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高性能 CSS3 动画

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2017/05/01 Share

注:本文出自腾讯AlloyTeam的元彦,文章也可以在github上浏览。请尊重版权,转载请注明来源,多谢~~


高性能移动Web相较PC的场景需要考虑的因素也相对更多更复杂,我们总结为以下几点: 流量、功耗与流畅度。 在PC时代我们更多的是考虑体验上的流畅度,而在Mobile端本身丰富的场景下,需要额外关注对用户基站网络流量使用的情况,设备耗电量的情况。

关于流畅度,主要体现在前端动画中,在现有的前端动画体系中,通常有两种模式:JS动画与CSS3动画。 JS动画是通过JS动态改写样式实现动画能力的一种方案,在PC端兼容低端浏览器中不失为一种推荐方案。
而在移动端,我们选择性能更优浏览器原生实现方案:CSS3动画。

然而,CSS3动画在移动多终端设备场景下,相比PC会面对更多的性能问题,主要体现在动画的卡顿与闪烁。

目前对提升移动端CSS3动画体验的主要方法有几点:

尽可能多的利用硬件能力,如使用3D变形来开启GPU加速
<span class="hljs-selector-tag">-webkit-transform</span>: <span class="hljs-selector-tag">translate3d</span>(0, 0, 0);
<span class="hljs-selector-tag">-moz-transform</span>: <span class="hljs-selector-tag">translate3d</span>(0, 0, 0);
<span class="hljs-selector-tag">-ms-transform</span>: <span class="hljs-selector-tag">translate3d</span>(0, 0, 0);
<span class="hljs-selector-tag">transform</span>: <span class="hljs-selector-tag">translate3d</span>(0, 0, 0);  
`</pre>
如动画过程有闪烁(通常发生在动画开始的时候),可以尝试下面的Hack:
<pre>`<span class="hljs-selector-tag">-webkit-backface-visibility</span>: <span class="hljs-selector-tag">hidden</span>;
<span class="hljs-selector-tag">-moz-backface-visibility</span>: <span class="hljs-selector-tag">hidden</span>;
<span class="hljs-selector-tag">-ms-backface-visibility</span>: <span class="hljs-selector-tag">hidden</span>;
<span class="hljs-selector-tag">backface-visibility</span>: <span class="hljs-selector-tag">hidden</span>;

<span class="hljs-selector-tag">-webkit-perspective</span>: 1000;
<span class="hljs-selector-tag">-moz-perspective</span>: 1000;
<span class="hljs-selector-tag">-ms-perspective</span>: 1000;
<span class="hljs-selector-tag">perspective</span>: 1000;  
`</pre>
如下面一个元素通过`translate3d`右移`500px`的动画流畅度会明显优于使用`left`属性:
<pre>`<span class="hljs-selector-id">#ball-1</span> {
  <span class="hljs-attribute">transition</span>: -webkit-transform .<span class="hljs-number">5s</span> ease;
  <span class="hljs-attribute">-webkit-transform</span>: <span class="hljs-built_in">translate3d</span>(0, 0, 0);
}
<span class="hljs-selector-id">#ball-1</span><span class="hljs-selector-class">.slidein</span> {
  <span class="hljs-attribute">-webkit-transform</span>: <span class="hljs-built_in">translate3d</span>(500px, 0, 0);
}

<span class="hljs-selector-id">#ball-2</span> {
  <span class="hljs-attribute">transition</span>: left .<span class="hljs-number">5s</span> ease;
  <span class="hljs-attribute">left</span>: <span class="hljs-number">0</span>;
}
<span class="hljs-selector-id">#ball-2</span><span class="hljs-selector-class">.slidein</span> {
  <span class="hljs-attribute">left</span>: <span class="hljs-number">500px</span>;
}
`</pre>
注:3D变形会消耗更多的内存与功耗,应确实有性能问题时才去使用它,兼在权衡

##### 尽可能少的使用`box-shadows`与`gradients`

`box-shadows`与`gradients`往往都是页面的性能杀手,尤其是在一个元素同时都使用了它们,所以拥抱扁平化设计吧。

##### 尽可能的让动画元素不在文档流中,以减少重排

<pre>`<span class="hljs-attribute">position</span>: fixed;  
<span class="hljs-attribute">position</span>: absolute;  
`</pre>

##### 优化 DOM layout 性能

我们从实例开始描述这个主题:
<pre>`<span class="hljs-keyword">var</span> newWidth = aDiv.offsetWidth + <span class="hljs-number">10</span>;  
aDiv.style.width = newWidth + <span class="hljs-string">'px'</span>;  
<span class="hljs-keyword">var</span> newHeight = aDiv.offsetHeight + <span class="hljs-number">10</span>;  
aDiv.style.height = newHeight + <span class="hljs-string">'px'</span>;

<span class="hljs-keyword">var</span> newWidth = aDiv.offsetWidth + <span class="hljs-number">10</span>;  
<span class="hljs-keyword">var</span> newHeight = aDiv.offsetHeight + <span class="hljs-number">10</span>;  
aDiv.style.width = newWidth + <span class="hljs-string">'px'</span>;  
aDiv.style.height = newHeight + <span class="hljs-string">'px'</span>;  
`</pre>
这是两段能力上完全等同的代码,显式的差异正如我们所见,只有执行顺序的区别。但真是如此吗?下面是加了说明注释的代码版本,很好的阐述了其中的进一步差异:
<pre>`<span class="hljs-comment">// 触发两次 layout</span>
<span class="hljs-keyword">var</span> newWidth = aDiv.offsetWidth + <span class="hljs-number">10</span>;   <span class="hljs-comment">// Read  </span>
aDiv.style.width = newWidth + <span class="hljs-string">'px'</span>;     <span class="hljs-comment">// Write  </span>
<span class="hljs-keyword">var</span> newHeight = aDiv.offsetHeight + <span class="hljs-number">10</span>; <span class="hljs-comment">// Read  </span>
aDiv.style.height = newHeight + <span class="hljs-string">'px'</span>;   <span class="hljs-comment">// Write</span>

<span class="hljs-comment">// 只触发一次 layout</span>
<span class="hljs-keyword">var</span> newWidth = aDiv.offsetWidth + <span class="hljs-number">10</span>;   <span class="hljs-comment">// Read  </span>
<span class="hljs-keyword">var</span> newHeight = aDiv.offsetHeight + <span class="hljs-number">10</span>; <span class="hljs-comment">// Read  </span>
aDiv.style.width = newWidth + <span class="hljs-string">'px'</span>;     <span class="hljs-comment">// Write  </span>
aDiv.style.height = newHeight + <span class="hljs-string">'px'</span>;   <span class="hljs-comment">// Write  </span>
`</pre>
从注释中可找到规律,连续的读取offsetWidth/Height属性与连续的设置width/height属性,相比分别读取设置单个属性可少触发一次layout。

从结论看似乎与执行队列有关,没错,这是浏览器的优化策略。所有可触发layout的操作都会被暂时放入 `layout-queue` 中,等到必须更新的时候,再计算整个队列中所有操作影响的结果,如此就可只进行一次的layout,从而提升性能。

关键一,可触发`layout`的操作,哪些操作下会layout的更新(也称为`reflow`或者`relayout`)?

我们从浏览器的源码实现入手,以开源[Webkit/Blink](https://code.google.com/p/chromium/codesearch#chromium/src/third_party/WebKit/Source/core/)为例, 对layout的更新,Webkit 主要通过 [Document::updateLayout](https://code.google.com/p/chromium/codesearch#chromium/src/third_party/WebKit/Source/core/dom/Document.cpp&amp;q=updateLayout%20package:%5Echromium$%20file:%5Esrc/third_party/WebKit/Source/core/&amp;dr=CSs&amp;l=1715) 与 [Document::updateLayoutIgnorePendingStylesheets](https://code.google.com/p/chromium/codesearch#chromium/src/third_party/WebKit/Source/core/dom/Document.cpp&amp;q=updateLayout%20package:%5Echromium$%20file:%5Esrc/third_party/WebKit/Source/core/&amp;dr=CSs&amp;l=1750) 两个方法:
<pre>`<span class="hljs-keyword">void</span> Document::updateLayout()  
{
    ASSERT(isMainThread());

    FrameView* frameView = view();
    <span class="hljs-keyword">if</span> (frameView &amp;&amp; frameView-&gt;isInLayout()) {
        ASSERT_NOT_REACHED();
        return;
    }

    <span class="hljs-keyword">if</span> (Element* oe = ownerElement())
        oe-&gt;document()-&gt;updateLayout();

    updateStyleIfNeeded();

    StackStats::LayoutCheckPoint layoutCheckPoint;

    <span class="hljs-keyword">if</span> (frameView &amp;&amp; renderer() &amp;&amp; (frameView-&gt;layoutPending() || renderer()-&gt;needsLayout()))
        frameView-&gt;layout();

    <span class="hljs-keyword">if</span> (m_focusedNode &amp;&amp; !m_didPostCheckFocusedNodeTask) {
        postTask(CheckFocusedNodeTask::create());
        m_didPostCheckFocusedNodeTask = <span class="hljs-literal">true</span>;
    }
}

<span class="hljs-keyword">void</span> Document::updateLayoutIgnorePendingStylesheets()  
{
    <span class="hljs-keyword">bool</span> oldIgnore = m_ignorePendingStylesheets;

    <span class="hljs-keyword">if</span> (!haveStylesheetsLoaded()) {
        m_ignorePendingStylesheets = <span class="hljs-literal">true</span>;

        HTMLElement* bodyElement = body();
        <span class="hljs-keyword">if</span> (bodyElement &amp;&amp; !bodyElement-&gt;renderer() &amp;&amp; m_pendingSheetLayout == NoLayoutWithPendingSheets) {
            m_pendingSheetLayout = DidLayoutWithPendingSheets;
            styleResolverChanged(RecalcStyleImmediately);
        } <span class="hljs-keyword">else</span> <span class="hljs-keyword">if</span> (m_hasNodesWithPlaceholderStyle)
            recalcStyle(Force);
    }

    updateLayout();

    m_ignorePendingStylesheets = oldIgnore;
}

updateLayoutIgnorePendingStylesheets 方法的内部实现可知,其也是对 updateLayout 方法的扩展,并且在现有的 layout 更新模式中,大部分场景都是调用 updateLayoutIgnorePendingStylesheets 来进行layout的更新。

搜索 Webkit 实现中调用 updateLayoutIgnorePendingStylesheets 方法的代码, 得到以下可导致触发 layout 的操作:

  • Element: clientHeight, clientLeft, clientTop, clientWidth, focus(), getBoundingClientRect(), getClientRects(), innerText, offsetHeight, offsetLeft, offsetParent, offsetTop, offsetWidth, outerText, scrollByLines(), scrollByPages(), scrollHeight, scrollIntoView(), scrollIntoViewIfNeeded(), scrollLeft, scrollTop, scrollWidth
  • Frame, HTMLImageElement: height, width
  • Range: getBoundingClientRect(), getClientRects()
  • SVGLocatable: computeCTM(), getBBox()
  • SVGTextContent: getCharNumAtPosition(), getComputedTextLength(), getEndPositionOfChar(), getExtentOfChar(), getNumberOfChars(), getRotationOfChar(), getStartPositionOfChar(), getSubStringLength(), selectSubString()
  • SVGUse: instanceRoot
  • window: getComputedStyle(), scrollBy(), scrollTo(), scrollX, scrollY, webkitConvertPointFromNodeToPage(), webkitConvertPointFromPageToNode()
    进一步深入Layout,那上文中必须更新的必要条件是什么? 在 Stoyan Stefanov 的 Rendering: repaint, reflow/relayout, restyle 一文中已做比较详细的解答,可移步了解~
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