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  • html 渲染原理

    渲染

    从上面这个图上,我们可以看到,浏览器渲染过程如下:
    解析HTML,生成DOM树,解析CSS,生成CSSOM树
    将DOM树和CSSOM树结合,生成渲染树(Render Tree)
    Layout(回流):根据生成的渲染树,进行回流(Layout),得到节点的几何信息(位置,大小)
    Painting(重绘):根据渲染树以及回流得到的几何信息,得到节点的绝对像素
    Display:将像素发送给GPU,展示在页面上。(这一步其实还有很多内容,比如会在GPU将多个合成层合并为同一个层,并展示在页面中。而css3硬件加速的原理则是新建合成层,这里我们不展开,之后有机会会写一篇博客)

    为了构建渲染树,浏览器主要完成了以下工作:

    从DOM树的根节点开始遍历每个可见节点。
    对于每个可见的节点,找到CSSOM树中对应的规则,并应用它们。
    根据每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,那么我们得先知道,什么节点是不可见的。不可见的节点包括:

    一些不会渲染输出的节点,比如script、meta、link等。
    一些通过css进行隐藏的节点。比如display:none。注意,利用visibility和opacity隐藏的节点,还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。

    注意:渲染树只包含可见的节点

    回流

    前面我们通过构造渲染树,我们将可见DOM节点以及它对应的样式结合起来,可是我们还需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,我们可以以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=" 50%">
          <div style=" 50%">Hello world!</div>
        </div>
      </body>
    </html>
    

    我们可以看到,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,我们就需要根据视口具体的宽度,将其转为实际的像素值。(如下图)

    重绘

    最终,我们通过构造渲染树和回流阶段,我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),那么我们就可以将渲染树的每个节点都转换为屏幕上的实际像素,这个阶段就叫做重绘节点。
    既然知道了浏览器的渲染过程后,我们就来探讨下,何时会发生回流重绘。

    何时发生回流重绘
    我们前面知道了,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,就需要回流。比如以下情况:

    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,比如文本变化或图片被另一个不同尺寸的图片所替代。
    页面一开始渲染的时候(这肯定避免不了)
    浏览器的窗口尺寸变化(因为回流是根据视口的大小来计算元素的位置和大小的)

    注意:回流一定会触发重绘,而重绘不一定会回流
    根据改变的范围和程度,渲染树中或大或小的部分需要重新计算,有些改变会触发整个页面的重排,比如,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,由于每次重排都会造成额外的计算消耗,因此大多数浏览器都会通过队列化修改并批量执行来优化重排过程。浏览器会将修改操作放入到队列里,直到过了一段时间或者操作达到了一个阈值,才清空队列。但是!当你获取布局信息的操作的时候,会强制队列刷新,比如当你访问以下属性或者使用以下方法:

    offsetTop、offsetLeft、offsetWidth、offsetHeight
    scrollTop、scrollLeft、scrollWidth、scrollHeight
    clientTop、clientLeft、clientWidth、clientHeight
    getComputedStyle()
    getBoundingClientRect
    

    具体可以访问这个网站:gist.github.com/paulirish/5…

    以上属性和方法都需要返回最新的布局信息,因此浏览器不得不清空队列,触发回流重绘来返回正确的值。因此,我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。如果要使用它们,最好将值缓存起来。

    减少回流和重绘

    好了,到了我们今天的重头戏,前面说了这么多背景和理论知识,接下来让我们谈谈如何减少回流和重绘。
    最小化重绘和重排
    由于重绘和重排可能代价比较昂贵,因此最好就是可以减少它的发生次数。为了减少发生次数,我们可以合并多次对DOM和样式的修改,然后一次处理掉。考虑这个例子

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

    复制代码例子中,有三个样式属性被修改了,每一个都会影响元素的几何结构,引起回流。当然,大部分现代浏览器都对其做了优化,因此,只会触发一次重排。但是如果在旧版的浏览器或者在上面代码执行的时候,有其他代码访问了布局信息(上文中的会触发回流的布局信息),那么就会导致三次重排。
    因此,我们可以合并所有的改变然后依次处理,比如我们可以采取以下的方式:

    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

    当我们需要对DOM对一系列修改的时候,可以通过以下步骤减少回流重绘次数:

    使元素脱离文档流
    对其进行多次修改
    将元素带回到文档中。

    该过程的第一步和第三步可能会引起回流,但是经过第一步之后,对DOM的所有修改都不会引起回流,因为它已经不在渲染树了。
    有三种方式可以让DOM脱离文档流:

    1.隐藏元素,应用修改,重新显示
    2.使用文档片段(document fragment)在当前DOM之外构建一个子树,再把它拷贝回文档。
    3.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。

    考虑我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);
    
    

    如果我们直接这样执行的话,由于每次循环都会插入一个新的节点,会导致浏览器回流一次。
    我们可以使用这三种方式进行优化:
    隐藏元素,应用修改,重新显示
    这个会在展示和隐藏节点的时候,产生两次重绘

    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';
    

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

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

    复制代码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);
    

    复制代码对于上述那种情况,我写了一个demo来测试修改前和修改后的性能。然而实验结果不是很理想。
    原因:原因其实上面也说过了,浏览器会使用队列来储存多次修改,进行优化,所以对这个优化方案,我们其实不用优先考虑。
    避免触发同步布局事件
    上文我们说过,当我们访问元素的一些属性的时候,会导致浏览器强制清空队列,进行强制同步布局。举个例子,比如说我们想将一个p标签数组的宽度赋值为一个元素的宽度,我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';
        }
    }
    

    复制代码这段代码看上去是没有什么问题,可是其实会造成很大的性能问题。在每次循环的时候,都读取了box的一个offsetWidth属性值,然后利用它来更新p标签的width属性。这就导致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作生效,才能响应本次循环的样式读取操作。每一次循环都会强制浏览器刷新队列。我们可以优化为:

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

    同样,我也写了个demo来比较两者的性能差异。你可以自己点开这个demo体验下。这个对比差距就比较明显。
    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,由于会经常的引起回流重绘,因此,我们可以使用绝对定位,让它脱离文档流。否则会引起父元素以及后续元素频繁的回流。这个我们就直接上个例子。
    打开这个例子后,我们可以打开控制台,控制台上会输出当前的帧数(虽然不准)。

    从上图中,我们可以看到,帧数一直都没到60。这个时候,只要我们点击一下那个按钮,把这个元素设置为绝对定位,帧数就可以稳定60。

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