浅析浏览器渲染优化策略

so丶简单
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前言

本文将从浏览器渲染过程开始说起，然后会谈到回流和重绘，最后会基于浏览器的运行原理，给出一些优化策略，来帮助我们打造高性能的web站点。

浏览器是如何渲染的？

先上图MDN

webkit渲染过程

从上面这个图上，我们可以看到，浏览器渲染过程如下：

  1. 解析HTML，生成DOM树，解析CSS，生成CSSOM树
  2. 将DOM树和CSSOM树结合，生成渲染树(Render Tree)
  3. Layout(回流):根据生成的渲染树，进行回流(Layout)，得到节点的几何信息（位置，大小）
  4. Painting(重绘):根据渲染树以及回流得到的几何信息，得到节点的绝对像素
  5. Display:将像素发送给GPU，展示在页面上。（这一步其实还有很多内容，比如会在GPU将多个合成层合并为同一个层，并展示在页面中。而css3硬件加速的原理则是新建合成层，这里我们不展开，之后有机会会写一篇博客）

渲染过程看起来很简单，让我们来具体了解下每一步具体做了什么。

为了构建渲染树，浏览器主要完成了以下工作：

  1. 从DOM树的根节点开始遍历每个可见节点。
  2. 对于每个可见的节点，找到CSSOM树中对应的规则，并应用它们。
  3. 根据每个可见节点以及其对应的样式，组合生成渲染树。

第一步中，既然说到了要遍历可见的节点，那么我们得先知道，什么节点是不可见的。不可见的节点包括：

  • 一些不会渲染输出的节点，比如script、meta、link等。
  • 一些通过css进行隐藏的节点。比如display:none。注意，利用visibility和opacity隐藏的节点，还是会显示在渲染树上的。只有display:none的节点才不会显示在渲染树上。

资源阻塞

谈论资源的阻塞时，我们要清楚，现代浏览器总是并行加载资源。例如，当 HTML 解析器（HTML Parser）被脚本阻塞时，解析器虽然会停止构建 DOM，但仍会识别该脚本后面的资源，并进行预加载。

同时，由于下面两点：

默认情况下，CSS 被视为阻塞渲染的资源，这意味着浏览器将不会渲染任何已处理的内容，直至 CSSOM 构建完毕。 JavaScript 不仅可以读取和修改 DOM 属性，还可以读取和修改 CSSOM 属性。 存在阻塞的 CSS 资源时，浏览器会延迟 JavaScript 的执行和 DOM 构建。另外：

当浏览器遇到一个 script 标记时，DOM 构建将暂停，直至脚本完成执行。 JavaScript 可以查询和修改 DOM 与 CSSOM。 CSSOM 构建时，JavaScript 执行将暂停，直至 CSSOM 就绪。 所以，script 标签的位置很重要。实际使用时，可以遵循下面两个原则：

CSS 优先：引入顺序上，CSS 资源先于 JavaScript 资源。 JavaScript 应尽量少影响 DOM 的构建。 浏览器的发展日益加快，具体的渲染策略会不断进化，但了解这些原理后，就能想通它进化的逻辑。下面来看看 CSS 与 JavaScript 具体会怎样阻塞资源。

回流

前面我们通过构造渲染树，我们将可见DOM节点以及它对应的样式结合起来，可是我们还需要计算它们在设备视口(viewport)内的确切位置和大小，这个计算的阶段就是回流。

为了弄清每个对象在网站上的确切大小和位置，浏览器从渲染树的根节点开始遍历，我们可以以下面这个实例来表示：

<!DOCTYPE html>
<html>
  <head>
    <meta name="viewport" content="width=device-width,initial-scale=1">
    <title>Critial Path: Hello world!</title>
  </head>
  <body>
    <div style="width: 50%">
      <div style="width: 50%">Hello world!</div>
    </div>
  </body>
</html>

我们可以看到，第一个div将节点的显示尺寸设置为视口宽度的50%，第二个div将其尺寸设置为父节点的50%。而在回流这个阶段，我们就需要根据视口具体的宽度，将其转为实际的像素值。

重绘

最终，我们通过构造渲染树和回流阶段，我们知道了哪些节点是可见的，以及可见节点的样式和具体的几何信息(位置、大小)，那么我们就可以将渲染树的每个节点都转换为屏幕上的实际像素，这个阶段就叫做重绘节点。

既然知道了浏览器的渲染过程后，我们就来探讨下，何时会发生回流重绘。

注意：回流一定会触发重绘，而重绘不一定会回流

根据改变的范围和程度，渲染树中或大或小的部分需要重新计算，有些改变会触发整个页面的重排，比如，滚动条出现的时候或者修改了根节点。

浏览器的优化机制

现代的浏览器都是很聪明的，由于每次重排都会造成额外的计算消耗，因此大多数浏览器都会通过队列化修改并批量执行来优化重排过程。浏览器会将修改操作放入到队列里，直到过了一段时间或者操作达到了一个阈值，才清空队列。但是！当你获取布局信息的操作的时候，会强制队列刷新，比如当你访问以下属性或者使用以下方法：

  • offsetTop、offsetLeft、offsetWidth、offsetHeight
  • scrollTop、scrollLeft、scrollWidth、scrollHeight
  • clientTop、clientLeft、clientWidth、clientHeight
  • getComputedStyle()
  • getBoundingClientRect

以上属性和方法都需要返回最新的布局信息，因此浏览器不得不清空队列，触发回流重绘来返回正确的值。因此，我们在修改样式的时候，**最好避免使用上面列出的属性，他们都会刷新渲染队列。**如果要使用它们，最好将值缓存起来。

减少回流和重绘

好了，到了我们今天的重头戏，前面说了这么多背景和理论知识，接下来让我们谈谈如何减少回流和重绘。

最小化重绘和重排

由于重绘和重排可能代价比较昂贵，因此最好就是可以减少它的发生次数。为了减少发生次数，我们可以合并多次对DOM和样式的修改，然后一次处理掉。考虑这个例子

const el = document.getElementById("el");
el.style.padding = "5px";
el.style.borderLeft = "1px";
el.style.borderRight = "3px";

例子中，有三个样式属性被修改了，每一个都会影响元素的几何结构，引起回流。当然，大部分现代浏览器都对其做了优化，因此，只会触发一次重排。但是如果在旧版的浏览器或者在上面代码执行的时候，有其他代码访问了布局信息(上文中的会触发回流的布局信息)，那么就会导致三次重排。

因此，我们可以合并所有的改变然后依次处理，比如我们可以采取以下的方式：

  • 使用cssText

  • 修改CSS的class

批量修改DOM

当我们需要对DOM对一系列修改的时候，可以通过以下步骤减少回流重绘次数：

  1. 使元素脱离文档流
  2. 对其进行多次修改
  3. 将元素带回到文档中。

该过程的第一步和第三步可能会引起回流，但是经过第一步之后，对DOM的所有修改都不会引起回流，因为它已经不在渲染树了。

有三种方式可以让DOM脱离文档流：

  • 隐藏元素，应用修改，重新显示
  • 使用文档片段(document fragment)在当前DOM之外构建一个子树，再把它拷贝回文档。
  • 将原始元素拷贝到一个脱离文档的节点中，修改节点后，再替换原始的元素。

考虑我们要执行一段批量插入节点的代码：

function appendDataToElement(appendToElement, data) {
    let li;
    for (let i = 0; i < data.length; i++) {
        li = document.createElement("li");
        li.textContent = i;;
        appendToElement.appendChild(li);
    }
}

const ul = document.getElementById("root");
appendDataToElement(ul, data);

如果我们直接这样执行的话，由于每次循环都会插入一个新的节点，会导致浏览器回流一次。

我们可以使用这三种方式进行优化:

避免触发同步布局事件

上文我们说过，当我们访问元素的一些属性的时候，会导致浏览器强制清空队列，进行强制同步布局。举个例子，比如说我们想将一个p标签数组的宽度赋值为一个元素的宽度，我们可能写出这样的代码：

function initP() {
    for (let i = 0; i < paragraphs.length; i++) {
        paragraphs[i].style.width = box.offsetWidth + "px";
    }
}

这段代码看上去是没有什么问题，可是其实会造成很大的性能问题。在每次循环的时候，都读取了box的一个offsetWidth属性值，然后利用它来更新p标签的width属性。这就导致了每一次循环的时候，浏览器都必须先使上一次循环中的样式更新操作生效，才能响应本次循环的样式读取操作。每一次循环都会强制浏览器刷新队列。我们可以优化为:

const width = box.offsetWidth;
function initP() {
    for (let i = 0; i < paragraphs.length; i++) {
        paragraphs[i].style.width = width + "px";
    }
}

小结

本文将一步步进行剖析，带大家了解从开始渲染到最终的页面呈现都发送了哪些事情，并且我们可以在这中间帮助浏览器做些什么，以打造高性能的web站点。

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