【開(kāi)發(fā)必看】你真的了解回流和重繪嗎？
回流和重繪可以說(shuō)是每一個(gè)web開(kāi)發(fā)者都經(jīng)常聽(tīng)到的兩個(gè)詞語(yǔ)，可是可能有很多人不是很清楚這兩步具體做了什么事情。最近有空對(duì)其進(jìn)行了一些研究，看了一些博客和書籍，整理了一些內(nèi)容并且結(jié)合一些例子，寫了這篇文章，希望可以幫助到大家。
瀏覽器的渲染過(guò)程
本文先從瀏覽器的渲染過(guò)程來(lái)從頭到尾的講解一下回流重繪，如果大家想直接看如何減少回流和重繪，優(yōu)化性能，可以跳到后面。（這個(gè)渲染過(guò)程來(lái)自MDN）
瀏覽器渲染過(guò)程
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從上面這個(gè)圖上，我們可以看到，瀏覽器渲染過(guò)程如下：
- 解析HTML，生成DOM樹(shù)，解析CSS，生成CSSOM樹(shù)
- 將DOM樹(shù)和CSSOM樹(shù)結(jié)合，生成渲染樹(shù)(Render Tree)
- Layout(回流):根據(jù)生成的渲染樹(shù)，進(jìn)行回流(Layout)，得到節(jié)點(diǎn)的幾何信息（位置，大小）
- Painting(重繪):根據(jù)渲染樹(shù)以及回流得到的幾何信息，得到節(jié)點(diǎn)的絕對(duì)像素
- Display:將像素發(fā)送給GPU，展示在頁(yè)面上。（這一步其實(shí)還有很多內(nèi)容，比如會(huì)在GPU將多個(gè)合成層合并為同一個(gè)層，并展示在頁(yè)面中。而css3硬件加速的原理則是新建合成層，這里我們不展開(kāi)，之后有機(jī)會(huì)會(huì)寫一篇博客）
渲染過(guò)程看起來(lái)很簡(jiǎn)單，讓我們來(lái)具體了解下每一步具體做了什么。
生成渲染樹(shù)
渲染樹(shù)構(gòu)建
為了構(gòu)建渲染樹(shù)，瀏覽器主要完成了以下工作：
- 從DOM樹(shù)的根節(jié)點(diǎn)開(kāi)始遍歷每個(gè)可見(jiàn)節(jié)點(diǎn)。
- 對(duì)于每個(gè)可見(jiàn)的節(jié)點(diǎn)，找到CSSOM樹(shù)中對(duì)應(yīng)的規(guī)則，并應(yīng)用它們。
- 根據(jù)每個(gè)可見(jiàn)節(jié)點(diǎn)以及其對(duì)應(yīng)的樣式，組合生成渲染樹(shù)。
***步中，既然說(shuō)到了要遍歷可見(jiàn)的節(jié)點(diǎn)，那么我們得先知道，什么節(jié)點(diǎn)是不可見(jiàn)的。不可見(jiàn)的節(jié)點(diǎn)包括：
- 一些不會(huì)渲染輸出的節(jié)點(diǎn)，比如script、meta、link等。
- 一些通過(guò)css進(jìn)行隱藏的節(jié)點(diǎn)。比如display:none。注意，利用visibility和opacity隱藏的節(jié)點(diǎn)，還是會(huì)顯示在渲染樹(shù)上的。只有display:none的節(jié)點(diǎn)才不會(huì)顯示在渲染樹(shù)上。
從上面的例子來(lái)講，我們可以看到span標(biāo)簽的樣式有一個(gè)display:none，因此，它最終并沒(méi)有在渲染樹(shù)上。
注意：渲染樹(shù)只包含可見(jiàn)的節(jié)點(diǎn)
回流
前面我們通過(guò)構(gòu)造渲染樹(shù)，我們將可見(jiàn)DOM節(jié)點(diǎn)以及它對(duì)應(yīng)的樣式結(jié)合起來(lái)，可是我們還需要計(jì)算它們?cè)谠O(shè)備視口(viewport)內(nèi)的確切位置和大小，這個(gè)計(jì)算的階段就是回流。
為了弄清每個(gè)對(duì)象在網(wǎng)站上的確切大小和位置，瀏覽器從渲染樹(shù)的根節(jié)點(diǎn)開(kāi)始遍歷，我們可以以下面這個(gè)實(shí)例來(lái)表示：
- <!DOCTYPE html>
- <html>
- <head>
- <meta name="viewport" content="width=device-width,initial-scale=1">
- <title>Critial Path: Hello world!</title>
- </head>
- <body>
- <div style="width: 50%">
- <div style="width: 50%">Hello world!</div>
- </div>
- </body>
- </html>
我們可以看到，***個(gè)div將節(jié)點(diǎn)的顯示尺寸設(shè)置為視口寬度的50%，第二個(gè)div將其尺寸設(shè)置為父節(jié)點(diǎn)的50%。而在回流這個(gè)階段，我們就需要根據(jù)視口具體的寬度，將其轉(zhuǎn)為實(shí)際的像素值。（如下圖）
回流
重繪
最終，我們通過(guò)構(gòu)造渲染樹(shù)和回流階段，我們知道了哪些節(jié)點(diǎn)是可見(jiàn)的，以及可見(jiàn)節(jié)點(diǎn)的樣式和具體的幾何信息(位置、大小)，那么我們就可以將渲染樹(shù)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都轉(zhuǎn)換為屏幕上的實(shí)際像素，這個(gè)階段就叫做重繪節(jié)點(diǎn)。
既然知道了瀏覽器的渲染過(guò)程后，我們就來(lái)探討下，何時(shí)會(huì)發(fā)生回流重繪。
何時(shí)發(fā)生回流重繪
我們前面知道了，回流這一階段主要是計(jì)算節(jié)點(diǎn)的位置和幾何信息，那么當(dāng)頁(yè)面布局和幾何信息發(fā)生變化的時(shí)候，就需要回流。比如以下情況：
- 添加或刪除可見(jiàn)的DOM元素
- 元素的位置發(fā)生變化
- 元素的尺寸發(fā)生變化（包括外邊距、內(nèi)邊框、邊框大小、高度和寬度等）
- 內(nèi)容發(fā)生變化，比如文本變化或圖片被另一個(gè)不同尺寸的圖片所替代。
- 頁(yè)面一開(kāi)始渲染的時(shí)候（這肯定避免不了）
- 瀏覽器的窗口尺寸變化（因?yàn)榛亓魇歉鶕?jù)視口的大小來(lái)計(jì)算元素的位置和大小的）
注意：回流一定會(huì)觸發(fā)重繪，而重繪不一定會(huì)回流
根據(jù)改變的范圍和程度，渲染樹(shù)中或大或小的部分需要重新計(jì)算，有些改變會(huì)觸發(fā)整個(gè)頁(yè)面的重排，比如，滾動(dòng)條出現(xiàn)的時(shí)候或者修改了根節(jié)點(diǎn)。
瀏覽器的優(yōu)化機(jī)制
現(xiàn)代的瀏覽器都是很聰明的，由于每次重排都會(huì)造成額外的計(jì)算消耗，因此大多數(shù)瀏覽器都會(huì)通過(guò)隊(duì)列化修改并批量執(zhí)行來(lái)優(yōu)化重排過(guò)程。瀏覽器會(huì)將修改操作放入到隊(duì)列里，直到過(guò)了一段時(shí)間或者操作達(dá)到了一個(gè)閾值，才清空隊(duì)列。但是！當(dāng)你獲取布局信息的操作的時(shí)候，會(huì)強(qiáng)制隊(duì)列刷新，比如當(dāng)你訪問(wèn)以下屬性或者使用以下方法：
- offsetTop、offsetLeft、offsetWidth、offsetHeight
- scrollTop、scrollLeft、scrollWidth、scrollHeight
- clientTop、clientLeft、clientWidth、clientHeight
- getComputedStyle()
- getBoundingClientRect
- 具體可以訪問(wèn)這個(gè)網(wǎng)站：https://gist.github.com/pauli...
以上屬性和方法都需要返回***的布局信息，因此瀏覽器不得不清空隊(duì)列，觸發(fā)回流重繪來(lái)返回正確的值。因此，我們?cè)谛薷臉邮降臅r(shí)候，***避免使用上面列出的屬性，他們都會(huì)刷新渲染隊(duì)列。如果要使用它們，***將值緩存起來(lái)。
減少回流和重繪
好了，到了我們今天的重頭戲，前面說(shuō)了這么多背景和理論知識(shí)，接下來(lái)讓我們談?wù)勅绾螠p少回流和重繪。
最小化重繪和重排
由于重繪和重排可能代價(jià)比較昂貴，因此***就是可以減少它的發(fā)生次數(shù)。為了減少發(fā)生次數(shù)，我們可以合并多次對(duì)DOM和樣式的修改，然后一次處理掉。考慮這個(gè)例子
- const el = document.getElementById('test');
- el.style.padding = '5px';
- el.style.borderLeft = '1px';
- el.style.borderRight = '2px';
例子中，有三個(gè)樣式屬性被修改了，每一個(gè)都會(huì)影響元素的幾何結(jié)構(gòu)，引起回流。當(dāng)然，大部分現(xiàn)代瀏覽器都對(duì)其做了優(yōu)化，因此，只會(huì)觸發(fā)一次重排。但是如果在舊版的瀏覽器或者在上面代碼執(zhí)行的時(shí)候，有其他代碼訪問(wèn)了布局信息(上文中的會(huì)觸發(fā)回流的布局信息)，那么就會(huì)導(dǎo)致三次重排。
因此，我們可以合并所有的改變?nèi)缓笠来翁幚恚热缥覀兛梢圆扇∫韵碌姆绞剑?/p>
- 使用cssText
- const el = document.getElementById('test');
- el.style.cssText += 'border-left: 1px; border-right: 2px; padding: 5px;';
- 修改CSS的class
- const el = document.getElementById('test');
- el.className += ' active';
批量修改DOM
當(dāng)我們需要對(duì)DOM對(duì)一系列修改的時(shí)候，可以通過(guò)以下步驟減少回流重繪次數(shù)：
- 使元素脫離文檔流
- 對(duì)其進(jìn)行多次修改
- 將元素帶回到文檔中。
該過(guò)程的***步和第三步可能會(huì)引起回流，但是經(jīng)過(guò)***步之后，對(duì)DOM的所有修改都不會(huì)引起回流重繪，因?yàn)樗呀?jīng)不在渲染樹(shù)了。
有三種方式可以讓DOM脫離文檔流：
- 隱藏元素，應(yīng)用修改，重新顯示
- 使用文檔片段(document fragment)在當(dāng)前DOM之外構(gòu)建一個(gè)子樹(shù)，再把它拷貝回文檔。
- 將原始元素拷貝到一個(gè)脫離文檔的節(jié)點(diǎn)中，修改節(jié)點(diǎn)后，再替換原始的元素。
考慮我們要執(zhí)行一段批量插入節(jié)點(diǎn)的代碼：
- function appendDataToElement(appendToElement, data) {
- let li;
- for (let i = 0; i < data.length; i++) {
- li = document.createElement('li');
- li.textContent = 'text';
- appendToElement.appendChild(li);
- }
- }
- const ul = document.getElementById('list');
- appendDataToElement(ul, data);
如果我們直接這樣執(zhí)行的話，由于每次循環(huán)都會(huì)插入一個(gè)新的節(jié)點(diǎn)，會(huì)導(dǎo)致瀏覽器回流一次。
我們可以使用這三種方式進(jìn)行優(yōu)化:
隱藏元素，應(yīng)用修改，重新顯示
這個(gè)會(huì)在展示和隱藏節(jié)點(diǎn)的時(shí)候，產(chǎn)生兩次回流
- function appendDataToElement(appendToElement, data) {
- let li;
- for (let i = 0; i < data.length; i++) {
- li = document.createElement('li');
- li.textContent = 'text';
- appendToElement.appendChild(li);
- }
- }
- const ul = document.getElementById('list');
- ul.style.display = 'none';
- appendDataToElement(ul, data);
- ul.style.display = 'block';
使用文檔片段(document fragment)在當(dāng)前DOM之外構(gòu)建一個(gè)子樹(shù)，再把它拷貝回文檔
- const ul = document.getElementById('list');
- const fragment = document.createDocumentFragment();
- appendDataToElement(fragment, data);
- ul.appendChild(fragment);
將原始元素拷貝到一個(gè)脫離文檔的節(jié)點(diǎn)中，修改節(jié)點(diǎn)后，再替換原始的元素。
- const ul = document.getElementById('list');
- const clone = ul.cloneNode(true);
- appendDataToElement(clone, data);
- ul.parentNode.replaceChild(clone, ul);
對(duì)于上面這三種情況，我寫了一個(gè)demo在safari和chrome上測(cè)試修改前和修改后的性能。然而實(shí)驗(yàn)結(jié)果不是很理想。
原因：原因其實(shí)上面也說(shuō)過(guò)了，現(xiàn)代瀏覽器會(huì)使用隊(duì)列來(lái)儲(chǔ)存多次修改，進(jìn)行優(yōu)化，所以對(duì)這個(gè)優(yōu)化方案，我們其實(shí)不用優(yōu)先考慮。
避免觸發(fā)同步布局事件
上文我們說(shuō)過(guò)，當(dāng)我們?cè)L問(wèn)元素的一些屬性的時(shí)候，會(huì)導(dǎo)致瀏覽器強(qiáng)制清空隊(duì)列，進(jìn)行強(qiáng)制同步布局。舉個(gè)例子，比如說(shuō)我們想將一個(gè)p標(biāo)簽數(shù)組的寬度賦值為一個(gè)元素的寬度，我們可能寫出這樣的代碼：
- function initP() {
- for (let i = 0; i < paragraphs.length; i++) {
- paragraphs[i].style.width = box.offsetWidth + 'px';
- }
- }
這段代碼看上去是沒(méi)有什么問(wèn)題，可是其實(shí)會(huì)造成很大的性能問(wèn)題。在每次循環(huán)的時(shí)候，都讀取了box的一個(gè)offsetWidth屬性值，然后利用它來(lái)更新p標(biāo)簽的width屬性。這就導(dǎo)致了每一次循環(huán)的時(shí)候，瀏覽器都必須先使上一次循環(huán)中的樣式更新操作生效，才能響應(yīng)本次循環(huán)的樣式讀取操作。每一次循環(huán)都會(huì)強(qiáng)制瀏覽器刷新隊(duì)列。我們可以優(yōu)化為:
- const width = box.offsetWidth;
- function initP() {
- for (let i = 0; i < paragraphs.length; i++) {
- paragraphs[i].style.width = width + 'px';
- }
- }
同樣，我也寫了個(gè)demo來(lái)比較兩者的性能差異。你可以自己點(diǎn)開(kāi)這個(gè)demo體驗(yàn)下。這個(gè)對(duì)比的性能差距就比較明顯。
對(duì)于復(fù)雜動(dòng)畫效果,使用絕對(duì)定位讓其脫離文檔流
對(duì)于復(fù)雜動(dòng)畫效果，由于會(huì)經(jīng)常的引起回流重繪，因此，我們可以使用絕對(duì)定位，讓它脫離文檔流。否則會(huì)引起父元素以及后續(xù)元素頻繁的回流。這個(gè)我們就直接上個(gè)例子。
打開(kāi)這個(gè)例子后，我們可以打開(kāi)控制臺(tái)，控制臺(tái)上會(huì)輸出當(dāng)前的幀數(shù)(雖然不準(zhǔn))。
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從上圖中，我們可以看到，幀數(shù)一直都沒(méi)到60。這個(gè)時(shí)候，只要我們點(diǎn)擊一下那個(gè)按鈕，把這個(gè)元素設(shè)置為絕對(duì)定位，幀數(shù)就可以穩(wěn)定60。
css3硬件加速（GPU加速）
比起考慮如何減少回流重繪，我們更期望的是，根本不要回流重繪。這個(gè)時(shí)候，css3硬件加速就閃亮登場(chǎng)啦！！
劃重點(diǎn)：
1. 使用css3硬件加速，可以讓transform、opacity、filters這些動(dòng)畫不會(huì)引起回流重繪 。
2. 對(duì)于動(dòng)畫的其它屬性，比如background-color這些，還是會(huì)引起回流重繪的，不過(guò)它還是可以提升這些動(dòng)畫的性能。
本篇文章只討論如何使用，暫不考慮其原理，之后有空會(huì)另外開(kāi)篇文章說(shuō)明。
如何使用
常見(jiàn)的觸發(fā)硬件加速的css屬性：
- transform
- opacity
- filters
- Will-change
效果
我們可以先看個(gè)例子。我通過(guò)使用chrome的Performance捕獲了動(dòng)畫一段時(shí)間里的回流重繪情況，實(shí)際結(jié)果如下圖：
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從圖中我們可以看出，在動(dòng)畫進(jìn)行的時(shí)候，沒(méi)有發(fā)生任何的回流重繪。如果感興趣你也可以自己做下實(shí)驗(yàn)。
重點(diǎn)
- 使用css3硬件加速，可以讓transform、opacity、filters這些動(dòng)畫不會(huì)引起回流重繪
- 對(duì)于動(dòng)畫的其它屬性，比如background-color這些，還是會(huì)引起回流重繪的，不過(guò)它還是可以提升這些動(dòng)畫的性能。
css3硬件加速的坑
當(dāng)然，任何美好的東西都是會(huì)有對(duì)應(yīng)的代價(jià)的，過(guò)猶不及。css3硬件加速還是有坑的:
- 如果你為太多元素使用css3硬件加速，會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存占用較大，會(huì)有性能問(wèn)題。
- 在GPU渲染字體會(huì)導(dǎo)致抗鋸齒無(wú)效。這是因?yàn)镚PU和CPU的算法不同。因此如果你不在動(dòng)畫結(jié)束的時(shí)候關(guān)閉硬件加速，會(huì)產(chǎn)生字體模糊。
總結(jié)
本文主要講了瀏覽器的渲染過(guò)程、瀏覽器的優(yōu)化機(jī)制以及如何減少甚至避免回流和重繪，希望可以幫助大家更好的理解回流重繪。
