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页面的动画效果也不流畅

发布时间:2019-11-06 23:02编辑:必发88首页浏览(163)

    网页性能管理详解

    2015/09/17 · HTML5, JavaScript · 性能

    原文出处: 阮一峰   

    你遇到过性能很差的网页吗?

    这种网页响应非常缓慢,占用大量的CPU和内存,浏览起来常常有卡顿,页面的动画效果也不流畅。

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    你会有什么反应?我猜想,大多数用户会关闭这个页面,改为访问其他网站。作为一个开发者,肯定不愿意看到这种情况,怎样才能提高性能呢?

    本文将详细介绍性能问题的出现原因,以及解决方法。

    一、网页生成的过程

    要理解网页性能为什么不好,就要了解网页是怎么生成的。

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    网页的生成过程,大致可以分成五步。

    HTML代码转化成DOM CSS代码转化成CSSOM(CSS Object Model) 结合DOM和CSSOM,生成一棵渲染树(包含每个节点的视觉信息) 生成布局(layout),即将所有渲染树的所有节点进行平面合成 将布局绘制(paint)在屏幕上

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    HTML代码转化成DOM
    CSS代码转化成CSSOM(CSS Object Model)
    结合DOM和CSSOM,生成一棵渲染树(包含每个节点的视觉信息)
    生成布局(layout),即将所有渲染树的所有节点进行平面合成
    将布局绘制(paint)在屏幕上

    这五步里面,第一步到第三步都非常快,耗时的是第四步和第五步。

    “生成布局”(flow)和”绘制”(paint)这两步,合称为”渲染“(render)。

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    二、重排和重绘

    网页生成的时候,至少会渲染一次。用户访问的过程中,还会不断重新渲染。

    以下三种情况,会导致网页重新渲染。

    • 修改DOM
    • 修改样式表
    • 用户事件(比如鼠标悬停、页面滚动、输入框键入文字、改变窗口大小等等)

    重新渲染,就需要重新生成布局和重新绘制。前者叫做”重排”(reflow),后者叫做”重绘”(repaint)。

    需要注意的是,”重绘”不一定需要”重排”,比如改变某个网页元素的颜色,就只会触发”重绘”,不会触发”重排”,因为布局没有改变。但是,”重排”必然导致”重绘”,比如改变一个网页元素的位置,就会同时触发”重排”和”重绘”,因为布局改变了。

    三、对于性能的影响

    重排和重绘会不断触发,这是不可避免的。但是,它们非常耗费资源,是导致网页性能低下的根本原因。

    提高网页性能,就是要降低”重排”和”重绘”的频率和成本,尽量少触发重新渲染。

    前面提到,DOM变动和样式变动,都会触发重新渲染。但是,浏览器已经很智能了,会尽量把所有的变动集中在一起,排成一个队列,然后一次性执行,尽量避免多次重新渲染。

    JavaScript

    div.style.color = 'blue'; div.style.marginTop = '30px';

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    div.style.color = 'blue';
    div.style.marginTop = '30px';

    上面代码中,div元素有两个样式变动,但是浏览器只会触发一次重排和重绘。

    如果写得不好,就会触发两次重排和重绘。

    JavaScript

    div.style.color = 'blue'; var margin = parseInt(div.style.marginTop); div.style.marginTop = (margin 10) 'px';

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    div.style.color = 'blue';
    var margin = parseInt(div.style.marginTop);
    div.style.marginTop = (margin 10) 'px';

    上面代码对div元素设置背景色以后,第二行要求浏览器给出该元素的位置,所以浏览器不得不立即重排。

    一般来说,样式的写操作之后,如果有下面这些属性的读操作,都会引发浏览器立即重新渲染。

    JavaScript

    offsetTop/offsetLeft/offsetWidth/offsetHeight scrollTop/scrollLeft/scrollWidth/scrollHeight clientTop/clientLeft/clientWidth/clientHeight getComputedStyle()

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    offsetTop/offsetLeft/offsetWidth/offsetHeight
    scrollTop/scrollLeft/scrollWidth/scrollHeight
    clientTop/clientLeft/clientWidth/clientHeight
    getComputedStyle()

    所以,从性能角度考虑,尽量不要把读操作和写操作,放在一个语句里面。

    JavaScript

    // bad div.style.left = div.offsetLeft 10 "px"; div.style.top = div.offsetTop 10 "px"; // good var left = div.offsetLeft; var top = div.offsetTop; div.style.left = left 10 "px"; div.style.top = top 10 "px";

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    // bad
    div.style.left = div.offsetLeft 10 "px";
    div.style.top = div.offsetTop 10 "px";
     
    // good
    var left = div.offsetLeft;
    var top  = div.offsetTop;
    div.style.left = left 10 "px";
    div.style.top = top 10 "px";

    一般的规则是:

    样式表越简单,重排和重绘就越快。 重排和重绘的DOM元素层级越高,成本就越高。 table元素的重排和重绘成本,要高于div元素

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    样式表越简单,重排和重绘就越快。
    重排和重绘的DOM元素层级越高,成本就越高。
    table元素的重排和重绘成本,要高于div元素

    四、提高性能的九个技巧

    有一些技巧,可以降低浏览器重新渲染的频率和成本。

    第一条是上一节说到的,DOM 的多个读操作(或多个写操作),应该放在一起。不要两个读操作之间,加入一个写操作。

    第二条,如果某个样式是通过重排得到的,那么最好缓存结果。避免下一次用到的时候,浏览器又要重排。

    第三条,不要一条条地改变样式,而要通过改变class,或者csstext属性,一次性地改变样式。

    JavaScript

    // bad var left = 10; var top = 10; el.style.left = left "px"; el.style.top = top "px"; // good el.className = " theclassname"; // good el.style.cssText = "; left: " left "px; top: " top "px;";

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    // bad
    var left = 10;
    var top = 10;
    el.style.left = left "px";
    el.style.top  = top   "px";
     
    // good
    el.className = " theclassname";
     
    // good
    el.style.cssText = "; left: " left "px; top: " top "px;";

    第四条,尽量使用离线DOM,而不是真实的网面DOM,来改变元素样式。比如,操作Document Fragment对象,完成后再把这个对象加入DOM。再比如,使用 cloneNode() 方法,在克隆的节点上进行操作,然后再用克隆的节点替换原始节点。

    第五条,先将元素设为 display: none (需要1次重排和重绘),然后对这个节点进行100次操作,最后再恢复显示(需要1次重排和重绘)。这样一来,你就用两次重新渲染,取代了可能高达100次的重新渲染。

    第六条,position属性为absolute或fixed的元素,重排的开销会比较小,因为不用考虑它对其他元素的影响。

    第七条,只在必要的时候,才将元素的display属性为可见,因为不可见的元素不影响重排和重绘。另外,visibility : hidden 的元素只对重排有影响,不影响重绘。

    第八条,使用虚拟DOM的脚本库,比如React等。

    第九条,使用 window.requestAnimationFrame()、window.requestIdleCallback() 这两个方法调节重新渲染(详见后文)。

    五、刷新率

    很多时候,密集的重新渲染是无法避免的,比如scroll事件的回调函数和网页动画。

    网页动画的每一帧(frame)都是一次重新渲染。每秒低于24帧的动画,人眼就能感受到停顿。一般的网页动画,需要达到每秒30帧到60帧的频率,才能比较流畅。如果能达到每秒70帧甚至80帧,就会极其流畅。

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    大多数显示器的刷新频率是60Hz,为了与系统一致,以及节省电力,浏览器会自动按照这个频率,刷新动画(如果可以做到的话)。

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    所以,如果网页动画能够做到每秒60帧,就会跟显示器同步刷新,达到最佳的视觉效果。这意味着,一秒之内进行60次重新渲染,每次重新渲染的时间不能超过16.66毫秒。

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    一秒之间能够完成多少次重新渲染,这个指标就被称为”刷新率”,英文为FPS(frame per second)。60次重新渲染,就是60FPS。

    六、开发者工具的Timeline面板

    Chrome浏览器开发者工具的Timeline面板,是查看”刷新率”的最佳工具。这一节介绍如何使用这个工具。

    首先,按下 F12 打开”开发者工具”,切换到Timeline面板。

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    左上角有一个灰色的圆点,这是录制按钮,按下它会变成红色。然后,在网页上进行一些操作,再按一次按钮完成录制。

    Timeline面板提供两种查看方式:横条的是”事件模式”(Event Mode),显示重新渲染的各种事件所耗费的时间;竖条的是”帧模式”(Frame Mode),显示每一帧的时间耗费在哪里。

    先看”事件模式”,你可以从中判断,性能问题发生在哪个环节,是JavaScript的执行,还是渲染?

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    不同的颜色表示不同的事件。

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    蓝色:网络通信和HTML解析 黄色:JavaScript执行 紫色:样式计算和布局,即重排 绿色:重绘

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    蓝色:网络通信和HTML解析
    黄色:JavaScript执行
    紫色:样式计算和布局,即重排
    绿色:重绘

    哪种色块比较多,就说明性能耗费在那里。色块越长,问题越大。

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    帧模式(Frames mode)用来查看单个帧的耗时情况。每帧的色柱高度越低越好,表示耗时少。

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    你可以看到,帧模式有两条水平的参考线。

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    下面的一条是60FPS,低于这条线,可以达到每秒60帧;上面的一条是30FPS,低于这条线,可以达到每秒30次渲染。如果色柱都超过30FPS,这个网页就有性能问题了。

    此外,还可以查看某个区间的耗时情况。

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    或者点击每一帧,查看该帧的时间构成。

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    七、window.requestAnimationFrame()

    有一些JavaScript方法可以调节重新渲染,大幅提高网页性能。

    其中最重要的,就是 window.requestAnimationFrame() 方法。它可以将某些代码放到下一次重新渲染时执行。

    JavaScript

    function doubleHeight(element) { var currentHeight = element.clientHeight; element.style.height = (currentHeight * 2) 'px'; } elements.forEach(doubleHeight);

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    function doubleHeight(element) {
      var currentHeight = element.clientHeight;
      element.style.height = (currentHeight * 2) 'px';
    }
    elements.forEach(doubleHeight);

    上面的代码使用循环操作,将每个元素的高度都增加一倍。可是,每次循环都是,读操作后面跟着一个写操作。这会在短时间内触发大量的重新渲染,显然对于网页性能很不利。

    我们可以使用window.requestAnimationFrame(),让读操作和写操作分离,把所有的写操作放到下一次重新渲染。

    JavaScript

    function doubleHeight(element) { var currentHeight = element.clientHeight; window.requestAnimationFrame(function () { element.style.height = (currentHeight * 2) 'px'; }); } elements.forEach(doubleHeight);

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    function doubleHeight(element) {
      var currentHeight = element.clientHeight;
      window.requestAnimationFrame(function () {
        element.style.height = (currentHeight * 2) 'px';
      });
    }
    elements.forEach(doubleHeight);

    页面滚动事件(scroll)的监听函数,就很适合用 window.requestAnimationFrame() ,推迟到下一次重新渲染。

    JavaScript

    $(window).on('scroll', function() { window.requestAnimationFrame(scrollHandler); });

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    $(window).on('scroll', function() {
       window.requestAnimationFrame(scrollHandler);
    });

    当然,最适用的场合还是网页动画。下面是一个旋转动画的例子,元素每一帧旋转1度。

    JavaScript

    var rAF = window.requestAnimationFrame; var degrees = 0; function update() { div.style.transform = "rotate(" degrees "deg)"; console.log('updated to degrees ' degrees); degrees = degrees 1; rAF(update); } rAF(update);

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    var rAF = window.requestAnimationFrame;
     
    var degrees = 0;
    function update() {
      div.style.transform = "rotate(" degrees "deg)";
      console.log('updated to degrees ' degrees);
      degrees = degrees 1;
      rAF(update);
    }
    rAF(update);

    八、window.requestIdleCallback()

    还有一个函数window.requestIdleCallback(),也可以用来调节重新渲染。

    它指定只有当一帧的末尾有空闲时间,才会执行回调函数。

    JavaScript

    requestIdleCallback(fn);

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    requestIdleCallback(fn);

    上面代码中,只有当前帧的运行时间小于16.66ms时,函数fn才会执行。否则,就推迟到下一帧,如果下一帧也没有空闲时间,就推迟到下下一帧,以此类推。

    它还可以接受第二个参数,表示指定的毫秒数。如果在指定 的这段时间之内,每一帧都没有空闲时间,那么函数fn将会强制执行。

    JavaScript

    requestIdleCallback(fn, 5000);

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    requestIdleCallback(fn, 5000);

    上面的代码表示,函数fn最迟会在5000毫秒之后执行。

    函数 fn 可以接受一个 deadline 对象作为参数。

    JavaScript

    requestIdleCallback(function someHeavyComputation(deadline) { while(deadline.timeRemaining() > 0) { doWorkIfNeeded(); } if(thereIsMoreWorkToDo) { requestIdleCallback(someHeavyComputation); } });

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    requestIdleCallback(function someHeavyComputation(deadline) {
      while(deadline.timeRemaining() > 0) {
        doWorkIfNeeded();
      }
     
      if(thereIsMoreWorkToDo) {
        requestIdleCallback(someHeavyComputation);
      }
    });

    上面代码中,回调函数 someHeavyComputation 的参数是一个 deadline 对象。

    deadline对象有一个方法和一个属性:timeRemaining() 和 didTimeout。

    (1)timeRemaining() 方法

    timeRemaining() 方法返回当前帧还剩余的毫秒。这个方法只能读,不能写,而且会动态更新。因此可以不断检查这个属性,如果还有剩余时间的话,就不断执行某些任务。一旦这个属性等于0,就把任务分配到下一轮requestIdleCallback

    前面的示例代码之中,只要当前帧还有空闲时间,就不断调用doWorkIfNeeded方法。一旦没有空闲时间,但是任务还没有全执行,就分配到下一轮requestIdleCallback

    (2)didTimeout属性

    deadline对象的 didTimeout 属性会返回一个布尔值,表示指定的时间是否过期。这意味着,如果回调函数由于指定时间过期而触发,那么你会得到两个结果。

    JavaScript

    timeRemaining方法返回0 didTimeout 属性等于 true

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    timeRemaining方法返回0
    didTimeout 属性等于 true

    因此,如果回调函数执行了,无非是两种原因:当前帧有空闲时间,或者指定时间到了。

    JavaScript

    function myNonEssentialWork (deadline) { while ((deadline.timeRemaining() > 0 || deadline.didTimeout) && tasks.length > 0) doWorkIfNeeded(); if (tasks.length > 0) requestIdleCallback(myNonEssentialWork); } requestIdleCallback(myNonEssentialWork, 5000);

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    function myNonEssentialWork (deadline) {
      while ((deadline.timeRemaining() > 0 || deadline.didTimeout) && tasks.length > 0)
        doWorkIfNeeded();
     
      if (tasks.length > 0)
        requestIdleCallback(myNonEssentialWork);
    }
     
    requestIdleCallback(myNonEssentialWork, 5000);

    必发88首页,上面代码确保了,doWorkIfNeeded 函数一定会在将来某个比较空闲的时间(或者在指定时间过期后)得到反复执行。

    requestIdleCallback 是一个很新的函数,刚刚引入标准,目前只有Chrome支持。

    九、参考链接

    • Domenico De Felice, How browsers work
    • Stoyan Stefanov, Rendering: repaint, reflow/relayout, restyle
    • Addy Osmani, Improving Web App Performance With the Chrome DevTools Timeline and Profiles
    • Tom Wiltzius, Jank Busting for Better Rendering Performance
    • Paul Lewis, Using requestIdleCallback

    (完)

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