网页性能管理详解

作者: 阮一峰

日期: 2015年9月17日

珠峰培训

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。

你会有什么反应?我猜想,大多数用户会关闭这个页面,改为访问其他网站。作为一个开发者,肯定不愿意看到这种情况,那么怎样才能提高性能呢?

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。

网页的生成过程,大致可以分成五步。

  1. HTML代码转化成DOM
  2. CSS代码转化成CSSOM(CSS Object Model)
  3. 结合DOM和CSSOM,生成一棵渲染树(包含每个节点的视觉信息)
  4. 生成布局(layout),即将所有渲染树的所有节点进行平面合成
  5. 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)。

二、重排和重绘

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absolutefixed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的元素只对重绘有影响,不影响重排。

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。

大多数显示器的刷新频率是60Hz,为了与系统一致,以及节省电力,浏览器会自动按照这个频率,刷新动画(如果可以做到的话)。

所以,如果网页动画能够做到每秒60帧,就会跟显示器同步刷新,达到最佳的视觉效果。这意味着,一秒之内进行60次重新渲染,每次重新渲染的时间不能超过16.66毫秒。

一秒之间能够完成多少次重新渲染,这个指标就被称为"刷新率",英文为FPS(frame per second)。60次重新渲染,就是60FPS。

如果想达到60帧的刷新率,就意味着JavaScript线程每个任务的耗时,必须少于16毫秒。一个解决办法是使用Web Worker,主线程只用于UI渲染,然后跟UI渲染不相干的任务,都放在Worker线程。

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。

左上角有一个灰色的圆点,这是录制按钮,按下它会变成红色。然后,在网页上进行一些操作,再按一次按钮完成录制。

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?

不同的颜色表示不同的事件。

  • 蓝色:网络通信和HTML解析
  • 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。

帧模式(Frames mode)用来查看单个帧的耗时情况。每帧的色柱高度越低越好,表示耗时少。

你可以看到,帧模式有两条水平的参考线。

下面的一条是60FPS,低于这条线,可以达到每秒60帧;上面的一条是30FPS,低于这条线,可以达到每秒30次渲染。如果色柱都超过30FPS,这个网页就有性能问题了。

此外,还可以查看某个区间的耗时情况。

或者点击每一帧,查看该帧的时间构成。

七、window.requestAnimationFrame()

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,不过其他浏览器可以用垫片库

九、参考链接

(完)

一灯学堂

优达学城

留言(47条)

真心的感谢,最近也在学习网页性能方面的知识

大师今天写的这篇非常干货,尤其是对于浏览器重排、重绘那部分,讲得很细啊,起到了扫盲作用,我有个问题想问大师,您是如何知道「读操作」也会触发浏览器重渲染的,有什么工具吗,用Timeline工具可以检测吗?

这些资料太实用了。

@张杨,

我写得不确切。准确地说,写操作之后紧跟一个读操作,就会立刻引发重新渲染。

另外,我不是大师,请不要这样称呼,很不适应。大家都是学习者,互相交流,共同提高。

```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```

这一条规则可以解释:为什么在移动开发时尽量使用```Position:absolute```;而不是```float```来浮动元素

csstriggers.com 这个网站列出了哪些css属性会触发重排、重绘

之前都没想到js的影响,多谢~

我想了好多次,什么时候,该跟阮兄合作一把了,这种庖丁解牛的知识整理持久力,心痒!

又一篇高质量的文章。阮老师太棒了。

看标题以为仅仅是一篇普通的讲解网页性能的文章,看完后才知道内容要比预想的丰富的多。厉害!

刚好昨天想到一个关于性能的问题链接.我不会前端,生活在一个三线城市,身边也没有人可问.我想知道这样的一个耗时的操作(不需要立刻执行显示),有什么办法可以处理这样问题.

总结的太清晰了,赞赞~

引用NestleCaau的发言:

刚好昨天想到一个关于性能的问题链接.我不会前端,生活在一个三线城市,身边也没有人可问.我想知道这样的一个耗时的操作(不需要立刻执行显示),有什么办法可以处理这样问题.

延迟加载js代码。
有兴趣的话可以看下我的这篇文章。
高性能JavaScript:加载和运行

我想rAF函数也是其中的handler函数放在异步队列里!
这样就可以让它们在执行栈里的任务结束后一起在异步队列里执行。

阮老师,我只想用更高的学历证书(视为一个目标)使自己接触某一领域的流程和更高更广的新知识。你能帮忙分析下考MPA为什么要设特定条件吗?我想为自己增加一个提高素养的途径,为什么国家连门都不让进!(我不是管理者)

引用ninetynine的发言:

看标题以为仅仅是一篇普通的讲解网页性能的文章,看完后才知道内容要比预想的丰富的多。厉害!

同感

每次看阮老师的文章总能了解到更多的东西,又开了一扇门。从接触js到现在已经快一年时间了 大部分时间都是在写页面效果之内的东西,想更深入的了解这么门语言。但总找不到一个好的项目去跟。

学到很多东西,谢谢阮一峰老师哈。

满满的干货啊,谢谢博主!

一看内容就知道阮老师也是看了Domenico De Felice的文章~我也对那个ppt进行了翻译,不过没您翻译的好~

非常棒,感谢

另外,visibility : hidden 的元素只对重排有影响,不影响重绘。

这句有点歧义,把元素设置成visibility : hidden后,因为还是占位的,所以应该是只影响重绘,不影响重排吧?

@超人1641:

已改正,谢谢指出。

Paul Irish 大神前几天总结了一下Layout和Reflow, 可以看一下这个post https://t.co/LGLy0gFzMv

读后受益匪浅,发现自己正在写的代码有些问题,明天就去修改。

visibility:hidden 的元素不影响重排?不太明白这点。元素既然占有位置,那么改变它的宽高肯定会影响布局吧。

最近正在做这方面的工作,受益匪浅!谢谢您!

一直有个小疑问,css3动画比js动画性能高吗?

自顶向下的分析,非常干货!赞!

类似dynatrace这样的工具才会 将网页渲染分析的如此详细。感谢你的分享。答疑解惑。

文章写得易懂,赞!

感谢阮老师,谢谢!

引用Min的发言:

一直有个小疑问,css3动画比js动画性能高吗?


CSS3动画改变的是translate的值,不会引起真实的offsetLeft、offsetTop值并没有改变,所以如果不考虑兼容性的情况下,尽量使用CSS3动画

想问下大师,window.requestAnimationFrame;方法在页面中可以多次使用吗?如果多次使用,会有什么影响吗?

通俗易懂, 满满的干货。
学到了很多 赞赞赞!

炫酷!MArk!

深入浅出,赞!

谢谢阮老师,您是我的榜样!

更详细的可以查看 Google Developer 网站的这个教程:https://developers.google.com/web/fundamentals/getting-started/?hl=zh-cn

干货

你的文章里生成过程流程图是webkit内核的流程图 应当标注一下

这正是我所需要的, 哇!!!

用处很大,原本window.requestAnimationFrame()和window.requestIdleCallback()不怎么懂的地方,现在懂了!

为什么和google的不太一样呢!

像素渲染流水线

在编写web页面时,你需要理解你所写的页面代码是如何被转换成屏幕上显示的像素的。
这个转换过程可以归纳为这样的一个流水线,包含五个关键步骤:

JavaScript(DOM) > Style > Layout > Paint > Composite

https://developers.google.com/web/fundamentals/performance/rendering/

https://zhuanlan.zhihu.com/p/25279069

// bad
div.style.left = div.offsetLeft + 10 + "px"; // 重绘1次

// good
var left = div.offsetLeft; //重绘一次
div.style.left = left + 10 + "px"; // 这一行似乎并不会重绘

关于这个我有疑问,似乎浏览器在执行div.style.left的时候并不会触发重绘的,所以bad和good的写法都只是重绘一次而已,并没有性能上的区别呀

如果div.style.[attr]会重绘的话,那么以下代码会触发过渡动画,但是实际上并不会

div.style.height = '0px'
div.style.height = '100px'

如果我是对的希望阮一峰老师能够给我答复,谢谢(因为我一直把阮一峰老师的博客当参考书)

不好意思,我又仔细想了想
// bad
div.style.left = div.offsetLeft + 10 + "px"; //offsetLeft重绘一次
div.style.top = div.offsetTop + 10 + "px"; //offsetTop之前重排一次,再重绘一次

// good
var left = div.offsetLeft; //重绘一次
var top = div.offsetTop; //重绘一次
div.style.left = left + 10 + "px";
div.style.top = top + 10 + "px";

bad重排1次重绘两次
good重排0次重绘两次

good在重排上优于bad
不知道我理解得对不对

大神总是能写到重点,特别干货,又特别通俗易懂。
膜拜。
学习。

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