网页渲染与网页性能

参考原文:网页性能管理详解

网页优化

如果想知道怎么优化网页,就必须了解网页的生成流程,知道在那些点上可以优化网页

一、网页的生成过程

image.png

网页的生成过程大致分为五步。

  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(包含每个节点的视觉信息)
  4. 生成布局(layout),即将所有渲染树的所有节点进行平面合成
  5. 将布局绘制(paint)在屏幕上

这五步里面,第一步到第三步都非常快,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)。

image.png

二、重排和重绘

网页生成的时候,会渲染一次。用户访问的过程中,还会不断的渲染。

一下三种情况,会导致网页重新渲染。

  1. 修改DOM
  2. 修改样式表
  3. 用户事件(如:鼠标悬停、页面滚动、输入框输入文字、改变窗口大小)

重新渲染,就需要重新生成布局和重新绘制。前者叫做"重排"(reflow),后者叫做"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。但是,"重排"必然导致"重绘",比如改变一个网页元素的位置,就会同时触发"重排"和"重绘",因为布局改变了。

三、对于性能的影响

重排和重绘会不断触发,这是不可避免的。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,尽量少触发重新渲染。

前面提到,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。

如果写得不好,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
var left = div.offsetLeft;
var 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、提高性能的九个技巧

1. DOM 的多个读操作(或多个写操作),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,那么最好缓存结果。避免下一次用到的时候,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;";
4. 尽量使用离线DOM,而不是真实的网面DOM,来改变元素样式。比如,操作Document Fragment对象,完成后再把这个对象加入DOM。再比如,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。
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。

应用场景?

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的脚本库,比如React等。
9. 使用 window.requestAnimationFrame()、window.requestIdleCallback() 【暂不作介绍】

五、刷新率

很多时候,密集的重新渲染是无法避免的,比如scroll事件的回调函数和网页动画。

网页动画的每一帧(frame)都是一次重新渲染。每秒低于24帧的动画,人眼就能感受到停顿。一般的网页动画,需要达到每秒30帧到60帧的频率,才能比较流畅。如果能达到每秒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(如果可以做到的话)。

image.png

所以,如果网页动画能够做到每秒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,一秒之内进行60次重新渲染,每次重新渲染的时间不能超过16.66毫秒。


image.png

一秒之间能够完成多少次重新渲染,这个指标就被称为"刷新率",英文为FPS(frame per second)。60次重新渲染,就是60FPS。

如果想达到60帧的刷新率,就意味着JavaScript线程每个任务的耗时,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,然后跟UI渲染不相干的任务,都放在Worker线程。

六、开发者工具的Preformance面板

界面介绍

image.png

从上到下分别为4个区域

1: 具体条,包含录制,刷新页面分析,清除结果等一系列操作

2: overview总览图,高度概括随时间线的变动,包括FPS,CPU,NET

3: 火焰图,从不同的角度分析框选区域 。例如:Network,Frames, Interactions, Main等

4: 总结区域:精确到毫秒级的分析,以及按调用层级,事件分类的整理

【Overview】

Overview 窗格包含以下三个图表:

1、FPS。每秒帧数。绿色竖线越高,FPS 越高。 FPS 图表上的红色块表示长时间帧,很可能会出现卡顿

2、CPU。 CPU 资源。此面积图指示消耗 CPU 资源的事件类型

3、NET。每条彩色横杠表示一种资源。横杠越长,检索资源所需的时间越长。 每个横杠的浅色部分表示等待时间(从请求资源到第一个字节下载完成的时间)

可以放大显示一部分记录,以便简化分析。使用 Overview 窗格可以放大显示一部分记录。 放大后,火焰图会自动缩放以匹配同一部分

选择部分后,可以使用 W、A、S 和 D 键调整您的选择。 W 和 S 分别代表放大和缩小。 A 和 D 分别代表左移和右移

【火焰图】

在火焰图上看到一到三条垂直的虚线。蓝线代表 DOMContentLoaded 事件。 绿线代表首次绘制的时间。 红线代表 load 事件

在火焰图中选择事件时,Details 窗格会显示与事件相关的其他信息

【总结区域】

蓝色(Loading):网络通信和HTML解析
黄色(Scripting):JavaScript执行
紫色(Rendering):样式计算和布局,即重排
绿色(Painting):重绘
灰色(other):其它事件花费的时间
白色(Idle):空闲时间[图片上传失败...(image-67ecd2-1542856909943)]

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