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高效能WEB開發 頁面呈現、重繪、回流。

黄舟
黄舟原創
2016-12-16 15:27:321322瀏覽

頁面呈現流程 

在討論頁面重繪、回流之前。需要對頁面的呈現流程有些了解,頁面是怎麼把html結合css等顯示到瀏覽器上的,下面的流程圖顯示了瀏覽器對頁面的呈現的處理流程。可能不同的瀏覽器略微會有些不同。但基本上都是類似的。


1. 瀏覽器把獲取到的html程式碼解析成1個Dom樹,html中的每個tag都是Dom樹中的1個節點,根節點就是我們常用的document物件( tag) 。 dom樹就是我們用firebug或IE Developer Toolbar等工具看到的html結構,裡麵包含了所有的html tag,包含display:none隱藏,還有用JS動態加入的元素等。

2. 瀏覽器把所有樣式(主要包括css和瀏覽器的樣式設定)解析成樣式結構體,在解析的過程中會去掉瀏覽器不能識別的樣式,比如IE會去掉-moz開頭的樣式,而firefox會去掉_開頭的樣式。

3、dom tree和樣式結構體結合後建構呈現樹(render tree),render tree有點類似dom tree,但其實區別有很大,render tree能辨識樣式,render tree中每個node都有自己的style,而且render tree不包含隱藏的節點(例如display:none的節點,還有head節點),因為這些節點不會用來呈現,而且不會影響呈現的,所以就不會包含到render tree中。注意 visibility:hidden隱藏的元素還是會包含到render tree中的,因為visibility:hidden 會影響佈局(layout),會佔有空間。根據css2的標準,render tree中的每個節點稱為box(Box dimensions),box所有屬性:width,height,margin,padding,left,top,border等。 

4. 一旦render tree建置完畢後,瀏覽器就可以根據render tree來繪製頁面了。 

回流與重繪 

1. 當render tree中的一部分(或全部)因為元素的規模尺寸,佈局,隱藏等改變而需要重新建構。這就稱為回流(其實我覺得叫重新佈局更簡單明了些)。每個頁面至少需要一次回流,就是在頁面第一次載入的時候。 

2. 當render tree中的一些元素需要更新屬性,而這些屬性只是影響元素的外觀,風格,而不會影響佈局的,例如background-color。則就叫稱為重繪。 
註:從上方可看出,回流必將引起重繪,而重繪不一定會造成回流。

什麼操作會引起重繪、回流 
其實任何對render tree中元素的操作都會引起回流或重繪,例如: 

1. 新增、刪除元素(回流+重繪) 

2. 隱藏元素, display:none(回流+重繪),visibility:hidden(只重繪,不回流) 

3. 移動元素,例如改變top,left(jquery的animate方法就是,改變top,left不一定會影響回流) ,或移動元素到另外1個父元素。 (重繪+回流) 

4. 對style的操作(對不同的屬性操作,影響不一樣) 

5. 還有一種是使用者的操作,例如改變瀏覽器大小,改變瀏覽器的字體大小等(回流+重繪) 

讓我們看看下面的程式碼是如何影響回流和重繪的: 

var s = document.body.style; 
s.padding = "2px"; // 回流+重绘 
s.border = "1px solid red"; // 再一次 回流+重绘 
s.color = "blue"; // 再一次重绘 
s.backgroundColor = "#ccc"; // 再一次 重绘 
s.fontSize = "14px"; // 再一次 回流+重绘 
// 添加node,再一次 回流+重绘 
document.body.appendChild(document.createTextNode('abc!'));

請注意我上面用了多少個再一次。

說到這裡大家都知道回流比重繪的代價要更高,回流的花銷跟render tree有多少節點需要重新構建有關係,假設你直接操作body,比如在body最前面插入1個元素,會導致整個render tree回流,這樣代價當然會比較高,但如果是指body後面插入1個元素,則不會影響前面元素的回流。

聪明的浏览器

     从上个实例代码中可以看到几行简单的JS代码就引起了6次左右的回流、重绘。而且我们也知道回流的花销也不小,如果每句JS操作都去回流重绘的话,浏览器可能就会受不了。所以很多浏览器都会优化这些操作,浏览器会维护1个队列,把所有会引起回流、重绘的操作放入这个队列,等队列中的操作到了一定的数量或者到了一定的时间间隔,浏览器就会把flush队列,进行一个批处理。这样就会让多次的回流、重绘变成一次回流重绘。

    虽然有了浏览器的优化,但有时候我们写的一些代码可能会强制浏览器提前flush队列,这样浏览器的优化可能就起不到作用了。当你请求向浏览器请求一些style信息的时候,就会让浏览器flush队列,比如:
    1. offsetTop, offsetLeft, offsetWidth, offsetHeight
    2. scrollTop/Left/Width/Height
    3. clientTop/Left/Width/Height
    4. width,height
    5. 请求了getComputedStyle(), 或者 ie的 currentStyle

    当你请求上面的一些属性的时候,浏览器为了给你最精确的值,需要flush队列,因为队列中可能会有影响到这些值的操作。

如何减少回流、重绘

    减少回流、重绘其实就是需要减少对render tree的操作,并减少对一些style信息的请求,尽量利用好浏览器的优化策略。具体方法有:

    1. 不要1个1个改变元素的样式属性,最好直接改变className,但className是预先定义好的样式,不是动态的,如果你要动态改变一些样式,则使用cssText来改变,见下面代码:

// 不好的写法
var left = 1;
var top = 1;
el.style.left = left + "px";
el.style.top  = top  + "px";
// 比较好的写法 
el.className += " className1";
// 比较好的写法 
el.style.cssText += "; left: " + left + "px; top: " + top + "px;";

2. 让要操作的元素进行"离线处理",处理完后一起更新,这里所谓的"离线处理"即让元素不存在于render tree中,比如:
        a) 使用documentFragment或div等元素进行缓存操作,这个主要用于添加元素的时候,大家应该都用过,就是先把所有要添加到元素添加到1个div(这个div也是新加的),
            最后才把这个div append到body中。
        b) 先display:none 隐藏元素,然后对该元素进行所有的操作,最后再显示该元素。因对display:none的元素进行操作不会引起回流、重绘。所以只要操作只会有2次回流。

   3 不要经常访问会引起浏览器flush队列的属性,如果你确实要访问,就先读取到变量中进行缓存,以后用的时候直接读取变量就可以了,见下面代码:

// 别这样写,大哥
for(循环) {
    el.style.left = el.offsetLeft + 5 + "px";
    el.style.top  = el.offsetTop  + 5 + "px";
}
// 这样写好点
var left = el.offsetLeft,top  = el.offsetTop,s = el.style;
for(循环) {
    left += 10;
    top  += 10;
    s.left = left + "px";
    s.top  = top  + "px";
}

   4. 考虑你的操作会影响到render tree中的多少节点以及影响的方式,影响越多,花费肯定就越多。比如现在很多人使用jquery的animate方法移动元素来展示一些动画效果,想想下面2种移动的方法:

// block1是position:absolute 定位的元素,它移动会影响到它父元素下的所有子元素。

// 因为在它移动过程中,所有子元素需要判断block1的z-index是否在自己的上面,
// 如果是在自己的上面,则需要重绘,这里不会引起回流
$("#block1").animate({left:50});

// block2是相对定位的元素,这个影响的元素与block1一样,但是因为block2非绝对定位
// 而且改变的是marginLeft属性,所以这里每次改变不但会影响重绘,
// 还会引起父元素及其下元素的回流

$("#block2").animate({marginLeft:50});


实例测试

    最后用2个工具对上面的理论进行一些测试,这2个工具是在我 "web 性能测试工具推荐" 文章中推荐过的工具,分别是:dynaTrace(测试ie),Speed Tracer(测试Chrome)。

    第一个测试代码不改变元素的规则,大小,位置。只改变颜色,所以不存在回流,仅测试重绘,代码如下:

<body>
    <script type="text/javascript">
        var s = document.body.style;
        var computed;
        if (document.body.currentStyle) {
          computed = document.body.currentStyle;
        } else {
          computed = document.defaultView.getComputedStyle(document.body, &#39;&#39;);
        }
    function testOneByOne(){
      s.color = &#39;red&#39;;;
      tmp = computed.backgroundColor;
      s.color = &#39;white&#39;;
      tmp = computed.backgroundImage;
      s.color = &#39;green&#39;;
      tmp = computed.backgroundAttachment;
    }
    function testAll() {
      s.color = &#39;yellow&#39;;
      s.color = &#39;pink&#39;;
      s.color = &#39;blue&#39;;
      tmp = computed.backgroundColor;
      tmp = computed.backgroundImage;
      tmp = computed.backgroundAttachment;
    }
    </script>    
    color test <br />
    <button onclick="testOneByOne()">Test One by One</button>
    <button onclick="testAll()">Test All</button>
</body>

 testOneByOne 函数改变3次color,其中每次改变后调用getComputedStyle,读取属性值(按我们上面的讨论,这里会引起队列的flush),testAll 同样是改变3次color,但是每次改变后并不马上调用getComputedStyle。
我们先点击Test One by One按钮,然后点击 Test All,用dynaTrace监控如下:


高效能WEB開發 頁面呈現、重繪、回流。

上图可以看到我们执行了2次button的click事件,每次click后都跟一次rendering(页面重绘),2次click函数执行的时间都差不多,0.25ms,0.26ms,但其后的rendering时间就相差一倍多。(这里也可以看出,其实很多时候前端的性能瓶颈并不在于JS的执行,而是在于页面的呈现,这种情况在用JS做到富客户端中更为突出)。我们再看图的下面部分,这是第一次rendering的详细信息,可以看到里面有2行是 Scheduleing layout task,这个就是我们前面讨论过的浏览器优化过的队列,可以看出我们引发2次的flush。

高效能WEB開發 頁面呈現、重繪、回流。

   再看第二次rendering的详细信息,可以看出并没有Scheduleing layout task,所以这次rendering的时间也比较短。


  测试代码2:这个测试跟第一次测试的代码很类似,但加上了对layout的改变,为的是测试回流。

<!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD XHTML 1.0 Transitional//EN" "http://www.w3.org/TR/xhtml1/DTD/xhtml1-transitional.dtd">
<html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml">
<head>
</head>
<body>
    <script type="text/javascript">
        var s = document.body.style;
        var computed;
        if (document.body.currentStyle) {
          computed = document.body.currentStyle;
        } else {
          computed = document.defaultView.getComputedStyle(document.body, &#39;&#39;);
        }
    function testOneByOne(){
      s.color = &#39;red&#39;;
      s.padding = &#39;1px&#39;;
      tmp = computed.backgroundColor;
      s.color = &#39;white&#39;;
      s.padding = &#39;2px&#39;;
      tmp = computed.backgroundImage;
      s.color = &#39;green&#39;;
      s.padding = &#39;3px&#39;;
      tmp = computed.backgroundAttachment;
    }
    function testAll() {
      s.color = &#39;yellow&#39;;
      s.padding = &#39;4px&#39;;
      s.color = &#39;pink&#39;;
      s.padding = &#39;5px&#39;;
      s.color = &#39;blue&#39;;
      s.padding = &#39;6px&#39;;
      tmp = computed.backgroundColor;
      tmp = computed.backgroundImage;
      tmp = computed.backgroundAttachment;
    }
    </script>    
    color test <br />
    <button onclick="testOneByOne()">Test One by One</button>
    <button onclick="testAll()">Test All</button>
</body>

  用dynaTrace监控如下: 


高效能WEB開發 頁面呈現、重繪、回流。

相信这图不用多说大家都能看懂了吧,可以看出有了回流后,rendering的时间相比之前的只重绘,时间翻了3倍了,可见回流的高成本性啊。
  大家看到时候注意明细处相比之前的多了个 Calcalating flow layout。


  最后再使用Speed Tracer测试一下,其实结果是一样的,只是让大家了解下2个测试工具:

  测试1:

高效能WEB開發 頁面呈現、重繪、回流。

图上第一次点击执行2ms(其中有50% 用于style Recalculation), 第二次1ms,而且第一次click后面也跟了2次style Recalculation,而第二次点击却没有style Recalculation。
  但是这次测试发现paint重绘的时间竟然是一样的,都是3ms,这可能就是chrome比IE强的地方吧。

  测试2:

高效能WEB開發 頁面呈現、重繪、回流。

从图中竟然发现第二次的测试结果在时间上跟第一次的完全一样,这可能是因为操作太少,而chrome又比较强大,所以没能测试明显结果出来,
但注意图中多了1个紫色部分,就是layout的部分。也就是我们说的回流。

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陳述:
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