網(wǎng)頁(yè)性能管理詳解

你遇到過(guò)性能很差的網(wǎng)頁(yè)嗎？

這種網(wǎng)頁(yè)響應(yīng)非常緩慢，占用大量的CPU和內(nèi)存，瀏覽起來(lái)常常有卡頓，頁(yè)面的動(dòng)畫(huà)效果也不流暢。

你會(huì)有什么反應(yīng)？我猜想，大多數(shù)用戶(hù)會(huì)關(guān)閉這個(gè)頁(yè)面，改為訪問(wèn)其他網(wǎng)站。作為一個(gè)開(kāi)發(fā)者，肯定不愿意看到這種情況，那么怎樣才能提高性能呢？

本文將詳細(xì)介紹性能問(wèn)題的出現(xiàn)原因，以及解決方法。

一、網(wǎng)頁(yè)生成的過(guò)程

要理解網(wǎng)頁(yè)性能為什么不好，就要了解網(wǎng)頁(yè)是怎么生成的。

網(wǎng)頁(yè)的生成過(guò)程，大致可以分成五步。

1. HTML代碼轉(zhuǎn)化成DOM
2. CSS代碼轉(zhuǎn)化成CSSOM（CSS Object Model）
3. 結(jié)合DOM和CSSOM，生成一棵渲染樹(shù)（包含每個(gè)節(jié)點(diǎn)的視覺(jué)信息）
4. 生成布局（layout），即將所有渲染樹(shù)的所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行平面合成
5. 將布局繪制（paint）在屏幕上

這五步里面，第一步到第三步都非?？?，耗時(shí)的是第四步和第五步。

"生成布局"（flow）和"繪制"（paint）這兩步，合稱(chēng)為"渲染"（render）。

二、重排和重繪

網(wǎng)頁(yè)生成的時(shí)候，至少會(huì)渲染一次。用戶(hù)訪問(wèn)的過(guò)程中，還會(huì)不斷重新渲染。

以下三種情況，會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)頁(yè)重新渲染。

• 修改DOM
• 修改樣式表
• 用戶(hù)事件（比如鼠標(biāo)懸停、頁(yè)面滾動(dòng)、輸入框鍵入文字、改變窗口大小等等）

重新渲染，就需要重新生成布局和重新繪制。前者叫做"重排"（reflow），后者叫做"重繪"（repaint）。

需要注意的是，"重繪"不一定需要"重排"，比如改變某個(gè)網(wǎng)頁(yè)元素的顏色，就只會(huì)觸發(fā)"重繪"，不會(huì)觸發(fā)"重排"，因?yàn)椴季譀](méi)有改變。但是，"重排"必然導(dǎo)致"重繪"，比如改變一個(gè)網(wǎng)頁(yè)元素的位置，就會(huì)同時(shí)觸發(fā)"重排"和"重繪"，因?yàn)椴季指淖兞恕?/p>

三、對(duì)于性能的影響

重排和重繪會(huì)不斷觸發(fā)，這是不可避免的。但是，它們非常耗費(fèi)資源，是導(dǎo)致網(wǎng)頁(yè)性能低下的根本原因。

提高網(wǎng)頁(yè)性能，就是要降低"重排"和"重繪"的頻率和成本，盡量少觸發(fā)重新渲染。

前面提到，DOM變動(dòng)和樣式變動(dòng)，都會(huì)觸發(fā)重新渲染。但是，瀏覽器已經(jīng)很智能了，會(huì)盡量把所有的變動(dòng)集中在一起，排成一個(gè)隊(duì)列，然后一次性執(zhí)行，盡量避免多次重新渲染。

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

上面代碼中，div元素有兩個(gè)樣式變動(dòng)，但是瀏覽器只會(huì)觸發(fā)一次重排和重繪。

如果寫(xiě)得不好，就會(huì)觸發(fā)兩次重排和重繪。

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

上面代碼對(duì)div元素設(shè)置背景色以后，第二行要求瀏覽器給出該元素的位置，所以瀏覽器不得不立即重排。

一般來(lái)說(shuō)，樣式的寫(xiě)操作之后，如果有下面這些屬性的讀操作，都會(huì)引發(fā)瀏覽器立即重新渲染。

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

所以，從性能角度考慮，盡量不要把讀操作和寫(xiě)操作，放在一個(gè)語(yǔ)句里面。

// 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";

一般的規(guī)則是：

• 樣式表越簡(jiǎn)單，重排和重繪就越快。
• 重排和重繪的DOM元素層級(jí)越高，成本就越高。
• table元素的重排和重繪成本，要高于div元素

四、提高性能的九個(gè)技巧

有一些技巧，可以降低瀏覽器重新渲染的頻率和成本。

第一條是上一節(jié)說(shuō)到的，DOM 的多個(gè)讀操作（或多個(gè)寫(xiě)操作），應(yīng)該放在一起。不要兩個(gè)讀操作之間，加入一個(gè)寫(xiě)操作。

第二條，如果某個(gè)樣式是通過(guò)重排得到的，那么最好緩存結(jié)果。避免下一次用到的時(shí)候，瀏覽器又要重排。

第三條，不要一條條地改變樣式，而要通過(guò)改變class，或者csstext屬性，一次性地改變樣式。

// 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;";

第四條，盡量使用離線(xiàn)DOM，而不是真實(shí)的網(wǎng)面DOM，來(lái)改變?cè)貥邮?。比如，操作Document Fragment對(duì)象，完成后再把這個(gè)對(duì)象加入DOM。再比如，使用 cloneNode() 方法，在克隆的節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行操作，然后再用克隆的節(jié)點(diǎn)替換原始節(jié)點(diǎn)。

第五條，先將元素設(shè)為display: none（需要1次重排和重繪），然后對(duì)這個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行100次操作，最后再恢復(fù)顯示（需要1次重排和重繪）。這樣一來(lái)，你就用兩次重新渲染，取代了可能高達(dá)100次的重新渲染。

第六條，position屬性為absolute或fixed的元素，重排的開(kāi)銷(xiāo)會(huì)比較小，因?yàn)椴挥每紤]它對(duì)其他元素的影響。

第七條，只在必要的時(shí)候，才將元素的display屬性為可見(jiàn)，因?yàn)椴豢梢?jiàn)的元素不影響重排和重繪。另外，visibility : hidden的元素只對(duì)重繪有影響，不影響重排。

第八條，使用虛擬DOM的腳本庫(kù)，比如React等。

第九條，使用 window.requestAnimationFrame()、window.requestIdleCallback() 這兩個(gè)方法調(diào)節(jié)重新渲染（詳見(jiàn)后文）。

五、刷新率

很多時(shí)候，密集的重新渲染是無(wú)法避免的，比如scroll事件的回調(diào)函數(shù)和網(wǎng)頁(yè)動(dòng)畫(huà)。

網(wǎng)頁(yè)動(dòng)畫(huà)的每一幀（frame）都是一次重新渲染。每秒低于24幀的動(dòng)畫(huà)，人眼就能感受到停頓。一般的網(wǎng)頁(yè)動(dòng)畫(huà)，需要達(dá)到每秒30幀到60幀的頻率，才能比較流暢。如果能達(dá)到每秒70幀甚至80幀，就會(huì)極其流暢。

大多數(shù)顯示器的刷新頻率是60Hz，為了與系統(tǒng)一致，以及節(jié)省電力，瀏覽器會(huì)自動(dòng)按照這個(gè)頻率，刷新動(dòng)畫(huà)（如果可以做到的話(huà)）。

所以，如果網(wǎng)頁(yè)動(dòng)畫(huà)能夠做到每秒60幀，就會(huì)跟顯示器同步刷新，達(dá)到最佳的視覺(jué)效果。這意味著，一秒之內(nèi)進(jìn)行60次重新渲染，每次重新渲染的時(shí)間不能超過(guò)16.66毫秒。

一秒之間能夠完成多少次重新渲染，這個(gè)指標(biāo)就被稱(chēng)為"刷新率"，英文為FPS（frame per second）。60次重新渲染，就是60FPS。

如果想達(dá)到60幀的刷新率，就意味著JavaScript線(xiàn)程每個(gè)任務(wù)的耗時(shí)，必須少于16毫秒。一個(gè)解決辦法是使用Web Worker，主線(xiàn)程只用于UI渲染，然后跟UI渲染不相干的任務(wù)，都放在Worker線(xiàn)程。

六、開(kāi)發(fā)者工具的Timeline面板

Chrome瀏覽器開(kāi)發(fā)者工具的Timeline面板，是查看"刷新率"的最佳工具。這一節(jié)介紹如何使用這個(gè)工具。

首先，按下 F12 打開(kāi)"開(kāi)發(fā)者工具"，切換到Timeline面板。

左上角有一個(gè)灰色的圓點(diǎn)，這是錄制按鈕，按下它會(huì)變成紅色。然后，在網(wǎng)頁(yè)上進(jìn)行一些操作，再按一次按鈕完成錄制。

Timeline面板提供兩種查看方式：橫條的是"事件模式"（Event Mode），顯示重新渲染的各種事件所耗費(fèi)的時(shí)間；豎條的是"幀模式"（Frame Mode），顯示每一幀的時(shí)間耗費(fèi)在哪里。

先看"事件模式"，你可以從中判斷，性能問(wèn)題發(fā)生在哪個(gè)環(huán)節(jié)，是JavaScript的執(zhí)行，還是渲染？

不同的顏色表示不同的事件。

• 藍(lán)色：網(wǎng)絡(luò)通信和HTML解析
• 黃色：JavaScript執(zhí)行
• 紫色：樣式計(jì)算和布局，即重排
• 綠色：重繪

哪種色塊比較多，就說(shuō)明性能耗費(fèi)在那里。色塊越長(zhǎng)，問(wèn)題越大。

幀模式（Frames mode）用來(lái)查看單個(gè)幀的耗時(shí)情況。每幀的色柱高度越低越好，表示耗時(shí)少。

你可以看到，幀模式有兩條水平的參考線(xiàn)。

下面的一條是60FPS，低于這條線(xiàn)，可以達(dá)到每秒60幀；上面的一條是30FPS，低于這條線(xiàn)，可以達(dá)到每秒30次渲染。如果色柱都超過(guò)30FPS，這個(gè)網(wǎng)頁(yè)就有性能問(wèn)題了。

此外，還可以查看某個(gè)區(qū)間的耗時(shí)情況。

或者點(diǎn)擊每一幀，查看該幀的時(shí)間構(gòu)成。

七、window.requestAnimationFrame()

有一些JavaScript方法可以調(diào)節(jié)重新渲染，大幅提高網(wǎng)頁(yè)性能。

其中最重要的，就是 window.requestAnimationFrame() 方法。它可以將某些代碼放到下一次重新渲染時(shí)執(zhí)行。

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

上面的代碼使用循環(huán)操作，將每個(gè)元素的高度都增加一倍?？墒牵看窝h(huán)都是，讀操作后面跟著一個(gè)寫(xiě)操作。這會(huì)在短時(shí)間內(nèi)觸發(fā)大量的重新渲染，顯然對(duì)于網(wǎng)頁(yè)性能很不利。

我們可以使用window.requestAnimationFrame()，讓讀操作和寫(xiě)操作分離，把所有的寫(xiě)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);

頁(yè)面滾動(dòng)事件（scroll）的監(jiān)聽(tīng)函數(shù)，就很適合用 window.requestAnimationFrame() ，推遲到下一次重新渲染。

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

當(dāng)然，最適用的場(chǎng)合還是網(wǎng)頁(yè)動(dòng)畫(huà)。下面是一個(gè)旋轉(zhuǎn)動(dòng)畫(huà)的例子，元素每一幀旋轉(zhuǎn)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);

八、window.requestIdleCallback()

還有一個(gè)函數(shù)window.requestIdleCallback()，也可以用來(lái)調(diào)節(jié)重新渲染。

它指定只有當(dāng)一幀的末尾有空閑時(shí)間，才會(huì)執(zhí)行回調(diào)函數(shù)。

requestIdleCallback(fn);

上面代碼中，只有當(dāng)前幀的運(yùn)行時(shí)間小于16.66ms時(shí)，函數(shù)fn才會(huì)執(zhí)行。否則，就推遲到下一幀，如果下一幀也沒(méi)有空閑時(shí)間，就推遲到下下一幀，以此類(lèi)推。

它還可以接受第二個(gè)參數(shù)，表示指定的毫秒數(shù)。如果在指定的這段時(shí)間之內(nèi)，每一幀都沒(méi)有空閑時(shí)間，那么函數(shù)fn將會(huì)強(qiáng)制執(zhí)行。

requestIdleCallback(fn, 5000);

上面的代碼表示，函數(shù)fn最遲會(huì)在5000毫秒之后執(zhí)行。

函數(shù) fn 可以接受一個(gè) deadline 對(duì)象作為參數(shù)。

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

  if(thereIsMoreWorkToDo) {
    requestIdleCallback(someHeavyComputation);
  }
});

上面代碼中，回調(diào)函數(shù) someHeavyComputation 的參數(shù)是一個(gè) deadline 對(duì)象。

deadline對(duì)象有一個(gè)方法和一個(gè)屬性：timeRemaining() 和 didTimeout。

（1）timeRemaining() 方法

timeRemaining() 方法返回當(dāng)前幀還剩余的毫秒。這個(gè)方法只能讀，不能寫(xiě)，而且會(huì)動(dòng)態(tài)更新。因此可以不斷檢查這個(gè)屬性，如果還有剩余時(shí)間的話(huà)，就不斷執(zhí)行某些任務(wù)。一旦這個(gè)屬性等于0，就把任務(wù)分配到下一輪requestIdleCallback。

前面的示例代碼之中，只要當(dāng)前幀還有空閑時(shí)間，就不斷調(diào)用doWorkIfNeeded方法。一旦沒(méi)有空閑時(shí)間，但是任務(wù)還沒(méi)有全執(zhí)行，就分配到下一輪requestIdleCallback。

（2）didTimeout屬性

deadline對(duì)象的 didTimeout 屬性會(huì)返回一個(gè)布爾值，表示指定的時(shí)間是否過(guò)期。這意味著，如果回調(diào)函數(shù)由于指定時(shí)間過(guò)期而觸發(fā)，那么你會(huì)得到兩個(gè)結(jié)果。

• timeRemaining方法返回0
• didTimeout 屬性等于 true

因此，如果回調(diào)函數(shù)執(zhí)行了，無(wú)非是兩種原因：當(dāng)前幀有空閑時(shí)間，或者指定時(shí)間到了。

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

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

requestIdleCallback(myNonEssentialWork, 5000);

上面代碼確保了，doWorkIfNeeded 函數(shù)一定會(huì)在將來(lái)某個(gè)比較空閑的時(shí)間（或者在指定時(shí)間過(guò)期后）得到反復(fù)執(zhí)行。

requestIdleCallback 是一個(gè)很新的函數(shù)，剛剛引入標(biāo)準(zhǔn)，目前只有Chrome支持，不過(guò)其他瀏覽器可以用墊片庫(kù)。

作者:阮一峰

九、參考鏈接

• 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