前端性能优化 - 回流与重绘
参考文章
https://segmentfault.com/a/1190000017329980
https://zhuanlan.zhihu.com/p/82378692
https://www.ruanyifeng.com/blog/2015/09/web-page-performance-in-depth.html
网页性能管理详解
浏览器的渲染过程
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
生成渲染树
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：
<html>
<head>
<meta name="viewport" content="width=device-width,initial-scale=1">
<title>Critial Path: Hello world!title>
head>
<body>
<div style="width: 50%">
<div style="width: 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。
重绘是视觉效果变化引起的重新绘制。比如 color 或者 background 发生了变化，那就该给触发重绘的元素化化妆，化成它想要的样子。
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，比如在 input 框中输入文字、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（所以最少会发生一次回流）
- 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）
回流的代价
我们操作 DOM 实际上是有代价的。因为 DOM 的改变会导致浏览器重新计算的它的位置和渲染的样式。
假设有这么一个场景：用户打开了一个很长的页面，就比如 ecma-262 规格文档，同时右键点击了翻译，这时下拉滚动条页面, 在一些配置比较差的电脑可能会导致网页卡死。
我们知道浏览器的翻译功能是将当前页面的文字翻译至另一种语言，这其中需要替换 DOM 元素，同时用户打开的这个文档内容没有按章分隔，因此用户每滚动一次就需要重新替换内容、计算元素位置，频繁地触发回流的后果将导致网页占有性能徒然增大，配置较差的电脑顶不住这么大的压力，从而会引发页面卡死。这就是回流的代价。
两者的关系
- 回流一定会触发重绘，而重绘不一定会回流
我们可以把页面理解为一个黑板，黑板上有一朵画好的小花。现在我们要把这朵从左边(left)移到了右边(right)，那我们是不是要先确定好右边的具体位置，画好形状（回流），再画上它原有的颜色（重绘）。
但如果我们仅仅是想换给花朵换一个颜色，那么只需擦掉花朵上的颜色，再重新涂上自己期望的颜色(重绘)就可以了。
浏览器的优化机制
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
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。
最小化重绘和回流
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';
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：
- 隐藏元素，应用修改，重新显示
- 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
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);
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';
}
}
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';
}
}
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。。
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。
css3硬件加速（GPU加速）
比起考虑如何减少回流重绘，我们更期望的是，根本不要回流重绘。这个时候，css3硬件加速就闪亮登场啦！！
划重点：使用css3硬件加速，可以让transform、opacity、filters这些动画不会引起回流重绘 。但是对于动画的其它属性，比如background-color这些，还是会引起回流重绘的，不过它还是可以提升这些动画的性能。
如何使用
常见的触发硬件加速的css属性：
- transform
- opacity
- filters
- Will-chang
效果
我通过使用chrome的Performance捕获了一段时间的回流重绘情况，实际结果如下图：
从图中我们可以看出，在动画进行的时候，没有发生任何的回流重绘。如果感兴趣你也可以自己做下实验。
重点
- 使用css3硬件加速，可以让transform、opacity、filters这些动画不会引起回流重绘
- 对于动画的其它属性，比如background-color这些，还是会引起回流重绘的，不过它还是可以提升这些动画的性能。
css3硬件加速的坑
- 如果你为太多元素使用css3硬件加速，会导致内存占用较大，会有性能问题。
- 在GPU渲染字体会导致抗锯齿无效。这是因为GPU和CPU的算法不同。因此如果你不在动画结束的时候关闭硬件加速，会产生字体模糊。