【开发必看】你真的了解回流和重绘吗？

时间  2019-11-21
标签 开发必看 了解 回流 繁體版
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回流和重绘能够说是每个web开发者都常常听到的两个词语，但是可能有不少人不是很清楚这两步具体作了什么事情。最近有空对其进行了一些研究，看了一些博客和书籍，整理了一些内容而且结合一些例子，写了这篇文章，但愿能够帮助到你们。css

浏览器的渲染过程

本文先从浏览器的渲染过程来从头至尾的讲解一下回流重绘，若是你们想直接看如何减小回流和重绘，优化性能，能够跳到后面。（这个渲染过程来自MDN）html

img浏览器渲染过程java

添加描述css3

从上面这个图上，咱们能够看到，浏览器渲染过程以下：git

  1. 解析HTML，生成DOM树，解析CSS，生成CSSOM树
  2. 将DOM树和CSSOM树结合，生成渲染树(Render Tree)
  3. Layout(回流):根据生成的渲染树，进行回流(Layout)，获得节点的几何信息（位置，大小）
  4. Painting(重绘):根据渲染树以及回流获得的几何信息，获得节点的绝对像素
  5. Display:将像素发送给GPU，展现在页面上。（这一步其实还有不少内容，好比会在GPU将多个合成层合并为同一个层，并展现在页面中。而css3硬件加速的原理则是新建合成层，这里咱们不展开，以后有机会会写一篇博客）

渲染过程看起来很简单，让咱们来具体了解下每一步具体作了什么。github

生成渲染树

img渲染树构建web

为了构建渲染树，浏览器主要完成了如下工做：算法

  1. 从DOM树的根节点开始遍历每一个可见节点。
  2. 对于每一个可见的节点，找到CSSOM树中对应的规则，并应用它们。
  3. 根据每一个可见节点以及其对应的样式，组合生成渲染树。

第一步中，既然说到了要遍历可见的节点，那么咱们得先知道，什么节点是不可见的。不可见的节点包括：chrome

  • 一些不会渲染输出的节点，好比script、meta、link等。
  • 一些经过css进行隐藏的节点。好比display:none。注意，利用visibility和opacity隐藏的节点，仍是会显示在渲染树上的。只有display:none的节点才不会显示在渲染树上。

从上面的例子来说，咱们能够看到span标签的样式有一个display:none，所以，它最终并无在渲染树上。

注意：渲染树只包含可见的节点

回流

前面咱们经过构造渲染树，咱们将可见DOM节点以及它对应的样式结合起来，但是咱们还须要计算它们在设备视口(viewport)内的确切位置和大小，这个计算的阶段就是回流。

为了弄清每一个对象在网站上的确切大小和位置，浏览器从渲染树的根节点开始遍历，咱们能够如下面这个实例来表示：

<!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>

咱们能够看到，第一个div将节点的显示尺寸设置为视口宽度的50%，第二个div将其尺寸设置为父节点的50%。而在回流这个阶段，咱们就须要根据视口具体的宽度，将其转为实际的像素值。（以下图）

img回流

重绘

最终，咱们经过构造渲染树和回流阶段，咱们知道了哪些节点是可见的，以及可见节点的样式和具体的几何信息(位置、大小)，那么咱们就能够将渲染树的每一个节点都转换为屏幕上的实际像素，这个阶段就叫作重绘节点。

既然知道了浏览器的渲染过程后，咱们就来探讨下，什么时候会发生回流重绘。

什么时候发生回流重绘

咱们前面知道了，回流这一阶段主要是计算节点的位置和几何信息，那么当页面布局和几何信息发生变化的时候，就须要回流。好比如下状况：

  • 添加或删除可见的DOM元素
  • 元素的位置发生变化
  • 元素的尺寸发生变化（包括外边距、内边框、边框大小、高度和宽度等）
  • 内容发生变化，好比文本变化或图片被另外一个不一样尺寸的图片所替代。
  • 页面一开始渲染的时候（这确定避免不了）
  • 浏览器的窗口尺寸变化（由于回流是根据视口的大小来计算元素的位置和大小的）

注意：回流必定会触发重绘，而重绘不必定会回流

根据改变的范围和程度，渲染树中或大或小的部分须要从新计算，有些改变会触发整个页面的重排，好比，滚动条出现的时候或者修改了根节点。

浏览器的优化机制

现代的浏览器都是很聪明的，因为每次重排都会形成额外的计算消耗，所以大多数浏览器都会经过队列化修改并批量执行来优化重排过程。浏览器会将修改操做放入到队列里，直到过了一段时间或者操做达到了一个阈值，才清空队列。可是！当你获取布局信息的操做的时候，会强制队列刷新，好比当你访问如下属性或者使用如下方法：

  • offsetTop、offsetLeft、offsetWidth、offsetHeight
  • scrollTop、scrollLeft、scrollWidth、scrollHeight
  • clientTop、clientLeft、clientWidth、clientHeight
  • getComputedStyle()
  • getBoundingClientRect
  • 具体能够访问这个网站：https://gist.github.com/paulirish/5d52fb081b3570c81e3a

以上属性和方法都须要返回最新的布局信息，所以浏览器不得不清空队列，触发回流重绘来返回正确的值。所以，咱们在修改样式的时候，最好避免使用上面列出的属性，他们都会刷新渲染队列。若是要使用它们，最好将值缓存起来。

减小回流和重绘

好了，到了咱们今天的重头戏，前面说了这么多背景和理论知识，接下来让咱们谈谈如何减小回流和重绘。

最小化重绘和重排

因为重绘和重排可能代价比较昂贵，所以最好就是能够减小它的发生次数。为了减小发生次数，咱们能够合并屡次对DOM和样式的修改，而后一次处理掉。考虑这个例子

const el = document.getElementById('test');
el.style.padding = '5px';
el.style.borderLeft = '1px';
el.style.borderRight = '2px';

例子中，有三个样式属性被修改了，每个都会影响元素的几何结构，引发回流。固然，大部分现代浏览器都对其作了优化，所以，只会触发一次重排。可是若是在旧版的浏览器或者在上面代码执行的时候，有其余代码访问了布局信息(上文中的会触发回流的布局信息)，那么就会致使三次重排。

所以，咱们能够合并全部的改变而后依次处理，好比咱们能够采起如下的方式：

  • 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

当咱们须要对DOM对一系列修改的时候，能够经过如下步骤减小回流重绘次数：

  1. 使元素脱离文档流
  2. 对其进行屡次修改
  3. 将元素带回到文档中。

该过程的第一步和第三步可能会引发回流，可是通过第一步以后，对DOM的全部修改都不会引发回流重绘，由于它已经不在渲染树了。

有三种方式可让DOM脱离文档流：

  • 隐藏元素，应用修改，从新显示
  • 使用文档片断(document fragment)在当前DOM以外构建一个子树，再把它拷贝回文档。
  • 将原始元素拷贝到一个脱离文档的节点中，修改节点后，再替换原始的元素。

考虑咱们要执行一段批量插入节点的代码：

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);

若是咱们直接这样执行的话，因为每次循环都会插入一个新的节点，会致使浏览器回流一次。

咱们可使用这三种方式进行优化:

隐藏元素，应用修改，从新显示

这个会在展现和隐藏节点的时候，产生两次回流

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';

使用文档片断(document fragment)在当前DOM以外构建一个子树，再把它拷贝回文档

const ul = document.getElementById('list');
const fragment = document.createDocumentFragment();
appendDataToElement(fragment, data);
ul.appendChild(fragment);

将原始元素拷贝到一个脱离文档的节点中，修改节点后，再替换原始的元素。

const ul = document.getElementById('list');
const clone = ul.cloneNode(true);
appendDataToElement(clone, data);
ul.parentNode.replaceChild(clone, ul);

对于上面这三种状况，我写了一个demo在safari和chrome上测试修改前和修改后的性能。然而实验结果不是很理想。

缘由：缘由其实上面也说过了，现代浏览器会使用队列来储存屡次修改，进行优化，因此对这个优化方案，咱们其实不用优先考虑。

避免触发同步布局事件

上文咱们说过，当咱们访问元素的一些属性的时候，会致使浏览器强制清空队列，进行强制同步布局。举个例子，好比说咱们想将一个p标签数组的宽度赋值为一个元素的宽度，咱们可能写出这样的代码：

function initP() {
    for (let i = 0; i < paragraphs.length; i++) {
        paragraphs[i].style.width = box.offsetWidth + 'px';
    }
}

这段代码看上去是没有什么问题，但是其实会形成很大的性能问题。在每次循环的时候，都读取了box的一个offsetWidth属性值，而后利用它来更新p标签的width属性。这就致使了每一次循环的时候，浏览器都必须先使上一次循环中的样式更新操做生效，才能响应本次循环的样式读取操做。每一次循环都会强制浏览器刷新队列。咱们能够优化为:

const width = box.offsetWidth;
function initP() {
    for (let i = 0; i < paragraphs.length; i++) {
        paragraphs[i].style.width = width + 'px';
    }
}

一样，我也写了个demo来比较二者的性能差别。你能够本身点开这个demo体验下。这个对比的性能差距就比较明显。

对于复杂动画效果,使用绝对定位让其脱离文档流

对于复杂动画效果，因为会常常的引发回流重绘，所以，咱们可使用绝对定位，让它脱离文档流。不然会引发父元素以及后续元素频繁的回流。这个咱们就直接上个例子。

打开这个例子后，咱们能够打开控制台，控制台上会输出当前的帧数(虽然不许)。

img

添加描述

从上图中，咱们能够看到，帧数一直都没到60。这个时候，只要咱们点击一下那个按钮，把这个元素设置为绝对定位，帧数就能够稳定60。

css3硬件加速（GPU加速）

比起考虑如何减小回流重绘，咱们更指望的是，根本不要回流重绘。这个时候，css3硬件加速就闪亮登场啦！！

划重点：

1. 使用css3硬件加速，可让transform、opacity、filters这些动画不会引发回流重绘 。

2. 对于动画的其它属性，好比background-color这些，仍是会引发回流重绘的，不过它仍是能够提高这些动画的性能。

本篇文章只讨论如何使用，暂不考虑其原理，以后有空会另外开篇文章说明。

如何使用

常见的触发硬件加速的css属性：

  • transform
  • opacity
  • filters
  • Will-change

效果

咱们能够先看个例子。我经过使用chrome的Performance捕获了动画一段时间里的回流重绘状况，实际结果以下图：

img

添加描述

从图中咱们能够看出，在动画进行的时候，没有发生任何的回流重绘。若是感兴趣你也能够本身作下实验。

重点

  • 使用css3硬件加速，可让transform、opacity、filters这些动画不会引发回流重绘
  • 对于动画的其它属性，好比background-color这些，仍是会引发回流重绘的，不过它仍是能够提高这些动画的性能。

css3硬件加速的坑

固然，任何美好的东西都是会有对应的代价的，过犹不及。css3硬件加速仍是有坑的:

  • 若是你为太多元素使用css3硬件加速，会致使内存占用较大，会有性能问题。
  • 在GPU渲染字体会致使抗锯齿无效。这是由于GPU和CPU的算法不一样。所以若是你不在动画结束的时候关闭硬件加速，会产生字体模糊。

总结

本文主要讲了浏览器的渲染过程、浏览器的优化机制以及如何减小甚至避免回流和重绘，但愿能够帮助你们更好的理解回流重绘。

参考文献

此文已由做者受权腾讯云+社区在各渠道发布

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