重绘与回流

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2021-03-07

浏览器渲染机制

浏览器采用流式布局模型（Flow Based Layout）
浏览器会把HTML解析成DOM，把CSS解析成CSSOM，DOM和CSSOM合并就产生了渲染树（Render Tree）。
有了RenderTree，我们就知道了所有节点的样式，然后计算他们在页面上的大小和位置，最后把节点绘制到页面上。
由于浏览器使用流式布局，对Render Tree的计算通常只需要遍历一次就可以完成，但table及其内部元素除外，他们可能需要多次计算，通常要花3倍于同等元素的时间，这也是为什么要避免使用table布局的原因之一。

重绘与回流

当元素的样式发生变化时，浏览器需要触发更新，重新绘制元素。这个过程中，有两种类型的操作，即重绘与回流。

重绘

由于节点的几何属性发生改变或者由于样式发生改变而不会影响布局的，称为重绘，例如outline, visibility, color、background-color等，重绘的代价是高昂的，因为浏览器必须验证DOM树上其他节点元素的可见性。
当元素样式的改变不影响布局时，浏览器将使用重绘对元素进行更新，此时由于只需要UI层面的更新绘制，因此损耗较少。

回流

回流是布局或者几何属性需要改变就称为回流。回流是影响浏览器性能的关键因素，因为其变化涉及到部分页面（或是整个页面）的布局更新。一个元素的回流可能会导致了其所有子元素以及DOM中紧随其后的节点、祖先节点元素的随后的回流。
当元素的尺寸、结构或触发某些属性时，浏览器会重新渲染页面，称为回流。此时，浏览器需要重新经过计算，计算后还需要重新页面布局，因为是较重的操作。会触发回流的操作：

页面初次渲染
浏览器窗口大小改变
元素尺寸、位置、内容发生改变
元素字体大小变化
添加或者删除课件的DOM元素
激活CSS伪类(:hover、:active、:link、:visited)
查询某些属性或调用某些方法
- clientWidth、clientHeight、clientTop、clientLeft
- offsetWidth、offsetHeight、offsetTop、offsetLeft
- scrollWidth、scrollHeight、scrollTop、scrollLeft
- getComputedStyle()
- getBoundingClientRect()
- scrollTop()

<body>
  <div class="app">
    <h4>我的组件</h4>
    <p><strong>错误：</strong>错误的描述…</p>
    <h5>错误纠正</h5>
    <ul>
      <li>第一步</li>
      <li>第二步</li>
    </ul>
  </div>
</body>

在上面的HTML片段中，对该段落(<p>标签)回流将会引发强烈的回流，因为它是一个子节点。这也导致了祖先的回流（div.error和body – 视浏览器而定）。此外，<h5>和<ol>也会有简单的回流，因为其在DOM中在回流元素之后。大部分的回流将导致页面的重新渲染。

回流必定会发生重绘，重绘不一定会引发回流。
重绘的开销较小，回流的代价较高。

最佳实践： CSS:

避免使用table布局
将动画效果应用到position属性为absolute或fixed的元素上

JavaScript:

避免频繁操作样式，可汇总后统一一次修改
尽量使用class进行样式操作
减少DOM的增删次数，可使用字符串或documentFragment文档碎片一次性插入
极限优化时，修改样式可将其display: none; 后修改
避免多次触发上面提到的那些会触发回流的方法，可以的话尽量使用变量存贮

浏览器优化

现代浏览器大多都是通过队列机制来批量更新布局，浏览器会把修改操作放在队列中，至少一个浏览器刷新（即16.6ms）才会清空队列，但当你获取布局信息的时候，队列中可能有会影响这些属性或方法返回值的操作，即使没有，浏览器也会强制清空队列，触发回流与重绘来确保返回正确的值。
主要包括以下属性或方法：

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

所以，我们应该避免频繁的使用上述的属性，他们都会强制渲染刷新队列。

如何减少重绘与回流？

CSS

使用 transform 替代 top
使用 visibility 替换 display: none ，因为前者只会引起重绘，后者会引发回流（改变了布局
避免使用table布局，可能很小的一个小改动会造成整个 table 的重新布局。
尽可能在DOM树的最末端改变class，回流是不可避免的，但可以减少其影响。尽可能在DOM树的最末端改变class，可以限制了回流的范围，使其影响尽可能少的节点。
避免设置多层内联样式，CSS 选择符从右往左匹配查找，避免节点层级过多。

<div>
  <a> <span></span> </a>
</div>
<style>
  span {
    color: red;
  }
  div > a > span {
    color: red;
  }
</style>

对于第一种设置样式的方式来说，浏览器只需要找到页面中所有的 span 标签然后设置颜色，但是对于第二种设置样式的方式来说，浏览器首先需要找到所有的 span 标签，然后找到 span 标签上的 a 标签，最后再去找到 div 标签，然后给符合这种条件的 span 标签设置颜色，这样的递归过程就很复杂。所以我们应该尽可能的避免写过于具体的 CSS 选择器，然后对于 HTML 来说也尽量少的添加无意义标签，保证层级扁平。

将动画效果应用到position属性为absolute或fixed的元素上，避免影响其他元素的布局，这样只是一个重绘，而不是回流，同时，控制动画速度可以选择 requestAnimationFrame，详见探讨 requestAnimationFrame。
避免使用CSS表达式，可能会引发回流。
将频繁重绘或者回流的节点设置为图层，图层能够阻止该节点的渲染行为影响别的节点，例如will-change、video、iframe等标签，浏览器会自动将该节点变为图层。
CSS3 硬件加速（GPU加速），使用css3硬件加速，可以让transform、opacity、filters这些动画不会引起回流重绘。但是对于动画的其它属性，比如background-color这些，还是会引起回流重绘的，不过它还是可以提升这些动画的性能。

JavaScript

避免频繁操作样式，最好一次性重写style属性，或者将样式列表定义为class并一次性更改class属性。
避免频繁操作DOM，创建一个documentFragment，在它上面应用所有DOM操作，最后再把它添加到文档中。
避免频繁读取会引发回流/重绘的属性，如果确实需要多次使用，就用一个变量缓存起来。
对具有复杂动画的元素使用绝对定位，使它脱离文档流，否则会引起父元素及后续元素频繁回流。

浏览器重绘与重排的区别？

重排: 部分渲染树（或者整个渲染树）需要重新分析并且节点尺寸需要重新计算，表现为重新生成布局，重新排列元素
重绘: 由于节点的几何属性发生改变或者由于样式发生改变，例如改变元素背景色时，屏幕上的部分内容需要更新，表现为某些元素的外观被改变

单单改变元素的外观，肯定不会引起网页重新生成布局，但当浏览器完成重排之后，将会重新绘制受到此次重排影响的部分重排和重绘代价是高昂的，它们会破坏用户体验，并且让UI展示非常迟缓，而相比之下重排的性能影响更大，在两者无法避免的情况下，一般我们宁可选择代价更小的重绘。『重绘』不一定会出现『重排』，『重排』必然会出现『重绘』。

如何触发重排和重绘？

任何改变用来构建渲染树的信息都会导致一次重排或重绘：

添加、删除、更新DOM节点
通过display: none隐藏一个DOM节点-触发重排和重绘
通过visibility: hidden隐藏一个DOM节点-只触发重绘，因为没有几何变化
移动或者给页面中的DOM节点添加动画
添加一个样式表，调整样式属性
用户行为，例如调整窗口大小，改变字号，或者滚动。

如何避免重绘或者重排？

集中改变样式

我们往往通过改变class的方式来集中改变样式

// 判断是否是黑色系样式
const theme = isDark ? 'dark' : 'light'

// 根据判断来设置不同的class
ele.setAttribute('className', theme)

使用DocumentFragment

我们可以通过createDocumentFragment创建一个游离于DOM树之外的节点，然后在此节点上批量操作，最后插入DOM树中，因此只触发一次重排

var fragment = document.createDocumentFragment();

for (let i = 0;i<10;i++){
  let node = document.createElement("p");
  node.innerHTML = i;
  fragment.appendChild(node);
}

document.body.appendChild(fragment);

提升为合成层

将元素提升为合成层有以下优点：

合成层的位图，会交由 GPU 合成，比 CPU 处理要快
当需要 repaint 时，只需要 repaint 本身，不会影响到其他的层
对于 transform 和 opacity 效果，不会触发 layout 和 paint

提升合成层的最好方式是使用 CSS 的 will-change 属性：

#target {
  will-change: transform;
}

如何进行渲染优化？

禁止使用iframe（阻塞父文档onload事件）
- iframe会阻塞主页面的Onload事件
- 搜索引擎的检索程序无法解读这种页面，不利于SEO
- iframe和主页面共享连接池，而浏览器对相同域的连接有限制，所以会影响页面的并行加载
- 使用iframe之前需要考虑这两个缺点。如果需要使用iframe，最好是通过javascript
- 动态给iframe添加src属性值，这样可以绕开以上两个问题
禁止使用gif图片实现loading效果（降低CPU消耗，提升渲染性能）
使用CSS3代码代替JS动画（尽可能避免重绘重排以及回流）
对于一些小图标，可以使用base64位编码，以减少网络请求。但不建议大图使用，比较耗费CPU
- 小图标优势在于
  - 减少HTTP请求
  - 避免文件跨域
  - 修改及时生效
页面头部的<style></style><script></script> 会阻塞页面；（因为 Renderer进程中 JS线程和渲染线程是互斥的）
页面中空的 href 和 src 会阻塞页面其他资源的加载 (阻塞下载进程)
网页Gzip，CDN托管，data缓存，图片服务器
前端模板 JS+数据，减少由于HTML标签导致的带宽浪费，前端用变量保存AJAX请求结果，每次操作本地变量，不用请求，减少请求次数
用innerHTML代替DOM操作，减少DOM操作次数，优化javascript性能
当需要设置的样式很多时设置className而不是直接操作style
少用全局变量、缓存DOM节点查找的结果。减少IO读取操作
图片预加载，将样式表放在顶部，将脚本放在底部加上时间戳
对普通的网站有一个统一的思路，就是尽量向前端优化、减少数据库操作、减少磁盘IO