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過去十年中，手機的日益普及促進了互聯網接入的顯著增加。在全球超35億移動網絡用戶中，74% 的人生活在低收入和中等收入國家中，手機成為他們連接到互聯網的主要方式。
近日，有研究人員通過對56個國家和地區的實地調研，衡量網絡瀏覽體驗的全球差異，研究發現，當前移動數據成本和頁面加載時間方面存在著顯著不平等問題。
不僅如此，今天的大多數流行網頁在設計時，往往只考慮到高處理能力，越來越適合高端手機，這也導致了一定程度上不平等現象的加劇擴大。
舉個例子，2019年，法國電信公司 Orange 推出了一款售價20美元的 Sanza 手機，隨即在非洲引起一陣購買狂潮。可能大多數人很難相信，在可折疊顯示屏和 5G 手機風靡的今天，一款既不是功能手機、也非智能手機的產品，短短時間之內就迅速在非洲手機市場上占有一席之地。
為此，研究人員提出了一個叫做 Lite-Web（輕量化網頁）的解決方案，可使網頁在低端手機上加載速度更快，處理起來更容易。
實驗結果表明， Lite-Web 可幫助經濟欠發達地區（如巴基斯坦）的低端手機用戶的瀏覽體驗轉變為經濟發達地區（如迪拜）高端手機用戶的瀏覽體驗，縮小手機使用上的“貧富差距”。
同時，手機性能的提升不會影響頁面的外觀和功能。研究認為，大規模部署 Lite-Web 將有助于構建沒有數字不平等的萬維網。
移動互聯網的關鍵推動因素之一在于其可負擔性，不僅移動數據的價格越來越低，移動電話的價格也越來越便宜。但是，盡管許多發展中國家移動網絡的訪問范圍在擴大，但用戶體驗仍然很差，其中，被稱為“數字鴻溝”現象的問題，正將那些能夠高質量地訪問信息和通信技術的人與那些只有較差替代品的人分開。
與已經跨越數字鴻溝的高端手機用戶相比，有限帶寬和低端手機用戶也面臨著更差的瀏覽體驗。
為此，研究人員對56個國家和地區進行實地調研，為了控制瀏覽體驗，研究要求每個調研者使用完全相同的硬件訪問同一組網頁和相同的網絡瀏覽器，在同一當地時間同時連接到蜂窩網絡，以確保任何觀察到的差異平均頁面加載時間不受過多因素變化的影響。
據圖1A 結果顯示，圖中的圓圈對應位置，顏色代表平均頁面加載時間，直徑代表調整后的每 GB 成本。可以看出，全球存在明顯的數字不平等。
（D）每個網頁的頁面加載時間（s）分布，在不同位置取平均值
為了方便對不同位置進行比較，研究人員繪制了每個位置 1GB 的成本分布（圖1B）以及每個位置頁面加載時間分布情況，并在不同網頁上取平均值（圖1C），這些分布突出了地點之間的不平等。為了了解網頁本身在復雜性方面的差異，研究繪制了每個網頁的頁面加載時間（s）分布圖，對不同位置取平均值（圖1D）。可以看到，各網頁的頁面加載時間存在很大差異，從 3.6 到 62.6 不等，平均值為 20.8，該時長為加載整個頁面所需的時間。
要注意的是，由于硬件規格會影響頁面的加載時間，因此研究中所有測量都使用了相同的手機型號——小米紅米Go，以確保規格在不同地點和網頁之間統一。
研究發現，頁面加載時間和每 GB 成本與人口規模無關；在比較首府城市和非首府城市時發現，首都城市的頁面加載時間幾乎，每 GB 成本是首府城市的兩倍。其中，頁面加載時間和每 GB 成本之間存在正相關關系，這表明連接質量較差的人需要支付更多。
JavaScript 對解決數據鴻溝
通過在全球范圍內提供廉價、快速的連接或許可以消除數字不平等問題，但就現狀來看，這不僅需要數年時間才能實現，而且成本極高。舉個例子，如果到 2030 年想在非洲實現普遍、負擔得起和優質的互聯網接入，將需要 1000 億美元。
另一個價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頁“變輕”，雖然較輕的版本與原始頁面，只要對用戶體驗的影響最小，這樣的解決方案也是可取的。但考慮到萬維網當中的無數網頁，想要對網頁進行全部分析，以確定哪些元素是昂貴的（在帶寬和處理時間方面）和對網頁非必要的元素（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 元素作為主要的關注點，這些元素不僅計算密集，并且在萬維網中被廣泛使用。
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 JavaScript 處理頁面加載時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、當年發布的兩款手機（一款低端手機和一款高端手機）訪問當年檢索到的網頁，并設置 WebPageTest 來記錄從不同手機訪問頁面時的 JavaScript 處理時間。
圖2：2015 年到 2020 年期間，在高端和低端移動設備上測量的 JavaScript 處理時間；過濾掉版本顯示技術問題的頁面，最終共55個，每年分別有一款高端手機和一款低端手機訪問當年檢索到的網頁；手機型號在圖中指定
（A）平均 JavaScript 處理時間（以秒為單位），使用高端手機（藍色曲線）和低端手機（紅色曲線）測量；其中 2017 年低端手機的數據點為插值，因為研究期間沒有此類手機可購買
（B）在 JavaScript 處理上花費的頁面加載時間百分比，使用高端手機（藍色條）和低端手機（紅色條）
研究結果顯示，多年來處理 JavaScript 的時間在高端手機上略有下降，但在低端手機上顯著增加（從剛超過2秒增加到近8秒），其增長原因是因為這些年來網頁的計算量越來越大；在 JavaScript 處理的頁面加載時間百分比方面，據圖2B 顯示，過去3年中，高端手機的占比為20%，低端手機的占比接近50%。
Lite-Web：優化 JavaScript 使用
為了解決頁面加載在 JavaScript 處理上的時間花耗問題，研究人員提出了名為“ Lite-Web”的解決方案，可通過優化 JavaScript 的使用，從而生成更輕量級的網頁版本。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 元素根據其代碼進行分類，可將包括未知庫、未識別的服務域和混淆代碼等元素進行分類。其中， SlimWeb 使用的類是基于 Web 社區確定的主要 JavaScript 類別，但 SlimWeb 也會對一些分類進行屏蔽，其中就包括了廣告、分析（收集有關用戶的數據）和社交（支持點贊和分享等社交互動）。
混合方法的第二個組件是 JSCleaner，這種基于規則的解決方案用于識別和阻止不屬于 SlimWeb 使用的三個類中任何一個非必要 JavaScript 元素。如果這些元素的代碼不包含任何處理頁面內容或功能的函數，那么 JSCleaner 就會將這些元素歸類為對用戶體驗不重要。
與前兩種解決方案屏蔽非必要的 JavaScript 元素不同，Muzeel 的作用在于優化必要元素的代碼。這是通過識別和消除無用代碼、即網頁從未使用過的 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際需要更多的功能，因此代碼量也更多。常規情況下，Web 開發人員會使用此類庫來加快開發過程，例如 jQuery 等庫就出現在全球 83% 的移動頁面中。
由于 JavaScript 編程語言的動態特性影響，因此要識別死代碼也具有一定的挑戰性。其中，Muzeel 可以使用一種新穎的交互機器人來模擬用戶如何與頁面交互，這種方法也能有效識別可以安全刪除的 JavaScript 函數，并且不會影響用戶體驗和整個頁面內容。
圖3：Lite-Web 的定量評估
使用 2021 年訪問最頻繁的 100 個巴基斯坦網頁來評估位于吉爾吉特-巴爾蒂斯坦省4個地點的 Lite-Web，即 Taus、Hundur、Sherqilla 和 Puniyal；評估通過在相同的蜂窩網絡條件 (SCOM 4G) 下，在相同的低端手機 (QMobile i6i 2020) 上將 Lite-Web 版本（藍色條）與原始版本（黃色條）進行比較來完成的。此外，原始版本和 Lite-Web 版本也與基線（粉紅色條）進行了比較，同樣的 100 個網頁在迪拜的蜂窩網絡 (Etisalat 4G+) 下的高端手機 (Samsung Galaxy S20+ 2020) 上運行. 誤差線表示 95% 的置信區間。、
（A）評估頁面加載時間（B）評估速度指數（C）評估 JavaScript 處理時間（D）評估頁面大小
從評估結果可以看到，四個位置的頁面加載時間減少了 68%（Taus）、43%（Hundur）、72%（Sherqilla）和 64%（Puniyal），平均時間從61到23秒。
為了確定這種改進是否足以彌合數字鴻溝，研究人員將 Lite-Web 的結果與吉爾吉特-巴爾蒂斯坦人民在發達地區（迪拜）、以高端網絡瀏覽相同的100個巴基斯坦網頁時的體驗進行了比較。實驗結果如圖3A 顯示，吉爾吉特-巴爾蒂斯坦用戶的額外等待時間從 48 秒（黃色條和粉紅色條之間的平均差異）減少到僅10秒（藍色條和粉紅色條之間的平均差異），總計減少了約80%。
圖3B 對應第二個性能指標，即速度指數，其測量頁面內容被填充并向用戶用戶所花費的時間。通過使用 Lite-Web 后，有四個地點都發生了顯著改善，將發達地區和發展中地區之間的差距縮小了約 70%。
如圖3C 所示， Lite-Web 對處理 JavaScript 所花費時間的影響，在時間跨地點方面平均下降了 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 如何縮小不同網頁的大小。具體來說，跨網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）比迪拜的略小，其原因在于，與低端手機相比，高端手機需要更大尺寸的圖像。但使用了 Lite-Web 后，網頁大小相比在在迪拜下載的網頁小了約 60%。
總體來看，SlimWeb、JSCleaner 和 Muzeel 這三個組件中，SlimWeb 在基于時間的指標（頁面加載時間、速度指數和 JavaScript 處理時間）方面影響最大，而 SlimWeb 和 Muzeel 在頁面大小方面的影響相當減少。
此外，為了評估上述改進是否會影響頁面的外觀或功能，研究人員還召集了200名學生隨機分為人數相等的對照組和治療組，將100個巴基斯坦網頁劃分為25個不相交的、詳盡的、大小相等的列表，每個列表分配給從控制組中隨機選擇的4名學生，由他們與網頁的原始版本進行交互，同時在治療組中隨機選擇4名學生與精簡版網頁進行交互。
其中，所有參與者統一使用配備蜂窩數據連接的相同低端手機型號——QMobile i6i，與分配給他們的版本進行 15 分鐘的交互。
圖4：學生對 Lite-Web 網站外觀和功能影響的評價
（A）左面板：對以下問題回答“是”的參與者百分比：“就這四個網站的外觀而言，您是否注意到任何遺漏或異常之處？”；回答“是”的人隨后會被問道：“如果你選擇是，請評價缺失組件對瀏覽體驗的影響”， 其回答分布顯示在右面板中
（B）用于詢問網站如何運作的問
（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：我偶爾會避免訪問某些網站，因為我的網速太慢，無法加載它們。”
研究結果如圖4所顯示， 圖4A 左面板總結了用戶對網頁外觀的評價，這表明對照組和治療組之間沒有顯著差異，也即是說，沒有任何證據表明 Lite-Web 帶來的性能提升是以犧牲外觀為代價的。
圖4B 評估了 Lite-Web 對網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，即沒有證據可表明 Lite-Web 的性能提升是以功能為代價的。
圖4C 描述了響應結果，有超過70%的用戶對“偶爾會避免訪問某些網站，因為網速太慢無法加載”的說法表示同意。
這些調查結果表明，吉爾吉特-巴爾蒂斯坦省的學生由于處于數字鴻溝，以至于面臨被排除在某些網頁之外。更廣泛地說，這些結果表明，發展中地區的人們需要諸如 Lite-Web 之類的解決方案，以便他們可能訪問萬維網中實際上無法訪問的部分。
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