前端性能优化（CSS动画篇）

摘要：前瞻目前正在探究通过的多线程来提供更好的动画效果，而不会触发重布局及样式重计算结论动画给予了页面丰富的视觉体验。最好提前申明动画，这样能让浏览器提前对动画进行优化。

正巧看到在送书，于是乎找了找自己博客上记录过的一些东西来及其无耻的蹭书了~~~

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最近拜读了一下html5rocks上几位大神写的一篇关于CSS3动画性能优化的文章，学到了很多，在这里记录一下，其中的知识都是来源于这俩篇文章，我只是截取了其中比较关注的内容出来，原文地址High Performance Animations及Accelerated Rendering in Chrome

现代浏览器在使用CSS3动画时，以下四种情形绘制的效率较高，分别是：
* 改变位置
* 改变大小
* 旋转
* 改变透明度

首先要了解CSS的图层的概念（Chrome浏览器）

浏览器在渲染一个页面时，会将页面分为很多个图层，图层有大有小，每个图层上有一个或多个节点。在渲染DOM的时候，浏览器所做的工作实际上是：
1. 获取DOM后分割为多个图层
2. 对每个图层的节点计算样式结果（Recalculate style--样式重计算）
3. 为每个节点生成图形和位置（Layout--回流和重布局）
4. 将每个节点绘制填充到图层位图中（Paint Setup和Paint--重绘）
5. 图层作为纹理上传至GPU
6. 符合多个图层到页面上生成最终屏幕图像（Composite Layers--图层重组）

Chrome中满足以下任意情况就会创建图层：
* 3D或透视变换（perspective transform）CSS属性
* 使用加速视频解码的节点
* 拥有3D（WebGL）上下文或加速的2D上下文的节点
* 混合插件（如Flash）
* 对自己的opacity做CSS动画或使用一个动画webkit变换的元素
* 拥有加速CSS过滤器的元素
* 元素有一个包含复合层的后代节点（一个元素拥有一个子元素，该子元素在自己的层里）
* 元素有一个z-index较低且包含一个复合层的兄弟元素（换句话说就是该元素在复合层上面渲染）

需要注意的是，如果图层中某个元素需要重绘，那么整个图层都需要重绘。比如一个图层包含很多节点，其中有个gif图，gif图的每一帧，都会重回整个图层的其他节点，然后生成最终的图层位图。所以这需要通过特殊的方式来强制gif图属于自己一个图层（translateZ(0)或者translate3d(0,0,0)），CSS3的动画也是一样（好在绝大部分情况浏览器自己会为CSS3动画的节点创建图层）

简化一下上述过程，每一帧动画浏览器可能需要做如下工作：
1. 计算需要被加载到节点上的样式结果（Recalculate style--样式重计算）
2. 为每个节点生成图形和位置（Layout--回流和重布局）
3. 将每个节点填充到图层中（Paint Setup和Paint--重绘）
4. 组合图层到页面上（Composite Layers--图层重组）

如果我们需要使得动画的性能提高，需要做的就是减少浏览器在动画运行时所需要做的工作。最好的情况是，改变的属性仅仅印象图层的组合，变换（transform）和透明度（opacity）就属于这种情况

现代浏览器如Chrome，Firefox，Safari和Opera都对变换和透明度采用硬件加速，但IE10+不是很确定是否硬件加速

有些节点，当你改变他时，会需要重新布局（这也意味着需要重新计算其他被影响的节点的位置和大小）。这种情况下，被影响的DOM树越大（可见节点），重绘所需要的时间就会越长，而渲染一帧动画的时间也相应变长。所以需要尽力避免这些属性

一些常用的改变时会触发重布局的属性：
盒子模型相关属性会触发重布局：
* width
* height
* padding
* margin
* display
* border-width
* border
* min-height

定位属性及浮动也会触发重布局：
* top
* bottom
* left
* right
* position
* float
* clear

改变节点内部文字结构也会触发重布局：
* text-align
* overflow-y
* font-weight
* overflow
* font-family
* line-height
* vertival-align
* white-space
* font-size

这么多常用属性都会触发重布局，可以看到，他们的特点就是可能修改整个节点的大小或位置，所以会触发重布局

如果在网页中使用CSS的类来对节点做状态标记，当这些节点的状态标记类修改时，将会触发节点的重绘和重布局。所以在节点上使用CSS类来做状态比较是代价很昂贵的

修改时只触发重绘的属性有：
* color
* border-style
* border-radius
* visibility
* text-decoration
* background
* background-image
* background-position
* background-repeat
* background-size
* outline-color
* outline
* outline-style
* outline-width
* box-shadow

这样可以看到，这些属性都不会修改节点的大小和位置，自然不会触发重布局，但是节点内部的渲染效果进行了改变，所以只需要重绘就可以了

在重绘时，这些节点会被加载到GPU中进行重绘，这对移动设备如手机的影响还是很大的。因为CPU不如台式机或笔记本电脑，所以绘画巫妖的时间更长。而且CPU与GPU之间的有较大的带宽限制，所以纹理的上传需要一定时间

需要注意的是，上面那些触发重绘的属性里面没有opacity（透明度），很奇怪不是吗？实际上透明度的改变后，GPU在绘画时只是简单的降低之前已经画好的纹理的alpha值来达到效果，并不需要整体的重绘。不过这个前提是这个被修改opacity本身必须是一个图层，如果图层下还有其他节点，GPU也会将他们透明化

在Blink和WebKit的浏览器中，一当一个节点被设定了透明度的相关过渡效果或动画时，浏览器会将其作为一个多带带的图层，但很多开发者使用translateZ(0)或者translate3d(0,0,0)去使浏览器创建图层。这种方式可以消除在动画开始之前的图层创建时间，使得动画尽快开始（创建图层和绘制图层还是比较慢的），而且不会随着抗锯齿而导出突变。不过这种方法需要节制，否则会因为创建过多的图层导致崩溃

Chrome中，非根图层以及透明图层使用grayscale antialiasing而不是subpixel antialiasing，如果抗锯齿方法变化，这个效果将会非常显著。如果你打算预处理一个节点而不打算等到动画开始，可以通过这种强迫浏览器创建图层的方式进行

我们通过节点的transform可以修改节点的位置、旋转、大小等。我们平常会使用left和top属性来修改节点的位置，但正如上面所述，left和top会触发重布局，修改时的代价相当大。取而代之的更好方法是使用translate，这个不会触发重布局

我们经常面临一个抉择：是使用JavaScript的动画还是使用CSS的动画，下面将对比一下这两种方式

缺点：JavaScript在浏览器的主线程中运行，而其中还有很多其他需要运行的JavaScript、样式计算、布局、绘制等对其干扰。这也就导致了线程可能出现阻塞，从而造成丢帧的情况。

优点：JavaScript的动画与CSS预先定义好的动画不同，可以在其动画过程中对其进行控制：开始、暂停、回放、中止、取消都是可以做到的。而且一些动画效果，比如视差滚动效果，只有JavaScript能够完成

缺点：缺乏强大的控制能力。而且很难以有意义的方式结合到一起，使得动画变得复杂且易于出问题。
优点：浏览器可以对动画进行优化。它必要时可以创建图层，然后在主线程之外运行。

Google目前正在探究通过JS的多线程（Web Workers）来提供更好的动画效果，而不会触发重布局及样式重计算

动画给予了页面丰富的视觉体验。我们应该尽力避免使用会触发重布局和重绘的属性，以免失帧。最好提前申明动画，这样能让浏览器提前对动画进行优化。由于GPU的参与，现在用来做动画的最好属性是如下几个：
* opacity
* translate
* rotate
* scale

也许会有一些新的方式使得可以使用JavaScript做出更好的没有限制的动画，而且不用担心主线程的阻塞问题。但在那之前，还是好好考虑下如何做出流畅的动画吧