JS `MutationObserver` 性能考量：避免不必要的 DOM 树遍历

各位观众，大家好！我是今天的主讲人，咱们今天就来聊聊 JavaScript 中 MutationObserver 这个“小妖精”，以及如何驯服它，让它别没事儿闲逛你的 DOM 树，影响性能。

MutationObserver：DOM 世界的“狗仔队”

首先，我们得认识一下 MutationObserver 是个啥。简单来说，它就像一个 DOM 世界里的“狗仔队”，专门盯着你的 HTML 元素，一旦发现有什么风吹草动（比如属性变了、文本内容改了、子节点增删了），它就会立刻告诉你。

这玩意儿听起来很酷炫，对不对？你可以用它来做各种各样的事情，比如：

监听某个元素的属性变化，动态更新界面。
检测第三方库是否偷偷修改了你的 DOM 结构。
实现一些高级的 UI 组件，比如虚拟滚动列表。

但是，就像真正的狗仔队一样，MutationObserver 如果用不好，也会给你带来麻烦。它会不停地扫描你的 DOM 树，消耗大量的 CPU 资源，导致页面卡顿，性能下降。

为什么 MutationObserver 会影响性能？

MutationObserver 的性能问题主要来源于以下几个方面：

DOM 树遍历： 当你创建一个 MutationObserver 对象时，它会开始监听你指定的 DOM 节点及其子节点。这意味着它需要不断地遍历 DOM 树，检查是否有任何变化。如果你的 DOM 树非常庞大，这个遍历过程就会非常耗时。
回调函数执行： 一旦 MutationObserver 发现有变化，它就会立刻执行你指定的回调函数。如果你的回调函数逻辑非常复杂，或者频繁地触发回调函数，也会导致性能问题。
微任务队列： MutationObserver 的回调函数是在微任务队列中执行的。如果你的微任务队列中有很多其他的任务，MutationObserver 的回调函数可能会被延迟执行，导致页面更新不及时。

如何避免不必要的 DOM 树遍历？

既然 MutationObserver 的性能问题主要来源于 DOM 树遍历，那么我们就应该尽量避免不必要的遍历。下面是一些常用的技巧：

精确指定监听目标： 不要监听整个 document 或 body 元素，而是尽可能地指定监听目标。比如，如果你只关心某个 div 元素的内容变化，就只监听这个 div 元素。

合理配置 MutationObserverInit： MutationObserverInit 对象用于配置 MutationObserver 的行为。你可以通过配置 MutationObserverInit 对象，来限制 MutationObserver 监听的变化类型和范围。

属性	描述
`childList`	设置为 `true` 以监听目标节点直接子节点的添加或删除。
`attributes`	设置为 `true` 以监听目标节点属性的更改。
`characterData`	设置为 `true` 以监听目标节点（如果它是 `CharacterData` 节点，例如 `Text` 节点）的数据更改。
`subtree`	设置为 `true` 以监听目标节点后代节点中的更改。这会显著增加性能开销，请谨慎使用！
`attributeOldValue`	设置为 `true` 以在属性更改时，将更改前的属性值传递给回调函数。只有在 `attributes` 设置为 `true` 时才有意义。
`characterDataOldValue`	设置为 `true` 以在 `characterData` 更改时，将更改前的数据传递给回调函数。只有在 `characterData` 设置为 `true` 时才有意义。
`attributeFilter`	一个属性名称字符串的数组。仅监听这些属性的更改。只有在 `attributes` 设置为 `true` 时才有意义。可以显著减少不必要的触发。

举个例子，如果你只想监听某个 div 元素的 class 属性变化，可以这样配置：

const targetNode = document.getElementById('myDiv');

const config = {
  attributes: true,
  attributeFilter: ['class']
};

const callback = function(mutationsList, observer) {
  for(const mutation of mutationsList) {
    if (mutation.type === 'attributes' && mutation.attributeName === 'class') {
      console.log('The class attribute was modified.');
    }
  }
};

const observer = new MutationObserver(callback);
observer.observe(targetNode, config);

在这个例子中，我们只监听了 class 属性的变化，而忽略了其他属性的变化，从而减少了不必要的 DOM 树遍历。

避免使用 subtree: true： subtree: true 会让 MutationObserver 监听目标节点的所有后代节点。这会导致大量的 DOM 树遍历，严重影响性能。除非你有非常充分的理由，否则应该尽量避免使用 subtree: true。

如果必须监听后代节点的变化，可以考虑使用多个 MutationObserver 对象，分别监听不同的节点。这样可以更精确地控制监听范围，减少不必要的遍历。

例如，如果你需要监听一个 ul 元素及其所有 li 元素的添加和删除，可以这样做：

const ulNode = document.getElementById('myList');

// 监听 ul 元素的子节点变化
const ulObserver = new MutationObserver(function(mutationsList, observer) {
  for(const mutation of mutationsList) {
    if (mutation.type === 'childList') {
      console.log('A child node has been added or removed from the UL.');
    }
  }
});

ulObserver.observe(ulNode, { childList: true });

// 监听每个 li 元素的子节点变化 (假设 li 元素有文本节点)
const liObservers = [];

function createLiObserver(liNode) {
    const liObserver = new MutationObserver(function(mutationsList, observer) {
        for(const mutation of mutationsList) {
            if (mutation.type === 'characterData') {
                console.log('Text content changed in an LI.');
            }
        }
    });
    liObserver.observe(liNode, { characterData: true, subtree: true }); // 注意这里subtree: true 是安全的，因为只监听文本节点
    liObservers.push(liObserver);
}

// 初始化时监听已有的 li 元素
ulNode.querySelectorAll('li').forEach(li => createLiObserver(li));

// 监听 ul 元素的子节点添加，并为新的 li 元素创建 observer
const ulObserver2 = new MutationObserver(function(mutationsList, observer) {
    for (const mutation of mutationsList) {
        if (mutation.type === 'childList') {
            mutation.addedNodes.forEach(node => {
                if (node.nodeName === 'LI') {
                    createLiObserver(node);
                }
            });
        }
    }
});
ulObserver2.observe(ulNode, { childList: true });

// 在不再需要监听时，断开所有 observer
function disconnectObservers() {
    ulObserver.disconnect();
    ulObserver2.disconnect();
    liObservers.forEach(observer => observer.disconnect());
}

这个例子中，我们使用了一个 MutationObserver 对象来监听 ul 元素的子节点变化，并使用另一个 MutationObserver 对象来监听每个 li 元素的文本内容变化。这样可以避免使用 subtree: true，从而减少不必要的 DOM 树遍历。虽然代码复杂了，但是性能提升是显著的。

使用 attributeFilter 优化属性监听： 如果你只关心某些属性的变化，可以使用 attributeFilter 属性来指定要监听的属性。这样可以避免监听所有属性的变化，从而减少不必要的 DOM 树遍历。

例如，如果你只想监听 div 元素的 class 和 style 属性变化，可以这样配置：
```
const targetNode = document.getElementById('myDiv');

const config = {
  attributes: true,
  attributeFilter: ['class', 'style']
};

const observer = new MutationObserver(callback);
observer.observe(targetNode, config);
```

使用debounce或throttle来限制回调频率: MutationObserver的回调函数可能会频繁触发，尤其是在批量更新DOM时。使用debounce或throttle可以限制回调函数的执行频率，减少CPU消耗。

function debounce(func, delay) {
  let timeoutId;
  return function(...args) {
    clearTimeout(timeoutId);
    timeoutId = setTimeout(() => {
      func.apply(this, args);
    }, delay);
  };
}

const targetNode = document.getElementById('myDiv');

const config = {
  attributes: true,
  attributeFilter: ['class']
};

const callback = function(mutationsList, observer) {
  // 你的回调逻辑
  console.log('The class attribute was modified.');
};

const debouncedCallback = debounce(callback, 200); // 200ms的延迟

const observer = new MutationObserver(debouncedCallback);
observer.observe(targetNode, config);

优化回调函数

即使你已经尽力减少了 DOM 树遍历，回调函数的性能仍然可能是一个瓶颈。以下是一些优化回调函数的技巧：

避免在回调函数中执行耗时操作： 回调函数应该尽可能地简洁高效。如果需要在回调函数中执行耗时操作，可以考虑将其放在一个 Web Worker 中执行，或者使用 requestAnimationFrame 来延迟执行。

批量处理 MutationRecord： MutationObserver 的回调函数会接收一个 MutationRecord 数组，其中包含了所有发生的 mutation。你可以批量处理这些 MutationRecord，而不是逐个处理。

const callback = function(mutationsList, observer) {
  // 批量处理 MutationRecord
  const changedNodes = new Set();
  for(const mutation of mutationsList) {
    if (mutation.type === 'childList') {
      mutation.addedNodes.forEach(node => changedNodes.add(node));
      mutation.removedNodes.forEach(node => changedNodes.add(node));
    } else if (mutation.type === 'attributes') {
      changedNodes.add(mutation.target);
    }
  }

  // 对 changedNodes 进行处理
  changedNodes.forEach(node => {
    // ...
  });
};

使用 requestAnimationFrame： 如果回调函数需要更新 UI，可以使用 requestAnimationFrame 来延迟更新，从而避免阻塞主线程。
```
const callback = function(mutationsList, observer) {
  requestAnimationFrame(() => {
    // 更新 UI
    // ...
  });
};
```

其他注意事项

及时断开 MutationObserver： 当你不再需要监听某个 DOM 节点时，应该及时断开 MutationObserver。否则，它会一直监听下去，消耗资源。可以使用 observer.disconnect() 方法来断开 MutationObserver。
避免循环依赖： 如果你的回调函数会修改 DOM 结构，可能会导致 MutationObserver 再次触发回调函数，从而形成循环依赖。为了避免这种情况，你可以在回调函数中暂停 MutationObserver，然后在修改 DOM 结构之后再恢复它。
```
const callback = function(mutationsList, observer) {
  observer.disconnect(); // 暂停监听

  // 修改 DOM 结构
  // ...

  observer.observe(targetNode, config); // 恢复监听
};
```
使用性能分析工具： 使用 Chrome DevTools 等性能分析工具，可以帮助你找出 MutationObserver 的性能瓶颈。你可以使用 Timeline 工具来查看 MutationObserver 的回调函数执行时间，以及 DOM 树遍历的时间。

总结

MutationObserver 是一个强大的工具，可以用来监听 DOM 变化。但是，如果使用不当，它也会导致性能问题。为了避免这些问题，你应该：

精确指定监听目标。
合理配置 MutationObserverInit。
避免使用 subtree: true。
优化回调函数。
及时断开 MutationObserver。
避免循环依赖。
使用性能分析工具。

希望今天的讲座对大家有所帮助！记住，驯服 MutationObserver 这个“小妖精”，关键在于精细控制，避免不必要的遍历，让它乖乖地为你服务。谢谢大家！

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