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高性能WEB开发之页面呈现、重绘、回流

2011-04-25 10:11 BearRui BearRui的Blog 字号:T | T
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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。

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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。

高性能WEB开发- 页面呈现、重绘、回流

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:

  1. var s = document.body.style;   
  2.  
  3. s.padding = "2px"; // 回流+重绘  
  4. s.border = "1px solid red"; // 再一次 回流+重绘  
  5.  
  6. s.color = "blue"; // 再一次重绘  
  7. s.backgroundColor = "#ccc"; // 再一次 重绘  
  8.  
  9. s.fontSize = "14px"; // 再一次 回流+重绘  
  10.  
  11. // 添加node,再一次 回流+重绘  
  12. 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:

  1. // 不好的写法  
  2. var left = 1;  
  3. var top = 1;  
  4. el.style.left = left + "px";  
  5. el.style.top  = top  + "px";  
  6.  
  7. // 比较好的写法   
  8. el.className += " className1";  
  9.  
  10. // 比较好的写法   
  11. 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:

  1. // 别这样写,大哥  
  2. for(循环) {  
  3.     elel.style.left = el.offsetLeft + 5 + "px";  
  4.     elel.style.top  = el.offsetTop  + 5 + "px";  
  5. }  
  6.  
  7. // 这样写好点  
  8. var left = el.offsetLeft,top  = el.offsetTop,s = el.style;  
  9. for(循环) {  
  10.     left += 10;  
  11.     top  += 10;  
  12.     s.left = left + "px";  
  13.     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:

  1. // 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。  
  2. // 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,  
  3. // 如果是在自己的上面,则需要重绘,这里不会引起回流  
  4. $("#block1").animate({left:50});  
  5. // 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  
  6. // 而且改变的是marginLeft属性,所以这里每次改变不但会影响重绘,  
  7. // 还会引起父元素及其下元素的回流  
  8. $("#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:

  1. <body> 
  2.     <script type="text/javascript"> 
  3.         var s = document.body.style;  
  4.         var computed;  
  5.         if (document.body.currentStyle) {  
  6.           computed = document.body.currentStyle;  
  7.         } else {  
  8.           computed = document.defaultView.getComputedStyle(document.body, '');  
  9.         }  
  10.     function testOneByOne(){  
  11.       s.color = 'red';;  
  12.       tmp = computed.backgroundColor;  
  13.       s.color = 'white';  
  14.       tmp = computed.backgroundImage;  
  15.       s.color = 'green';  
  16.       tmp = computed.backgroundAttachment;  
  17.     }  
  18.       
  19.     function testAll() {  
  20.       s.color = 'yellow';  
  21.       s.color = 'pink';  
  22.       s.color = 'blue';  
  23.         
  24.       tmp = computed.backgroundColor;  
  25.       tmp = computed.backgroundImage;  
  26.       tmp = computed.backgroundAttachment;  
  27.     }  
  28.     </script>      
  29.     color test <br /> 
  30.     <button onclick="testOneByOne()">Test One by One</button> 
  31.     <button onclick="testAll()">Test All</button> 
  32. </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:

高性能WEB开发- 页面呈现、重绘、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。

高性能WEB开发- 页面呈现、重绘、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。

  1. <!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD XHTML 1.0 Transitional//EN" 
  2. "http://www.w3.org/TR/xhtml1/DTD/xhtml1-transitional.dtd"> 
  3. <html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml"> 
  4. <head> 
  5. </head> 
  6. <body> 
  7.     <script type="text/javascript"> 
  8.         var s = document.body.style;  
  9.         var computed;  
  10.         if (document.body.currentStyle) {  
  11.           computed = document.body.currentStyle;  
  12.         } else {  
  13.           computed = document.defaultView.getComputedStyle(document.body, '');  
  14.         }  
  15.     function testOneByOne(){  
  16.       s.color = 'red';  
  17.       s.padding = '1px';  
  18.       tmp = computed.backgroundColor;  
  19.       s.color = 'white';  
  20.       s.padding = '2px';  
  21.       tmp = computed.backgroundImage;  
  22.       s.color = 'green';  
  23.       s.padding = '3px';  
  24.       tmp = computed.backgroundAttachment;  
  25.     }  
  26.       
  27.     function testAll() {  
  28.       s.color = 'yellow';  
  29.       s.padding = '4px';  
  30.       s.color = 'pink';  
  31.       s.padding = '5px';  
  32.       s.color = 'blue';  
  33.       s.padding = '6px';  
  34.         
  35.       tmp = computed.backgroundColor;  
  36.       tmp = computed.backgroundImage;  
  37.       tmp = computed.backgroundAttachment;  
  38.     }  
  39.     </script>      
  40.     color test <br /> 
  41.     <button onclick="testOneByOne()">Test One by One</button> 
  42.     <button onclick="testAll()">Test All</button> 
  43. </body>          

用dynaTrace监控如下:

高性能WEB开发- 页面呈现、重绘、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:

高性能WEB开发- 页面呈现、重绘、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:

高性能WEB开发- 页面呈现、重绘、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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【责任编辑:陈贻新 TEL:(010)68476606】



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