高性能WEB开发 - 页面呈现、重绘、回流

页面呈现流程 

     在讨论页面重绘、回流之前。需要对页面的呈现流程有些了解，页面是怎么把html结合css等显示到浏览器上的，下面的流程图显示了浏览器对页面的呈现的处理流程。可能不同的浏览器略微会有些不同。但基本上都是类似的。

     

     1.  浏览器把获取到的html代码解析成1个Dom树，html中的每个tag都是Dom树中的1个节点，根节点就是我们常用的document对象( tag)。dom树就是我们用firebug或者IE Developer Toolbar等工具看到的html结构，里面包含了所有的html tag，包括display:none隐藏，还有用JS动态添加的元素等。

     2. 浏览器把所有样式(主要包括css和浏览器的样式设置)解析成样式结构体，在解析的过程中会去掉浏览器不能识别的样式，比如IE会去掉-moz开头的样式，而firefox会去掉_开头的样式。

     3、dom tree和样式结构体结合后构建呈现树(render tree),render tree有点类似于dom tree，但其实区别有很大，render tree能识别样式，render tree中每个node都有自己的style，而且render tree不包含隐藏的节点(比如display:none的节点，还有head节点)，因为这些节点不会用于呈现，而且不会影响呈现的，所以就不会包含到render tree中。注意 visibility:hidden隐藏的元素还是会包含到render tree中的，因为visibility:hidden 会影响布局(layout)，会占有空间。根据css2的标准，render tree中的每个节点都称为box( Box dimensions)，box所有属性：width,height,margin,padding,left,top,border等。

    4. 一旦render tree构建完毕后，浏览器就可以根据render tree来绘制页面了。

回流与重绘

    1. 当render tree中的一部分(或全部)因为元素的规模尺寸，布局，隐藏等改变而需要重新构建。这就称为回流(其实我觉得叫重新布局更简单明了些)。每个页面至少需要一次回流，就是在页面第一次加载的时候。

    2. 当render tree中的一些元素需要更新属性，而这些属性只是影响元素的外观，风格，而不会影响布局的，比如background-color。则就叫称为重绘。

  注：从上面可以看出，回流必将引起重绘，而重绘不一定会引起回流。

什么操作会引起重绘、回流

   

    其实任何对render tree中元素的操作都会引起回流或者重绘，比如：

    1. 添加、删除元素(回流+重绘)

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

    3. 移动元素，比如改变top,left(jquery的animate方法就是,改变top,left不一定会影响回流)，或者移动元素到另外1个父元素中。(重绘+回流)

    4. 对style的操作(对不同的属性操作，影响不一样)

    5. 还有一种是用户的操作，比如改变浏览器大小，改变浏览器的字体大小等(回流+重绘)

    让我们看看下面的代码是如何影响回流和重绘的: 

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 ! '));

    请注意我上面用了多少个再一次。

   说到这里大家都知道回流比重绘的代价要更高，回流的花销跟render tree有多少节点需要重新构建有关系，假设你直接操作body，比如在body最前面插入1个元素，会导致整个render tree回流，这样代价当然会比较高，但如果是指body后面插入1个元素，则不会影响前面元素的回流。

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, '');
        }
     function  testOneByOne(){
      s.color  =  'red';;
      tmp  =  computed.backgroundColor;
      s.color  =  'white';
      tmp  =  computed.backgroundImage;
      s.color  =  'green';
      tmp  =  computed.backgroundAttachment;
    }
    
     function  testAll() {
      s.color  =  'yellow';
      s.color  =  'pink';
      s.color  =  'blue';
      
      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：
    

    

    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。
   

    

   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, '');
        }
     function  testOneByOne(){
      s.color  =  'red';
      s.padding  =  '1px';
      tmp  =  computed.backgroundColor;
      s.color  =  'white';
      s.padding  =  '2px';
      tmp  =  computed.backgroundImage;
      s.color  =  'green';
      s.padding  =  '3px';
      tmp  =  computed.backgroundAttachment;
    }
    
     function  testAll() {
      s.color  =  'yellow';
      s.padding  =  '4px';
      s.color  =  'pink';
      s.padding  =  '5px';
      s.color  =  'blue';
      s.padding  =  '6px';
      
      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： 

   

  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：

  

  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：

  

  
  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。


    有需要请查看： 高性能WEB开发系列 

   

[作者]：BearRui(AK-47)
[博客]:  http://www.blogjava.net/bearrui/