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    為什么說DOM操作很慢

    作者: leozdgao  發布時間: 2016-02-19 10:57  閱讀: 20776 次  推薦: 62   原文鏈接   [收藏]  

      一直都聽說DOM很慢,要盡量少的去操作DOM,于是就想進一步去探究下為什么大家都會這樣說,在網上學習了一些資料,這邊整理出來。

      首先,DOM對象本身也是一個js對象,所以嚴格來說,并不是操作這個對象慢,而是說操作了這個對象后,會觸發一些瀏覽器行為,比如布局(layout)和繪制(paint)。下面主要先介紹下這些瀏覽器行為,闡述一個頁面是怎么最終被呈現出來的,另外還會從代碼的角度,來說明一些不好的實踐以及一些優化方案。

      瀏覽器是如何呈現一張頁面的

      一個瀏覽器有許多模塊,其中負責呈現頁面的是渲染引擎模塊,比較熟悉的有WebKit和Gecko等,這里也只會涉及這個模塊的內容。

      先用文字大致闡述下這個過程:

    • 解析HTML,并生成一棵DOM tree
    • 解析各種樣式并結合DOM tree生成一棵Render tree
    • 對Render tree的各個節點計算布局信息,比如box的位置與尺寸
    • 根據Render tree并利用瀏覽器的UI層進行繪制

      其中DOM tree和Render tree上的節點并非一一對應,比如一個"display:none"的節點就只會存在于DOM tree上,而不會出現在Render tree上,因為這個節點不需要被繪制。

      上圖是Webkit的基本流程,在術語上和Gecko可能會有不同,這里貼上Gecko的流程圖,不過文章下面的內容都會統一使用Webkit的術語。

      影響頁面呈現的因素有許多,比如link的位置會影響首屏呈現等。但這里主要集中討論與layout相關的內容。

      paint是一個耗時的過程,然而layout是一個更耗時的過程,我們無法確定layout一定是自上而下或是自下而上進行的,甚至一次layout會牽涉到整個文檔布局的重新計算。

      但是layout是肯定無法避免的,所以我們主要是要最小化layout的次數。

      什么情況下瀏覽器會進行layout

      在考慮如何最小化layout次數之前,要先了解什么時候瀏覽器會進行layout。

      layout(reflow)一般被稱為布局,這個操作是用來計算文檔中元素的位置和大小,是渲染前重要的一步。在HTML第一次被加載的時候,會有一次layout之外,js腳本的執行和樣式的改變同樣會導致瀏覽器執行layout,這也是本文的主要要討論的內容。

      一般情況下,瀏覽器的layout是lazy的,也就是說:在js腳本執行時,是不會去更新DOM的,任何對DOM的修改都會被暫存在一個隊列中,在當前js的執行上下文完成執行后,會根據這個隊列中的修改,進行一次layout。

      然而有時希望在js代碼中立刻獲取最新的DOM節點信息,瀏覽器就不得不提前執行layout,這是導致DOM性能問題的主因。

      如下的操作會打破常規,并觸發瀏覽器執行layout:

    • 通過js獲取需要計算的DOM屬性
    • 添加或刪除DOM元素
    • resize瀏覽器窗口大小
    • 改變字體
    • css偽類的激活,比如:hover
    • 通過js修改DOM元素樣式且該樣式涉及到尺寸的改變

      我們來通過一個例子直觀的感受下:

    // Read
    var h1 = element1.clientHeight;
    
    // Write (invalidates layout)
    element1.style.height = (h1 * 2) + 'px';
    
    // Read (triggers layout)
    var h2 = element2.clientHeight;
    
    // Write (invalidates layout)
    element2.style.height = (h2 * 2) + 'px';
    
    // Read (triggers layout)
    var h3 = element3.clientHeight;
    
    // Write (invalidates layout)
    element3.style.height = (h3 * 2) + 'px';  

      clientHeight,這個屬性是需要計算得到的,于是就會觸發瀏覽器的一次layout。我們來利用chrome(v47.0)的開發者工具看下(截圖中的timeline record已經經過篩選,僅顯示layout):

      上面的例子中,代碼首先修改了一個元素的樣式,接下來讀取另一個元素的clientHeight屬性,由于之前的修改導致當前DOM被標記為臟,為了保證能準確的獲取這個屬性,瀏覽器會進行一次layout(我們發現chrome的開發者工具良心的提示了我們這個性能問題)。

      優化這段代碼很簡單,預先讀取所需要的屬性,在一起修改即可。

    // Read
    var h1 = element1.clientHeight;  
    var h2 = element2.clientHeight;  
    var h3 = element3.clientHeight;
    
    // Write (invalidates layout)
    element1.style.height = (h1 * 2) + 'px';  
    element2.style.height = (h2 * 2) + 'px';  
    element3.style.height = (h3 * 2) + 'px'; 

      看下這次的情況:

      下面再介紹一些其他的優化方案。

      最小化layout的方案

      上面提到的一個批量讀寫是一個,主要是因為獲取一個需要計算的屬性值導致的,那么哪些值是需要計算的呢?

      這個鏈接里有介紹大部分需要計算的屬性:http://gent.ilcore.com/2011/03/how-not-to-trigger-layout-in-webkit.html

      再來看看別的情況:

      面對一系列DOM操作

      針對一系列DOM操作(DOM元素的增刪改),可以有如下方案:

    • documentFragment
    • display: none
    • cloneNode

      比如(僅以documentFragment為例):

    var fragment = document.createDocumentFragment();  
    for (var i=0; i < items.length; i++){  
      var item = document.createElement("li");
      item.appendChild(document.createTextNode("Option " + i);
      fragment.appendChild(item);
    }
    list.appendChild(fragment);  

      這類優化方案的核心思想都是相同的,就是先對一個不在Render tree上的節點進行一系列操作,再把這個節點添加回Render tree,這樣無論多么復雜的DOM操作,最終都只會觸發一次layout。

      面對樣式的修改

      針對樣式的改變,我們首先需要知道并不是所有樣式的修改都會觸發layout,因為我們知道layout的工作是計算RenderObject的尺寸和大小信息,那么我如果只是改變一個顏色,是不會觸發layout的。

      這里有一個網站CSS triggers,詳細列出了各個CSS屬性對瀏覽器執行layout和paint的影響。

      像下面這種情況,和上面講優化的部分是一樣的,注意下讀寫即可。

    elem.style.height = "100px"; // mark invalidated  
    elem.style.width = "100px";  
    elem.style.marginRight = "10px";
    
    elem.clientHeight // force layout here 

      但是要提一下動畫,這邊講的是js動畫,比如:

    function animate (from, to) {  
      if (from === to) return
    
      requestAnimationFrame(function () {
        from += 5
        element1.style.height = from + "px"
        animate(from, to)
      })
    }
    
    animate(100, 500) 

      動畫的每一幀都會導致layout,這是無法避免的,但是為了減少動畫帶來的layout的性能損失,可以將動畫元素絕對定位,這樣動畫元素脫離文本流,layout的計算量會減少很多。

      使用requestAnimationFrame

      任何可能導致重繪的操作都應該放入requestAnimationFrame

      在現實項目中,代碼按模塊劃分,很難像上例那樣組織批量讀寫。那么這時可以把寫操作放在requestAnimationFrame的callback中,統一讓寫操作在下一次paint之前執行。

    // Read
    var h1 = element1.clientHeight;
    
    // Write
    requestAnimationFrame(function() {  
      element1.style.height = (h1 * 2) + 'px';
    });
    
    // Read
    var h2 = element2.clientHeight;
    
    // Write
    requestAnimationFrame(function() {  
      element2.style.height = (h2 * 2) + 'px';
    });

      可以很清楚的觀察到Animation Frame觸發的時機,MDN上說是在paint之前觸發,不過我估計是在js腳本交出控制權給瀏覽器進行DOM的invalidated check之前執行。

      其他注意點

      除了由于觸發了layout而導致性能問題外,這邊再列出一些其他細節:

      緩存選擇器的結果,減少DOM查詢。這里要特別提下HTMLCollection。HTMLCollection是通過document.getElementByTagName得到的對象類型,和數組類型很類似但是每次獲取這個對象的一個屬性,都相當于進行一次DOM查詢:

    var divs = document.getElementsByTagName("div");  
    for (var i = 0; i < divs.length; i++){  //infinite loop  
      document.body.appendChild(document.createElement("div"));
    }

      比如上面的這段代碼會導致無限循環,所以處理HTMLCollection對象的時候要做些緩存。

      另外,減少DOM元素的嵌套深度并優化css,去除無用的樣式對減少layout的計算量有一定幫助。

      在DOM查詢時,querySelectorquerySelectorAll應該是最后的選擇,它們功能最強大,但執行效率很差,如果可以的話,盡量用其他方法替代。

      下面兩個jsperf的鏈接,可以對比下性能。

      1)https://jsperf.com/getelementsbyclassname-vs-queryselectorall/162

      2)http://jsperf.com/getelementbyid-vs-queryselector/218

      自己對View層的想法

      上面的內容理論方面的東西偏多,從實踐的角度來看,上面討論的內容,正好是View層需要處理的事情。已經有一個庫FastDOM來做這個事情,不過它的代碼是這樣的:

    fastdom.read(function() {  
      console.log('read');
    });
    
    fastdom.write(function() {  
      console.log('write');
    });

      問題很明顯,會導致callback hell,并且也可以預見到像FastDOM這樣的imperative的代碼缺乏擴展性,關鍵在于用了requestAnimationFrame后就變成了異步編程的問題了。要讓讀寫狀態同步,那必然需要在DOM的基礎上寫個Wrapper來內部控制異步讀寫,不過都到了這份上,感覺可以考慮直接上React了......

      總之,盡量注意避免上面說到的問題,但如果用庫,比如jQuery的話,layout的問題出在庫本身的抽象上。像React引入自己的組件模型,用過virtual DOM來減少DOM操作,并可以在每次state改變時僅有一次layout,我不知道內部有沒有用requestAnimationFrame之類的,感覺要做好一個View層就挺有難度的,之后準備學學React的代碼。希望自己一兩年后會過來再看這個問題的時候,可以有些新的見解。

      參考

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    標簽:DOM 瀏覽器

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