作者： 阮一峰
日期： 2015年9月17日
你遇到过性能很差的网页吗?
这种网页响应非常缓慢，占用大量的CPU和内存，浏览起来常常有卡顿，页面的动画效果也不流畅。
本文将详细介绍性能问题的出现原因，以及解决方法。
一、网页生成的过程
要理解网页性能为什么不好，就要了解网页是怎么生成的。
HTML代码转化成DOM
CSS代码转化成CSSOM(CSS Object Model)
结合DOM和CSSOM，生成一棵渲染树(包含每个节点的视觉信息)
生成布局(layout)，即将所有渲染树的所有节点进行平面合成
将布局绘制(paint)在屏幕上
这五步里面，第一步到第三步都非常快，耗时的是第四步和第五步。
“生成布局”(flow)和”绘制”(paint)这两步，合称为”渲染”(render)。
网页生成的时候，至少会渲染一次。用户访问的过程中，还会不断重新渲染。
以下三种情况，会导致网页重新渲染。
修改DOM
修改样式表
用户事件(比如鼠标悬停、页面滚动、输入框键入文字、改变窗口大小等等)
重新渲染，就需要重新生成布局和重新绘制。前者叫做”重排”(reflow)，后者叫做”重绘”(repaint)。
需要注意的是，”重绘”不一定需要”重排”，比如改变某个网页元素的颜色，就只会触发”重绘”，不会触发”重排”，因为布局没有改变。但是，”重排”必然导致”重绘”，比如改变一个网页元素的位置，就会同时触发”重排”和”重绘”，因为布局改变了。
三、对于性能的影响
重排和重绘会不断触发，这是不可避免的。但是，它们非常耗费资源，是导致网页性能低下的根本原因。
提高网页性能，就是要降低”重排”和”重绘”的频率和成本，尽量少触发重新渲染。
前面提到，DOM变动和样式变动，都会触发重新渲染。但是，浏览器已经很智能了，会尽量把所有的变动集中在一起，排成一个队列，然后一次性执行，尽量避免多次重新渲染。
div.style.color = ‘blue’;
div.style.marginTop = ’30px’;
上面代码中，div元素有两个样式变动，但是浏览器只会触发一次重排和重绘。
如果写得不好，就会触发两次重排和重绘。
div.style.color = ‘blue’;
var margin = parseInt(div.style.marginTop);
div.style.marginTop = (margin + 10) + ‘px’;
上面代码对div元素设置背景色以后，第二行要求浏览器给出该元素的位置，所以浏览器不得不立即重排。
一般来说，样式的写操作之后，如果有下面这些属性的读操作，都会引发浏览器立即重新渲染。
offsetTop/offsetLeft/offsetWidth/offsetHeight
scrollTop/scrollLeft/scrollWidth/scrollHeight
clientTop/clientLeft/clientWidth/clientHeight
getComputedStyle()
所以，从性能角度考虑，尽量不要把读操作和写操作，放在一个语句里面。
// bad
div.style.left = div.offsetLeft + 10 + “px”;
div.style.top = div.offsetTop + 10 + “px”;
// good
var left = div.offsetLeft;
var top = div.offsetTop;
div.style.left = left + 10 + “px”;
div.style.top = top + 10 + “px”;
一般的规则是：
样式表越简单，重排和重绘就越快。
重排和重绘的DOM元素层级越高，成本就越高。
table元素的重排和重绘成本，要高于div元素
四、提高性能的九个技巧
有一些技巧，可以降低浏览器重新渲染的频率和成本。
第一条是上一节说到的，DOM 的多个读操作(或多个写操作)，应该放在一起。不要两个读操作之间，加入一个写操作。
第二条，如果某个样式是通过重排得到的，那么最好缓存结果。避免下一次用到的时候，浏览器又要重排。
第三条，不要一条条地改变样式，而要通过改变class，或者csstext属性，一次性地改变样式。
// bad
var left = 10;
var top = 10;
el.style.left = left + “px”;
el.style.top = top + “px”;
// good
el.className += ” theclassname”;
// good
el.style.cssText += “; left: ” + left + “px; top: ” + top + “px;”;
第四条，尽量使用离线DOM，而不是真实的网面DOM，来改变元素样式。比如，操作Document Fragment对象，完成后再把这个对象加入DOM。再比如，使用 cloneNode() 方法，在克隆的节点上进行操作，然后再用克隆的节点替换原始节点。
第五条，先将元素设为 display: none (需要1次重排和重绘)，然后对这个节点进行100次操作，最后再恢复显示(需要1次重排和重绘)。这样一来，你就用两次重新渲染，取代了可能高达100次的重新渲染。
第六条，position属性为absolute或fixed的元素，重排的开销会比较小，因为不用考虑它对其他元素的影响。
第七条，只在必要的时候，才将元素的display属性为可见，因为不可见的元素不影响重排和重绘。另外，visibility : hidden 的元素只对重排有影响，不影响重绘。
第八条，使用虚拟DOM的脚本库，比如React等。
第九条，使用 window.requestAnimationFrame()、window.requestIdleCallback() 这两个方法调节重新渲染(详见后文)。
五、刷新率
很多时候，密集的重新渲染是无法避免的，比如scroll事件的回调函数和网页动画。
网页动画的每一帧(frame)都是一次重新渲染。每秒低于24帧的动画，人眼就能感受到停顿。一般的网页动画，需要达到每秒30帧到60帧的频率，才能比较流畅。如果能达到每秒70帧甚至80帧，就会极其流畅。
六、开发者工具的Timeline面板
Chrome浏览器开发者工具的Timeline面板，是查看”刷新率”的最佳工具。这一节介绍如何使用这个工具。
首先，按下 F12 打开”开发者工具”，切换到Timeline面板。
Timeline面板提供两种查看方式：横条的是”事件模式”(Event Mode)，显示重新渲染的各种事件所耗费的时间;竖条的是”帧模式”(Frame Mode)，显示每一帧的时间耗费在哪里。
先看”事件模式”，你可以从中判断，性能问题发生在哪个环节，是JavaScript的执行，还是渲染?
黄色：JavaScript执行
紫色：样式计算和布局，即重排
绿色：重绘
哪种色块比较多，就说明性能耗费在那里。色块越长，问题越大。
此外，还可以查看某个区间的耗时情况。
有一些JavaScript方法可以调节重新渲染，大幅提高网页性能。
其中最重要的，就是 window.requestAnimationFrame() 方法。它可以将某些代码放到下一次重新渲染时执行。
function doubleHeight(element) {
var currentHeight = element.clientHeight;
element.style.height = (currentHeight * 2) + ‘px’;
}
elements.forEach(doubleHeight);
上面的代码使用循环操作，将每个元素的高度都增加一倍。可是，每次循环都是，读操作后面跟着一个写操作。这会在短时间内触发大量的重新渲染，显然对于网页性能很不利。
我们可以使用window.requestAnimationFrame()，让读操作和写操作分离，把所有的写操作放到下一次重新渲染。
function doubleHeight(element) {
var currentHeight = element.clientHeight;
window.requestAnimationFrame(function () {
element.style.height = (currentHeight * 2) + ‘px’;
});
}
elements.forEach(doubleHeight);
页面滚动事件(scroll)的监听函数，就很适合用 window.requestAnimationFrame() ，推迟到下一次重新渲染。
$(window).on(‘scroll’, function() {
window.requestAnimationFrame(scrollHandler);
});
当然，最适用的场合还是网页动画。下面是一个旋转动画的例子，元素每一帧旋转1度。
var rAF = window.requestAnimationFrame;
var degrees = 0;
function update() {
div.style.transform = “rotate(” + degrees + “deg)”;
console.log(‘updated to degrees ‘ + degrees);
degrees = degrees + 1;
rAF(update);
}
rAF(update);
八、window.requestIdleCallback()
还有一个函数window.requestIdleCallback()，也可以用来调节重新渲染。
它指定只有当一帧的末尾有空闲时间，才会执行回调函数。
requestIdleCallback(fn);
上面代码中，只有当前帧的运行时间小于16.66ms时，函数fn才会执行。否则，就推迟到下一帧，如果下一帧也没有空闲时间，就推迟到下下一帧，以此类推。
它还可以接受第二个参数，表示指定的毫秒数。如果在指定 的这段时间之内，每一帧都没有空闲时间，那么函数fn将会强制执行。
requestIdleCallback(fn, 5000);
上面的代码表示，函数fn最迟会在5000毫秒之后执行。
函数 fn 可以接受一个 deadline 对象作为参数。
requestIdleCallback(function someHeavyComputation(deadline) {
while(deadline.timeRemaining() > 0) {
doWorkIfNeeded();
}
if(thereIsMoreWorkToDo) {
requestIdleCallback(someHeavyComputation);
}
});
上面代码中，回调函数 someHeavyComputation 的参数是一个 deadline 对象。
deadline对象有一个方法和一个属性：timeRemaining() 和 didTimeout。
(1)timeRemaining() 方法
timeRemaining() 方法返回当前帧还剩余的毫秒。这个方法只能读，不能写，而且会动态更新。因此可以不断检查这个属性，如果还有剩余时间的话，就不断执行某些任务。一旦这个属性等于0，就把任务分配到下一轮requestIdleCallback。
前面的示例代码之中，只要当前帧还有空闲时间，就不断调用doWorkIfNeeded方法。一旦没有空闲时间，但是任务还没有全执行，就分配到下一轮requestIdleCallback。
(2)didTimeout属性
deadline对象的 didTimeout 属性会返回一个布尔值，表示指定的时间是否过期。这意味着，如果回调函数由于指定时间过期而触发，那么你会得到两个结果。
timeRemaining方法返回0
didTimeout 属性等于 true
因此，如果回调函数执行了，无非是两种原因：当前帧有空闲时间，或者指定时间到了。
function myNonEssentialWork (deadline) {
while ((deadline.timeRemaining() > 0 || deadline.didTimeout) && tasks.length > 0)
doWorkIfNeeded();
if (tasks.length > 0)
requestIdleCallback(myNonEssentialWork);
}
requestIdleCallback(myNonEssentialWork, 5000);
上面代码确保了，doWorkIfNeeded 函数一定会在将来某个比较空闲的时间(或者在指定时间过期后)得到反复执行。
requestIdleCallback 是一个很新的函数，刚刚引入标准，目前只有Chrome支持。
九、参考链接
Domenico De Felice, How browsers work
Stoyan Stefanov, Rendering: repaint, reflow/relayout, restyle
Addy Osmani, Improving Web App Performance With the Chrome DevTools Timeline and Profiles
Tom Wiltzius, Jank Busting for Better Rendering Performance
Paul Lewis, Using requestIdleCallback
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