网页性能管理详解

你遇到过性能不好的网页吗？

这种网页响应很是缓慢，占用大量的CPU和内存，浏览起来经常有卡顿，页面的动画效果也不流畅。

你会有什么反应？我猜测，大多数用户会关闭这个页面，改成访问其余网站。做为一个开发者，确定不肯意看到这种状况，那么怎样才能提升性能呢？

本文将详细介绍性能问题的出现缘由，以及解决方法。

1、网页生成的过程

要理解网页性能为何很差，就要了解网页是怎么生成的。

网页的生成过程，大体能够分红五步。

1. HTML代码转化成DOM
2. CSS代码转化成CSSOM（CSS Object Model）
3. 结合DOM和CSSOM，生成一棵渲染树（包含每一个节点的视觉信息）
4. 生成布局（layout），即将全部渲染树的全部节点进行平面合成
5. 将布局绘制（paint）在屏幕上

这五步里面，第一步到第三步都很是快，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）。

2、重排和重绘

网页生成的时候，至少会渲染一次。用户访问的过程当中，还会不断从新渲染。

如下三种状况，会致使网页从新渲染。

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

从新渲染，就须要从新生成布局和从新绘制。前者叫作"重排"（reflow），后者叫作"重绘"（repaint）。

须要注意的是，"重绘"不必定须要"重排"，好比改变某个网页元素的颜色，就只会触发"重绘"，不会触发"重排"，由于布局没有改变。可是，"重排"必然致使"重绘"，好比改变一个网页元素的位置，就会同时触发"重排"和"重绘"，由于布局改变了。

3、对于性能的影响

重排和重绘会不断触发，这是不可避免的。可是，它们很是耗费资源，是致使网页性能低下的根本缘由。

提升网页性能，就是要下降"重排"和"重绘"的频率和成本，尽可能少触发从新渲染。

前面提到，DOM变更和样式变更，都会触发从新渲染。可是，浏览器已经很智能了，会尽可能把全部的变更集中在一块儿，排成一个队列，而后一次性执行，尽可能避免屡次从新渲染。

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

上面代码中，div元素有两个样式变更，可是浏览器只会触发一次重排和重绘。

若是写得很差，就会触发两次重排和重绘。

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

上面代码对div元素设置背景色之后，第二行要求浏览器给出该元素的位置，因此浏览器不得不当即重排。

通常来讲，样式的写操做以后，若是有下面这些属性的读操做，都会引起浏览器当即从新渲染。

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

因此，从性能角度考虑，尽可能不要把读操做和写操做，放在一个语句里面。

 // 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"; 

通常的规则是：

• 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

4、提升性能的九个技巧

有一些技巧，能够下降浏览器从新渲染的频率和成本。

第一条是上一节说到的，DOM 的多个读操做（或多个写操做），应该放在一块儿。不要两个读操做之间，加入一个写操做。

第二条，若是某个样式是经过重排获得的，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，而要经过改变class，或者csstext属性，一次性地改变样式。

 // 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;"; 

第四条，尽可能使用离线DOM，而不是真实的网面DOM，来改变元素样式。好比，操做Document Fragment对象，完成后再把这个对象加入DOM。再好比，使用 cloneNode() 方法，在克隆的节点上进行操做，而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（须要1次重排和重绘），而后对这个节点进行100次操做，最后再恢复显示（须要1次重排和重绘）。这样一来，你就用两次从新渲染，取代了可能高达100次的从新渲染。

第六条，position属性为absolute或fixed的元素，重排的开销会比较小，由于不用考虑它对其余元素的影响。

第七条，只在必要的时候，才将元素的display属性为可见，由于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。

第八条，使用虚拟DOM的脚本库，好比React等。

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

5、刷新率

不少时候，密集的从新渲染是没法避免的，好比scroll事件的回调函数和网页动画。

网页动画的每一帧（frame）都是一次从新渲染。每秒低于24帧的动画，人眼就能感觉到停顿。通常的网页动画，须要达到每秒30帧到60帧的频率，才能比较流畅。若是能达到每秒70帧甚至80帧，就会极其流畅。

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（若是能够作到的话）。

因此，若是网页动画可以作到每秒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，一秒以内进行60次从新渲染，每次从新渲染的时间不能超过16.66毫秒。

一秒之间可以完成多少次从新渲染，这个指标就被称为"刷新率"，英文为FPS（frame per second）。60次从新渲染，就是60FPS。

若是想达到60帧的刷新率，就意味着JavaScript线程每一个任务的耗时，必须少于16毫秒。一个解决办法是使用Web Worker，主线程只用于UI渲染，而后跟UI渲染不相干的任务，都放在Worker线程。

6、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。

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。而后，在网页上进行一些操做，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），显示从新渲染的各类事件所耗费的时间；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"，你能够从中判断，性能问题发生在哪一个环节，是JavaScript的执行，仍是渲染？

不一样的颜色表示不一样的事件。

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

哪一种色块比较多，就说明性能耗费在那里。色块越长，问题越大。

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

你能够看到，帧模式有两条水平的参考线。

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

此外，还能够查看某个区间的耗时状况。

或者点击每一帧，查看该帧的时间构成。

7、window.requestAnimationFrame()

有一些JavaScript方法能够调节从新渲染，大幅提升网页性能。

其中最重要的，就是 window.requestAnimationFrame() 方法。它能够将某些代码放到下一次从新渲染时执行。

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做，将每一个元素的高度都增长一倍。但是，每次循环都是，读操做后面跟着一个写操做。这会在短期内触发大量的从新渲染，显然对于网页性能很不利。

咱们可使用window.requestAnimationFrame()，让读操做和写操做分离，把全部的写操做放到下一次从新渲染。

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() ，推迟到下一次从新渲染。

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

固然，最适用的场合仍是网页动画。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); 

8、window.requestIdleCallback()

还有一个函数window.requestIdleCallback()，也能够用来调节从新渲染。

它指定只有当一帧的末尾有空闲时间，才会执行回调函数。

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。不然，就推迟到下一帧，若是下一帧也没有空闲时间，就推迟到下下一帧，以此类推。

它还能够接受第二个参数，表示指定的毫秒数。若是在指定 的这段时间以内，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毫秒以后执行。

函数 fn 能够接受一个 deadline 对象做为参数。

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，并且会动态更新。所以能够不断检查这个属性，若是还有剩余时间的话，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，可是任务尚未全执行，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时。这意味着，若是回调函数因为指定时间过时而触发，那么你会获得两个结果。

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

所以，若是回调函数执行了，无非是两种缘由：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 函数必定会在未来某个比较空闲的时间（或者在指定时间过时后）获得反复执行。

requestIdleCallback 是一个很新的函数，刚刚引入标准，目前只有Chrome支持，不过其余浏览器能够用垫片库。

9、参考连接

• 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