网页性能管理详解

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。

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)

留言(55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。

老师文章都很精辟,很好

四-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。

我对这句话的理解是,属性visibility值为hidden的元素,改变其任意属性,不会影响重排。。

我想峰哥的原意,应该是,增删元素的visibility:hidden;属性,对元素的重排没有影响吧。

一个前端的新人,感谢大牛们的分享

"visibility : hidden的元素只对重绘有影响,不影响重排。"这句话是什么意思,没有理解。元素消失了,不会触发重排么?望有大神帮助解释,谢谢。

引用Rivalsa的发言:

"visibility : hidden的元素只对重绘有影响,不影响重排。"这句话是什么意思,没有理解。元素消失了,不会触发重排么?望有大神帮助解释,谢谢。

visibility 属性规定元素是否可见。

提示:即使不可见的元素也会占据页面上的空间。请使用 "display" 属性来创建不占据页面空间的不可见元素。

var margin = parseInt(div.style.marginTop);
为什么读取属性还会引发重排??

引用张杨的发言:

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?

原文如下:

After the first change to the color property, the manipulation has been added to the accumulating queue.Then, we ask for the style of that element to give us an answer, the browser will trigger the batch execution of the queue.We are forcing an early repaint of the page.

就是说浏览器会有一个队列,属性的改变会被加入到队列中,等到一定时机(咱也不知道是啥时机,玄学吧)一起执行,但是现在你设置完属性马上读取,浏览器只能立马告诉你了,相当于没走那个缓冲队列

Timeline 现在已经改叫 Performance

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