有关网页渲染,每个前端开发者都该知道的那点事

【编者按】其实,有关网页渲染的文章很多,但是相关信息比较分散,且论述并不是很完整。如果要想对这个主题有个大致的了解,我们还得学习很多知识。因此,Web开发者Alexander Skutin 决定写一篇文章。他相信,这篇文章不仅能帮助初学者,也能对那些想要刷新知识结构的高级前端开发者有所裨益。原文地址

译文如下:

网页渲染必须在很早的阶段进行,可以早到页面布局刚刚定型。因为样式和脚本都会对网页渲染产生关键性的影响。所以专业开发者必须了解一些技巧,从而避免在实践的过程中遇到性能问题。

这篇文章不会研究浏览器内部的详细机制,而是提出一些通用的规则。毕竟,不同浏览器引擎的工作机制各不相同,这无疑会让开发者对浏览器特性的研究变得更加复杂。

浏览器是如何完成网页渲染?

首先,我们回顾一下网页渲染时,浏览器的动作:

  1. 根据来自服务器端的HTML代码形成文档对象模型(DOM)
  2. 加载并解析样式,形成CSS对象模型。
  3. 在文档对象模型和CSS对象模型之上,创建一棵由一组待生成渲染的对象组成的渲染树(在Webkit中这些对象被称为渲染器或渲染对象,而在Gecko中称之为“frame”。)渲染树反映了文档对象模型的结构,但是不包含诸如标签或含有display:none属性的不可见元素。在渲染树中,每一段文本字符串都表现为独立的渲染器。每一个渲染对象都包含与之对应的DOM对象,或者文本块,还加上计算过的样式。换言之,渲染树是一个文档对象模型的直观展示。
  4. 对渲染树上的每个元素,计算它的坐标,称之为布局。浏览器采用一种流方法,布局一个元素只需通过一次,但是表格元素需要通过多次。

  5. 最后,渲染树上的元素最终展示在浏览器里,这一过程称为“painting”。

当用户与网页交互,或者脚本程序改动修改网页时,前文提到的一些操作将会重复执行,因为网页的内在结构已经发生了改变。

重绘

当改变那些不会影响元素在网页中的位置的元素样式时,譬如background-color(背景色), border-color(边框色), visibility(可见性),浏览器只会用新的样式将元素重绘一次(这就是重绘,或者说重新构造样式)。

重排

当改变影响到文本内容或结构,或者元素位置时,重排或者说重新布局就会发生。这些改变通常由以下事件触发:

  • DOM操作(元素添加,删除,修改,或者元素顺序的改变);
  • 内容变化,包括表单域内的文本改变;
  • CSS属性的计算或改变;
  • 添加或删除样式表;
  • 更改“类”的属性;
  • 浏览器窗口的操作(缩放,滚动);
  • 伪类激活(:悬停)。

浏览器如何优化渲染?

浏览器尽可能将重绘/重构 限制在被改变元素的区域内。比如,对于位置固定或绝对的元素,其大小改变只影响元素本身及其子元素,然而,静态定位元素的大小改变会触发后续所有元素的重流。

另一种优化技巧是,在运行几段JavaScript代码时,浏览器会缓存这些改变,在代码运行完毕后再将这些改变经一次通过加以应用。举个例子,下面这段代码只会触发一个重构和重绘:

var $body = $('body');
$body.css('padding', '1px'); // reflow, repaint
$body.css('color', 'red'); // repaint
$body.css('margin', '2px'); // reflow, repaint
// only 1 reflow and repaint will actually happen

然而,如前所述,改变元素的属性会触发强制性的重排。如果我们在上面的代码块中加入一行代码,用来访问元素的属性,就会发生这种现象。

var $body = $('body');
$body.css('padding', '1px');
$body.css('padding'); // reading a property, a forced 	reflow
$body.css('color', 'red');
$body.css('margin', '2px');

其结果就是,重排发生了两次。因此,你应该把访问元素属性的操作都组织在一起,从而优化网页性能。(你可以在JSBin查到更为详细的例子

有时,你必须触发一个强制性重排。比如,我们必须将同样的属性(比如左边距)两次赋值给同一个元素。起初,它应该设置为100px,且不带动效。接着,它必须通过过渡(transition)动效改变为50px。你现在可以在JSbin上学习这个例子,不过我会在这儿更详细地介绍它。

首先,我们创建一个带过渡效果的CSS类:

.has-transition {

-webkit-transition: margin-left 1s ease-out;
-moz-transition: margin-left 1s ease-out;
-o-transition: margin-left 1s ease-out;
transition: margin-left 1s ease-out;
}

然后继续执行:

// our element that has a "has-transition" class by default
var $targetElem = $('#targetElemId');

// remove the transition class
$targetElem.removeClass('has-transition');

// change the property expecting the transition to be 	off, as the class is not there
// anymore
$targetElem.css('margin-left', 100);

// put the transition class back
$targetElem.addClass('has-transition');

// change the property
$targetElem.css('margin-left', 50);

然而,这个执行无法奏效。所有改变都被缓存,只在代码块末尾加以执行。我们需要的是强制性的重排,我们可以通过以下更改加以实现:

// remove the transition class
$(this).removeClass('has-transition');

// change the property
$(this).css('margin-left', 100);

// trigger a forced reflow, so that changes in a 	class/property get applied immediately
$(this)[0].offsetHeight; // an example, other 	properties would work, too

// put the transition class back
$(this).addClass('has-transition');

// change the property
$(this).css('margin-left', 50);

现在代码如预期那样执行了。

有关性能优化的实际建议

总结现有的资料,我提出以下建议:

  • 创建有效的HTML和CSS文件,不要忘记指明文档的编码方式。样式应该包含在标签内,脚本代码则应该加在标签末端。
  • 尽量简化和优化CSS选择器(这种优化方式几乎被使用CSS预处理器的开发者统一忽视了)将嵌套程度保持在最低水平。以下是CSS选择器的性能排名(从最快者开始)

    1. 识别器:#id
    2. 类:.class
    3. 标签:div
    4. 相邻兄弟选择器:a + i
    5. 父类选择器:ul> li
    6. 通用选择器:*
    7. 属性选择:input[type="text"]
    8. 伪类和伪元素:a:hover

你应该记住,浏览器在处理选择器时依照从右到左的原则,因此最右端的选择器应该是最快的:#id或则.class:

div * {...} // bad
.list li {...} // bad
.list-item {...} // good
#list .list-item {...} // good
  • 1.在你的脚本代码中,尽可能减少DOM操作。缓存所有东西,包括元素属性以及对象(如果它们被重用的话)。当进行复杂的操作时,使用“孤立”元素会更好,之后可以将其加到DOM中(所谓“孤立”元素是与DOM脱离,仅保存在内存中的元素)。

  • 2.如果你使用jQuery来选择元素,请遵从jQuery选择器最佳实践方案。

  • 3.为了改变元素的样式,修改“类”的属性是奏效的方法之一。执行这一改变时,处在DOM渲染树的位置越深越好(这还有助于将逻辑与表象脱离)。

  • 4.尽量只给位置绝对或者固定的元素添加动画效果。

  • 5.在使用滚动时禁用复杂的悬停动效(比如,在中添加一个额外的不悬停类)。读者可以阅读关于这个问题的一篇文章

想了解更多的细节问题,大家也可以看看这两篇文章:


本文系OneAPM工程师编译整理。OneAPM是中国基础软件领域的新兴领军企业,能帮助企业用户和开发者轻松实现:缓慢的程序代码和SQL语句的实时抓取。想阅读更多技术文章,请访问OneAPM官方技术博客

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