true;
          this.setData({ list: [].concat(this.data.list)})
        }
      })
  },
  onUnload() {
    if (this._observer) this._observer.disconnect()
  }
})

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前端组件化埋点方案与实现

背景

声明式的组件化埋点方案

名词解释

原理与思路

具体实现

判断页面可见性

判断页面活跃性

判断组件可见性

MutationObserver + IntersectionObserver + requestIdleCallback 曝光埋点实现

自定义类指令式埋点实现

装饰器式埋点实现

React Hook 埋点实现

组件化点击埋点实现

组件化曝光埋点实现

补充--微信小程序曝光埋点

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