干货 | 跨平台 Canvas 绘图引擎背后的黑科技

作者简介

月影（十年踪迹），360前端技术委员会委员。奇舞团技术总监，JavaScript程序猿，目前重点关注前端框架和新技术应用。本文来自月影在“2018携程技术峰会”上的分享。

在2018年初的时候，因为要组建可视化团队，接手公司内部的一些可视化项目，做了一些技术调研。

之前的一些可视化项目或者一些内部系统中的可视化功能，奇舞团主要是使用d3.js或echarts实现的。d3.js由于使用上比较灵活，因此也应用的比echarts更广。

但是d3有一个缺点，就是虽然它主要的功能是处理基于数据的文档，其实对如何具体展示并没有特别限定，但是它的官方例子多半是使用SVG和DOM实现的，而考虑性能和跨平台性，我们的项目使用Canvas渲染要优于使用SVG和DOM。

但是因为Canvas的API和DOM/SVG差别较大，因此要把例子移植为Canvas渲染，改动比较大，这样不利于开发人员快速学习和使用D3完成项目。

因此最初我们只是想实现一个很简单的库，封装Canvas，让它对外暴露和DOM/SVG较一直的API，这也就是实现SpriteJS这个库的初衷。

SpriteJS+d3 实现的地图效果及代码

在后来，随着库的设计不断深入和我们对可视化探索的不断深入，SpriteJS逐渐完善成为一个独立的用于可视化底层的渲染库。与其他同类库相比，SpriteJS主要有以下几个优势：

与DOM高度一致的盒模型以及API，使得它与d3.js和其他适合操作DOM的库非常友好

支持属性继承，font、lineHeight、color等许多属性为可继承属性，适合实现可视化的UI组件化

支持CSS，可无缝对接文档中的样式，使用样式来控制SpriteJS的节点元素

支持标准Flex布局，也支持扩展其他类型的布局

支持Web Animation API，也支持CSS3 Animation和Transition

支持文字的排版，支持line-break、word-break等相关属性

支持外部时钟，可以很好地和其他Canvas库无缝集成

支持React、PReact、Vue等现代前端框架

跨平台，支持Node.js服务端渲染、支持微信小程序

SpriteJS有与DOM高度一致的模型，它的对象以树状结构组织：

SpriteJS的默认元素类型有6种，分别是Scene、Layer、Group、Sprite、Label和Path。

其中Sprite、Label和Path分别是可带图片纹理的元素、可带文字的元素和可带SVG Path的矢量元素，Group是容器，Layer可以分层渲染，Scene是根元素。

我们也可以使用React框架：

jsx
import React from ‘react’;
import ReactDOM from ‘react-dom’;
import {Scene} from ‘sprite-react’;

class Block extends React.Component {
constructor(props) {
super(props);
this.state = {color: ‘green’};
}

handleClick() {
this.setState({
color: ‘blue’,
});
}

render() {
return (

);
}
}

ReactDOM.render(







,
document.getElementById(‘app’)
);

或者使用Vue：

html

我们还可以使用文档中的CSS来控制SpriteJS元素的样式：

html

这些特性使得我们能够使用DOM的方式来构建我们的图表和UI组件库，实际上我们也正是使用SpriteJS的这一系列特性来实现类似于element-ui这样的UI设计系统的。

基于SpriteJS的图表库

那么如何实现上面这些特性，尤其是高性能地实现这些特性呢？

SpriteJS对上述特性的具体实现比较复杂，有兴趣的同学可以自己去浏览GitHub仓库的源代码，在这里将简化的流程试解释一二。

一、渲染时机

SpriteJS的更新机制与传统的Canvas框架不同，不是固定时间刷新的，而是采用类似DOM的方式在属性更新的时候才刷新：

SpriteJS有属性比较机制，当属性变化的时候，标记更新并通知Layer，这时候Layer会启动一个Promise任务等待下一帧并更新画布。

如果涉及到Label或带有Layout的Group，还有可能会触发retypesetting和relayout操作，如果使用文档中的CSS，涉及到的属性恰好包含在CSS规则中，那么还可能会触发更复杂的updateStyles操作。

总之，SpriteJS有一套判断机制，控制Canvas更新的时机，并确保retypesetting、relayout、updateStyles等耗性能的操作尽可能减少，以保证渲染性能。

文字排版

Flex布局

二、缓存和批次

为了提升性能，SpriteJS支持自定义缓存策略和批次渲染。

如果渲染对象的形态可枚举，我们可以采用自定义的缓存策略，利用少量的缓存对象来大大提升性能：

缓存策略

或者通过批次渲染的方式，使用起来更加方便：

批次渲染

三、SVG和过渡动画

SpriteJS对SVG-Path的支持非常的好，不仅能支持Path的绘制，还能支持过渡动画：

SpriteJS支持Web Animation API，因此可以用标准的Web Animation动画，也可以用CSS3的keyframe动画：

html

四、选择器和CSS

在对CSS的支持方面，SpriteJS支持几乎所有的CSS3选择器，包括元素选择器、类选择器、属性选择器和伪类选择器。而且在文档里可以将DOM和SpriteJS的选择器混合使用，就像是使用原生的DOM一样操作SpriteJS的元素。

用CSS定义样式

SpriteJS支持大部分DOM的CSS属性，对于一部分SpriteJS独有的属性，可以使用–sprite-属性名的方式设置。

五、外部时钟

SpriteJS支持外部时钟，因此可以很好地和第三方库联合使用：

SpriteJS与CurveJS一同使用

SpriteJS与粒子系统

六、跨平台

SpriteJS依赖于独立Canvas环境而不依赖于DOM，因此它有很好的跨平台属性，可以在Node.js中通过node-canvas渲染使用，也可以支持微信小程序。

SpriteJS与微信小程序

目前SpriteJS主要用于360可视化项目中，作为底层渲染库使用，在未来会进一步提升它的跨平台能力，以及渲染性能，还会集成WebGL增加3D渲染的能力。

原文链接

https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5MDI3MjA5MQ%3D%3D&mid=2697268047&idx=2&sn=001bafb3016a108d84c9ba6531420dc1&chksm=8376f47bb4017d6dcc02dc9e6063edd813b23a127b049761851fcaedd9e260d6b8cd9272fb6a&mpshare=1&scene=23&srcid=0124G3KreTaOWRC2KWBZMjnP%23rd

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