网页性能

前言

互联网有一项闻名的8秒准绳。用户在访问Web网页时，若是时间超过8秒就会感应不不耐烦，若是加载时间太长，他们就会放弃访问。大部分用户希望网页能在2秒之内就完成加载。事实上，加载时间每多1秒，你就会流失7%的用户。8秒并不是切确的8秒钟，只是向网站开发者剖清楚明了加载时间的重要性。

如果网页响应非常慢，大多数用户应该都会选择关闭这个页面，作为开发者，我们肯定不愿意看到这种情况，那我们应该怎样提高性能呢？

一、网页生成的过程

要理解网页的性能为什么不好，就必须了解网页是怎么生成的。

网页的生成过程，可以分为5步：

  1. HTML代码转化为DOM tree
  2. CSS代码转化为CSS tree （CSSOM CSS Object Model）
  3. 合成DOM tree 和 CSS tree，生成一棵渲染树（包含每个节点的视觉信息）
  4. 生成(layout)布局，也就是将所有渲染树的所有节点进行平面合成；
  5. 将布局绘制在屏幕上（paint)

前三步是非常快的，第四步和第五步比较耗时；

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

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。

导致网页重新渲染的几种可能的情况：

  • 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、改变窗口的大小等等）

重新渲染，就需要重新生成布局和重新绘制。

  • 生成布局：即重排；（reflow）
  • 重新绘制：即重绘；（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；
  • “重排”必然会导致“重绘”，比如改变了一个网页元素的位置，就会同时出发“重排”和“重绘”，因为布局发生了改变。

三、对于性能的影响

重排和重绘不断触发是不可避免的。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，尽量减少触发重新渲染。

我们前面已经提到，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。

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

上面的代码中，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。

如果写的不好，就会触发两次重排和重绘。

  div.style.color = 'blue';

  let 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。

  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。

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

// good
  let left = div.offsetLeft;

  let 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

四、通过降低浏览器重新渲染的频率，从而提高性能的几个小技巧

  1. DOM的多个读操作（或者写操作），应该放在一起。不要两个读操作之间，加入一个写操作。

  2. 如果某个样式是通过重排得到的，那最好缓存以下结果，避免下次用到时，浏览器又要重排。

  3. 不要一条条地改变样式，而要通过改变class或者cssText属性，一次性改变样式。

       // bad
   let left = 10;
   let 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;";

  4. 尽量使用离线DOM，而不是真实的DOM，来改变元素样式。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。再比如，操作Document Fragment对象，完成后再把这个对象加入DOM。

  5. 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。

  6. 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。

  7. 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的元素只对重绘有影响，不影响重排。

  8. 使用虚拟DOM；

  9. 【个人很少使用，可以尝试】 可以使用window.requestAnimationFrame()、window.requestIdleCallback()这两个方法来调节重新渲染。

五、window.requestAnimationFrame()

  • 可以调节重新渲染，大幅提高网页性能。它可以将某些代码放到下一次重新渲染时执行。

    
  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，对于网页性能很不利。

    这时候就可以使用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。

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

    上一篇博客中涉及到的页面滚动事件（scroll）监听函数，就可以使用window.requestAnimationFrame(),推迟到下一次重新渲染。

    
  window.addEventListener('scroll', () => {
    window.requestAnimationFrame(this.bindHandleScroll);
  });
    • 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。
    
  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);

六、window.requestIdleCallback()

  • 也可以用来调节重新渲染。指定只有当一帧的末尾有空余时间，才会执行回调函数。

    
  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。
    
  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。

      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。

    1. 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。

    
  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。

      function myNonEssentialWork (deadline) {
    while ((deadline.timeRemaining() > 0 || deadline.didTimeout) && tasks.length > 0)
      doWorkIfNeeded();

    if (tasks.length > 0)
      requestIdleCallback(myNonEssentialWork);
  }

  requestIdleCallback(myNonEssentialWork, 5000);

    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。

说明

下一篇中会重点介绍浏览器相关的性能优化工具。

#性能优化   

Jun 11, 2020