前端性能优化之重排和重绘 -web开发

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前端性能优化之重排和重绘

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2018-11-23

编辑推荐:

本文来自51cto，本文从页面重绘和重排入手，去探究这两个概念在页面性能提升上的作用。

一.重排 & 重绘

有经验的大佬对这个概念一定不会陌生，“浏览器输入URL发生了什么”。估计大家已经烂熟于心了，从计算机网络到JS引擎，一路飞奔到浏览器渲染引擎。经验越多就能理解的越深。感兴趣的同学可以看一下这篇文章，深度和广度俱佳从输入 URL 到页面加载的过程?如何由一道题完善自己的前端知识体系!

切回正题，我们继续探讨何为重排。浏览器下载完页面所有的资源后，就要开始构建DOM树，于此同时还会构建渲染树(Render Tree)。(其实在构建渲染树之前，和DOM树同期会构建Style Tree。DOM树与Style Tree合并为渲染树)

DOM树

表示页面的结构

渲染树

表示页面的节点如何显示

一旦渲染树构建完成，就要开始绘制(paint)页面元素了。当DOM的变化引发了元素几何属性的变化，比如改变元素的宽高，元素的位置，导致浏览器不得不重新计算元素的几何属性，并重新构建渲染树，这个过程称为“重排”。完成重排后，要将重新构建的渲染树渲染到屏幕上，这个过程就是“重绘”。简单的说，重排负责元素的几何属性更新，重绘负责元素的样式更新。而且，重排必然带来重绘，但是重绘未必带来重排。比如，改变某个元素的背景，这个就不涉及元素的几何属性，所以只发生重绘。

二. 重排触发机制

上面已经提到了，重排发生的根本原理就是元素的几何属性发生了改变，那么我们就从能够改变元素几何属性的角度入手

添加或删除可见的DOM元素

元素位置改变

元素本身的尺寸发生改变

内容改变

页面渲染器初始化

浏览器窗口大小发生改变

三. 如何进行性能优化

重绘和重排的开销是非常昂贵的，如果我们不停的在改变页面的布局，就会造成浏览器耗费大量的开销在进行页面的计算，这样的话，我们页面在用户使用起来，就会出现明显的卡顿。现在的浏览器其实已经对重排进行了优化，比如如下代码：

var div = document.querySelector('.div');
div.style.width = '200px';
div.style.background = 'red';
div.style.height = '300px';

比较久远的浏览器，这段代码会触发页面2次重排，在分别设置宽高的时候，触发2次，当代的浏览器对此进行了优化，这种思路类似于现在流行的MVVM框架使用的虚拟DOM，对改变的DOM节点进行依赖收集，确认没有改变的节点，就进行一次更新。但是浏览器针对重排的优化虽然思路和虚拟DOM接近，但是还是有本质的区别。大多数浏览器通过队列化修改并批量执行来优化重排过程。也就是说上面那段代码其实在现在的浏览器优化下，只构成一次重排。

但是还是有一些特殊的元素几何属性会造成这种优化失效。比如：

offsetTop, offsetLeft，...

scrollTop, scrollLeft, ...

clientTop, clientLeft, ...

getComputedStyle() (currentStyle in IE)

为什么造成优化失效呢?仔细看这些属性，都是需要实时回馈给用户的几何属性或者是布局属性，当然不能再依靠浏览器的优化，因此浏览器不得不立即执行渲染队列中的“待处理变化”，并随之触发重排返回正确的值。

接下来深入的介绍几种性能优化的小TIPS

3.1 最小化重绘和重排

既然重排&重绘是会影响页面的性能，尤其是糟糕的JS代码更会将重排带来的性能问题放大。既然如此，我们首先想到的就是减少重排重绘。

3.1.1. 改变样式

考虑下面这个例子：

// javascript
var el = document.querySelector('.el');
el.style.borderLeft = '1px';
el.style.borderRight = '2px';
el.style.padding = '5px';

这个例子其实和上面那个例子是一回事儿，在最糟糕的情况下，会触发浏览器三次重排。然鹅更高效的方式就是合并所有的改变一次处理。这样就只会修改DOM节点一次，比如改为使用cssText属性实现：

var el = document.querySelector('.el');
el.style.cssText = 'border-left: 1px; border-right: 2px; padding: 5px';

沿着这个思路，聪明的老铁一定就说了，你直接改个类名不也妥妥的。没错，还有一种减少重排的方法就是切换类名，而不是使用内联样式的cssText方法。使用切换类名就变成了这样：

// css
.active {
padding: 5px;
border-left: 1px;
border-right: 2px;
}
// javascript
var el = document.querySelector('.el');
el.className = 'active';

3.1.2 批量修改DOM

如果我们需要对DOM元素进行多次修改，怎么去减少重排和重绘的次数呢?有的同学又要说了，利用上面修改样式的方法不就行了吗。回过头看一下造成页面重排的几个要点里，可以明确的看到，造成元素几何属性发生改变就会触发重排，现在需要增加10个节点，必然涉及到DOM的修改，这个时候就需要利用批量修改DOM这种优化方式了，这里也能看到，改变样式最小化重绘和重排这种优化方式适用于单个存在的节点。

批量修改DOM元素的核心思想是：

让该元素脱离文档流

对其进行多重改变

将元素带回文档中

打个比方，我们主机硬盘出现了故障，常见的办法就是把硬盘卸下来，用专业的工具测试哪里有问题，待修复后再安装上去。要是直接在主板上面用螺丝刀弄来弄去，估计主板一会儿也要坏了...

这个过程引发俩次重排，第一步和第三步，如果没有这两步，可以想象一下，第二步每次对DOM的增删都会引发一次重排。那么知道批量修改DOM的核心思想后，我们再了解三种可以使元素可以脱离文档流的方法，注意，这里不使用css中的浮动&绝对定位，这是风马牛不相及的概念。

隐藏元素，进行修改后，然后再显示该元素

使用文档片段创建一个子树，然后再拷贝到文档中

将原始元素拷贝到一个独立的节点中，操作这个节点，然后覆盖原始元素

看一下下面这个代码示例：

// html
xiaomi
miui
// javascript 现在需要添加带有如下信息的li节点
let data = [
{
name: 'tom',
url: 'https://www.baidu.com',
},
{
name: 'ann',
url: 'https://www.techFE.com'
}
]

首先，我们先写一个通用的用于将新数据更新到指定节点的方法：

// javascript
function appendNode($node, data) {
var a, li;
for(let i = 0, max = data.length; i < max; i++) {
a = document.createElement('a');
li = document.createElement('li');
a.href = data[i].url;
a.appendChild(document.createTextNode(data[i].name));
li.appendChild(a);
$node.appendChild(li);
}
}

首先我们忽视所有的重排因素，大家肯定会这么写：

let ul = document.querySelector('#mylist');
appendNode(ul, data);

使用这种方法，在没有任何优化的情况下，每次插入新的节点都会造成一次重排(这几部分我们都先讨论重排，因为重排是性能优化的第一步)。考虑这个场景，如果我们添加的节点数量众多，而且布局复杂，样式复杂，那么能想到的是你的页面一定非常卡顿。我们利用批量修改DOM的优化手段来进行重构

1)隐藏元素，进行修改后，然后再显示该元素

let ul = document.querySelector('#mylist');
ul.style.display = 'none';
appendNode(ul, data);
ul.style.display = 'block';

这种方法造成俩次重排，分别是控制元素的显示与隐藏。对于复杂的，数量巨大的节点段落可以考虑这种方法。为啥使用display属性呢，因为display为none的时候，元素就不在文档流了，还不熟悉的老铁，手动Google一下，display:none, opacity: 0, visibility: hidden的区别

2)使用文档片段创建一个子树，然后再拷贝到文档中

let fragment = document.createDocumentFragment();
appendNode(fragment, data);
ul.appendChild(fragment);

我是比较喜欢这种方法的，文档片段是一个轻量级的document对象，它设计的目的就是用于更新，移动节点之类的任务，而且文档片段还有一个好处就是，当向一个节点添加文档片段时，添加的是文档片段的子节点群，自身不会被添加进去。不同于第一种方法，这个方法并不会使元素短暂消失造成逻辑问题。上面这个例子，只在添加文档片段的时候涉及到了一次重排。

3)将原始元素拷贝到一个独立的节点中，操作这个节点，然后覆盖原始元素

let old = document.querySelector('#mylist');
let clone = old.cloneNode(true);
appendNode(clone, data);
old.parentNode.replaceChild(clone, old);

可以看到这种方法也是只有一次重排。总的来说，使用文档片段，可以操作更少的DOM(对比使用克隆节点)，最小化重排重绘次数。

3.1.3 缓存布局信息

缓存布局信息这个概念，在《高性能JavaScript》DOM性能优化中，多次提到类似的思想，比如我现在要得到页面ul节点下面的100个li节点，最好的办法就是第一次获取后就保存起来，减少DOM的访问以提升性能，缓存布局信息也是同样的概念。前面有讲到，当访问诸如offsetLeft，clientTop这种属性时，会冲破浏览器自有的优化————通过队列化修改和批量运行的方法，减少重排/重绘版次。所以我们应该尽量减少对布局信息的查询次数，查询时，将其赋值给局部变量，使用局部变量参与计算。

看以下样例：

将元素div向右下方平移，每次移动1px，起始位置100px, 100px。性能糟糕的代码：

div.style.left = 1 + div.offsetLeft + 'px';
div.style.top = 1 + div.offsetTop + 'px';

这样造成的问题就是，每次都会访问div的offsetLeft，造成浏览器强制刷新渲染队列以获取最新的offsetLeft值。更好的办法就是，将这个值保存下来，避免重复取值

current = div.offsetLeft;
div.style.left = 1 + ++current + 'px';
div.style.top = 1 + ++current + 'px';

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