JS `Chrome DevTools` `Performance` 面板：复杂动画卡顿分析与优化

好的，各位观众老爷们，晚上好！我是你们的老朋友，BUG终结者。今天咱们来聊聊一个让前端工程师闻风丧胆，让UI设计师捶胸顿足的话题：复杂动画卡顿分析与优化，以及我们手中的利器——Chrome DevTools的Performance面板。

准备好了吗？让我们开始这场与卡顿的斗争吧！

第一幕：卡顿的罪魁祸首，你了解多少？

首先，我们需要了解，动画卡顿的本质是什么？简单来说，就是浏览器渲染帧率（FPS）低于60。60FPS意味着每秒钟刷新60次屏幕，每次刷新耗时大约16.67毫秒。如果某个动画帧的渲染时间超过了这个值，就会出现掉帧，也就是我们常说的卡顿。

导致卡顿的原因有很多，但主要可以归纳为以下几类：

CPU密集型任务： 复杂的JavaScript计算、大量的DOM操作、复杂的布局计算等，都会占用CPU时间，导致渲染延迟。
GPU密集型任务： 复杂的CSS效果（如阴影、模糊、3D变换）、大量的纹理绘制等，会占用GPU时间，同样会影响渲染性能。
内存泄漏： 长时间运行的应用，如果没有及时释放内存，会导致内存占用越来越高，最终影响性能。
阻塞主线程： 一些耗时的操作（如同步XHR请求、大量的同步IO操作）会阻塞主线程，导致页面无法响应用户操作，甚至崩溃。
不合理的动画实现方式： 使用JavaScript来驱动动画，可能会因为JavaScript的执行效率问题导致卡顿。

第二幕：Performance面板，你的专属侦探

Chrome DevTools的Performance面板，就像一位经验丰富的侦探，能够帮助我们找出卡顿的真凶。让我们来熟悉一下它的主要功能：

Record（录制）： 点击录制按钮，开始记录页面运行时的性能数据。
Stop（停止）： 点击停止按钮，结束录制，并生成性能报告。
Timeline（时间轴）： 显示页面在一段时间内的性能数据，包括CPU、GPU、内存、网络等。
Flame Chart（火焰图）： 以图形化的方式展示函数调用栈，帮助我们找出性能瓶颈。
Summary（摘要）： 汇总性能数据，提供性能分析建议。
Bottom-Up（自底向上）： 以函数为单位，展示函数的执行时间，帮助我们找出耗时函数。
Call Tree（调用树）： 以调用树的形式展示函数的执行时间，帮助我们了解函数之间的调用关系。
Event Log（事件日志）： 记录页面发生的各种事件，如鼠标点击、键盘输入、网络请求等。

第三幕：实战演练，手把手教你抓BUG

光说不练假把式，让我们通过一个实际的例子来演示如何使用Performance面板分析和优化卡顿。

假设我们有一个简单的页面，其中包含一个复杂的动画：

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
  <title>卡顿动画示例</title>
  <style>
    #container {
      width: 300px;
      height: 300px;
      position: relative;
      overflow: hidden;
    }

    .box {
      width: 50px;
      height: 50px;
      background-color: red;
      position: absolute;
      animation: move 5s linear infinite;
    }

    @keyframes move {
      0% {
        left: 0;
        top: 0;
      }
      25% {
        left: 250px;
        top: 0;
      }
      50% {
        left: 250px;
        top: 250px;
      }
      75% {
        left: 0;
        top: 250px;
      }
      100% {
        left: 0;
        top: 0;
      }
    }

  </style>
</head>
<body>
  <div id="container">
    <div class="box"></div>
  </div>
</body>
</html>

这个动画使用CSS animation让一个红色方块在容器中循环移动。但是，如果我们在页面中添加大量的方块，就会发现动画变得非常卡顿。

const container = document.getElementById('container');

for (let i = 0; i < 500; i++) {
  const box = document.createElement('div');
  box.classList.add('box');
  container.appendChild(box);
}

现在，让我们使用Performance面板来分析这个问题：

打开Chrome DevTools，切换到Performance面板。
点击Record按钮，开始录制。
等待几秒钟，让动画运行一段时间。
点击Stop按钮，停止录制。

Performance面板会生成一份详细的性能报告。我们需要重点关注以下几个方面：

Frames（帧）： 查看帧率是否稳定在60FPS左右。如果帧率低于60FPS，说明动画存在卡顿。
Main（主线程）： 查看主线程的活动情况。如果主线程长时间处于繁忙状态，说明存在CPU密集型任务。
GPU（GPU）： 查看GPU的活动情况。如果GPU长时间处于繁忙状态，说明存在GPU密集型任务。
Rendering（渲染）： 查看渲染过程的耗时情况。如果渲染时间过长，说明存在渲染性能问题。

通过分析性能报告，我们可以发现，主线程的活动非常频繁，大量的DOM操作和布局计算占用了大量的CPU时间，导致动画卡顿。

第四幕：对症下药，优化卡顿的妙招

找到了卡顿的原因，接下来就是对症下药，优化动画性能。以下是一些常用的优化技巧：

减少DOM操作： 尽量减少DOM操作的次数。可以使用DocumentFragment、批量更新DOM等方式来优化DOM操作。

例如，我们可以使用DocumentFragment来优化上面的代码：

const container = document.getElementById('container');
const fragment = document.createDocumentFragment();

for (let i = 0; i < 500; i++) {
  const box = document.createElement('div');
  box.classList.add('box');
  fragment.appendChild(box);
}

container.appendChild(fragment);

使用CSS transitions或animations： 尽量使用CSS transitions或animations来驱动动画，而不是使用JavaScript。CSS动画由浏览器底层优化，性能通常更好。

我们上面的例子已经使用了CSS animation，但是我们可以尝试使用will-change属性来进一步优化：
```
.box {
  will-change: transform; /* 告诉浏览器元素将要发生变化 */
  /* ... 其他样式 */
}
```
使用transform和opacity： 尽量使用transform和opacity来改变元素的位置和透明度，而不是使用left、top等属性。transform和opacity不会触发layout和paint，性能更好。

在上面的例子中，我们使用了left和top属性来改变方块的位置。我们可以尝试使用transform: translate()来代替：
```
@keyframes move {
  0% {
    transform: translate(0, 0);
  }
  25% {
    transform: translate(250px, 0);
  }
  50% {
    transform: translate(250px, 250px);
  }
  75% {
    transform: translate(0, 250px);
  }
  100% {
    transform: translate(0, 0);
  }
}
```
避免layout和paint： 尽量避免触发layout和paint。layout和paint是浏览器渲染过程中最耗时的操作。
- Layout (布局)： 浏览器计算元素的位置和大小。
- Paint (绘制)： 浏览器将元素绘制到屏幕上。
可以通过以下方式来避免layout和paint：
- 避免读取会导致强制回流的属性： 例如，offsetWidth、offsetHeight、scrollTop等。
- 避免频繁修改DOM结构： 尽量批量更新DOM。
- 使用transform和opacity来改变元素的位置和透明度。
使用requestAnimationFrame： 如果必须使用JavaScript来驱动动画，请使用requestAnimationFrame。requestAnimationFrame可以让浏览器在每一帧绘制之前执行回调函数，从而保证动画的流畅性。
```
function animate() {
  // 执行动画逻辑
  requestAnimationFrame(animate);
}

requestAnimationFrame(animate);
```
减少不必要的重绘： 如果只需要更新页面的一部分，可以使用 shouldComponentUpdate (React) 或类似机制来避免不必要的重绘。
使用Web Workers： 对于复杂的计算任务，可以使用Web Workers将计算任务放到后台线程中执行，避免阻塞主线程。
节流 (Throttle) 和防抖 (Debounce)： 针对频繁触发的事件（例如 scroll、resize），使用节流和防抖技术来减少事件处理函数的执行频率。

第五幕：更高级的技巧，成为动画大师

除了以上常用的优化技巧，还有一些更高级的技巧可以帮助我们进一步提升动画性能：

使用Canvas或WebGL： 对于复杂的图形渲染，可以使用Canvas或WebGL。Canvas和WebGL可以直接操作像素，性能通常比DOM更好。
使用硬件加速： 确保浏览器开启了硬件加速。硬件加速可以将渲染任务交给GPU来处理，从而提升性能。
使用Performance Monitoring API： 使用Performance Monitoring API可以实时监控页面的性能数据，帮助我们及时发现和解决性能问题。
代码分割： 将代码分割成更小的块，按需加载，可以减少初始加载时间，并避免长时间阻塞主线程。

总结：

优化动画性能是一个持续的过程，需要我们不断地学习和实践。Chrome DevTools的Performance面板是我们的利器，可以帮助我们找出卡顿的真凶，并制定相应的优化方案。

记住，没有银弹！不同的场景需要不同的优化策略。我们需要根据实际情况，选择合适的优化技巧。

一些额外的Tips:

问题类型	常见原因	解决方案
DOM 操作过多	频繁添加/删除 DOM 节点、修改 DOM 属性	使用 DocumentFragment、批量更新 DOM、避免强制回流、使用 innerHTML (谨慎)、使用虚拟 DOM (如 React, Vue)
CSS 计算复杂	使用复杂的 CSS 选择器、大量的 CSS 规则、触发 Reflow 的 CSS 属性 (例如 `width`, `height`, `left`, `top`)	减少 CSS 规则数量、避免使用过于复杂的选择器、使用 `transform` 和 `opacity` 进行动画、使用 `will-change` 提示浏览器优化、避免触发 Reflow 的 CSS 属性、使用 CSS Containment 隔离渲染区域
JavaScript 计算繁重	大量的循环、递归、复杂的算法、频繁的内存分配/释放	使用 Web Workers 将计算任务放到后台线程、优化算法、使用缓存、避免频繁的内存分配/释放、使用 Immutable Data Structures、Code Splitting
资源加载缓慢	图片过大、未压缩、未开启 Gzip、CDN 节点距离用户过远	压缩图片、使用 WebP 格式、开启 Gzip 压缩、使用 CDN 加速、懒加载图片、优化首屏加载速度、使用 Service Workers 缓存资源
内存泄漏	长时间运行的应用中，JavaScript 对象没有被正确释放	检查事件监听器是否被正确移除、检查闭包是否造成内存泄漏、使用 Chrome DevTools 的 Memory 面板进行内存分析、避免全局变量的滥用、及时释放不再使用的对象
不合理的动画实现	使用 JavaScript 实现动画，并且没有使用 `requestAnimationFrame`	使用 CSS Transitions 或 Animations、如果必须使用 JavaScript，则使用 `requestAnimationFrame`
GPU 负担过重	复杂的 3D 变换、大量的阴影、模糊效果、大量的纹理绘制	简化动画效果、减少阴影和模糊的使用、优化纹理大小、使用 Canvas 或 WebGL 进行更高效的渲染、避免过度使用 `filter` 属性
阻塞主线程	同步 XHR 请求、长时间运行的 JavaScript 代码、大量的同步 I/O 操作	使用异步 XHR 请求、使用 Web Workers 处理耗时任务、避免同步 I/O 操作、使用 `async/await` 处理异步操作
渲染阻塞	首次渲染时间过长、CSS 和 JavaScript 阻塞渲染	优化关键渲染路径、减少 CSS 和 JavaScript 的体积、使用 Code Splitting、优化首屏加载速度、使用 `<link rel="preload">` 预加载关键资源、使用 `<link rel="prefetch">` 预加载后续页面需要的资源

好了，今天的讲座就到这里。希望大家能够掌握这些技巧，成为动画优化的高手！记住，卡顿并不可怕，只要我们掌握了方法，就能轻松战胜它！下次再见！祝各位不再有BUG缠身！

发表回复 取消回复

发表回复取消回复