JS `Composite Layer` (合成层) 原理：GPU 加速与合成器线程

各位朋友，大家好！今天咱们来聊聊浏览器里那些“看不见摸不着”，但又至关重要的东西——JS的Composite Layer（合成层）。这玩意儿，说是高深莫测，其实也没那么玄乎，咱们用大白话把它掰开了揉碎了，保证你听完之后，下次面试再被问到，能把面试官唬得一愣一愣的。

开场白：浏览器渲染的那些事儿

咱们先来回忆一下，一个网页是怎么从代码变成你眼前看到的画面的？这是一个复杂的过程，大致可以简化成下面几个步骤：

解析HTML： 浏览器拿到HTML代码，开始吭哧吭哧地解析，构建一个DOM树（Document Object Model）。
构建Render Tree： 接着，浏览器会把DOM树和CSS样式结合起来，生成一个Render Tree。Render Tree包含了所有需要渲染的节点，以及它们的样式信息。
Layout（布局）： 有了Render Tree，浏览器就要计算每个节点在页面上的位置和大小了，这就是Layout，也叫Reflow（回流）。
Paint（绘制）： 计算好位置之后，浏览器就要把每个节点画到屏幕上，这就是Paint。
Composite（合成）： 最后一步，浏览器会将各个层（Layer）按照正确的顺序合并成最终的图像，显示在屏幕上。

今天咱们的主角就是这最后一步——Composite，也就是合成。

什么是Composite Layer？

简单来说，Composite Layer就是浏览器为了优化渲染性能而引入的一种机制。它允许浏览器将页面中的某些元素放到独立的层中进行渲染，而不是所有元素都在同一个层中渲染。

你可以把浏览器想象成一个画家，他要画一幅复杂的画。如果所有的东西都画在同一张画布上，那么每次修改一个地方，画家都要重新画一遍整张画布，效率低下。但是，如果画家把画分成几个图层，比如背景一个图层，人物一个图层，前景一个图层，那么每次修改一个图层，只需要重新画这个图层就可以了，其他图层不受影响。

Composite Layer的作用就类似于画家把画分成图层。每个Composite Layer都有自己的Graphics Context，可以独立进行绘制和渲染。当页面发生变化时，浏览器只需要重新渲染受影响的Composite Layer，然后重新合成这些层，而不需要重新渲染整个页面。

为什么要用Composite Layer？

使用Composite Layer的好处多多，最主要的就是性能优化：

减少重绘（Repaint）和回流（Reflow）： 如果元素不在独立的Composite Layer中，那么当它发生变化时，可能会导致整个页面重新绘制或回流，开销很大。而如果元素在独立的Composite Layer中，那么它的变化只会影响它所在的层，不会影响其他层。
GPU加速： Composite Layer可以利用GPU进行加速渲染，提高渲染性能。GPU擅长处理图形图像，可以将复杂的渲染任务交给GPU处理，减轻CPU的负担。
更好的动画性能： 对于一些动画效果，比如transform、opacity等，如果元素在独立的Composite Layer中，可以利用GPU进行加速，实现更流畅的动画效果。

哪些情况会创建Composite Layer？

浏览器会自动为一些元素创建Composite Layer，或者你可以手动触发创建。常见的情况包括：

拥有3D transform或perspective属性的元素： 比如transform: translate3d(0, 0, 0);或perspective: 1000px;。这是最常见的一种方式，也是性能优化的常用手段。
使用<video>、<iframe>等元素： 这些元素本身就代表一个独立的渲染区域。
使用will-change属性的元素： will-change属性可以提前告诉浏览器，元素可能会发生哪些变化，浏览器可以提前进行优化。
拥有opacity属性且值小于1的元素： 注意，只有opacity小于1才会创建Composite Layer，opacity: 1不会。
拥有filter属性的元素： 比如filter: blur(5px);。
元素被其他Composite Layer覆盖： 如果一个元素被其他Composite Layer覆盖，那么它也会被提升为Composite Layer。

代码示例：如何创建Composite Layer？

最简单的方式就是使用3D transform：

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Composite Layer Example</title>
<style>
.box {
  width: 100px;
  height: 100px;
  background-color: red;
  transition: transform 0.5s ease;
}

.box:hover {
  transform: translate3d(100px, 0, 0); /* 创建Composite Layer */
}
</style>
</head>
<body>
  <div class="box">Hover me!</div>
</body>
</html>

在这个例子中，当鼠标悬停在.box上时，会触发transform属性的变化，从而创建Composite Layer。这样，动画效果就可以利用GPU进行加速，实现更流畅的体验。

你也可以使用will-change属性：

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Composite Layer Example</title>
<style>
.box {
  width: 100px;
  height: 100px;
  background-color: blue;
  transition: opacity 0.5s ease;
  will-change: opacity; /* 告诉浏览器，opacity可能会发生变化 */
}

.box:hover {
  opacity: 0.5; /* 创建Composite Layer */
}
</style>
</head>
<body>
  <div class="box">Hover me!</div>
</body>
</html>

在这个例子中，我们使用will-change: opacity;提前告诉浏览器，opacity属性可能会发生变化。这样，浏览器就可以提前为.box创建Composite Layer，优化动画性能。

Composite Layer的代价

虽然Composite Layer有很多好处，但也不是越多越好。每个Composite Layer都会占用额外的内存和GPU资源。如果创建了过多的Composite Layer，反而会降低性能。所以，在使用Composite Layer时，一定要权衡利弊，只在必要的时候使用。

如何查看Composite Layer？

你可以使用浏览器的开发者工具来查看页面中的Composite Layer。以Chrome为例，打开开发者工具，选择"More tools" -> "Rendering"，然后勾选"Layer borders"和"Paint flashing"。这样，浏览器就会用不同的颜色标记出页面中的Composite Layer，以及哪些区域发生了重绘。

合成器线程（Compositor Thread）

现在，我们来聊聊合成器线程。前面说过，Composite Layer可以利用GPU进行加速渲染。而合成器线程就是负责将各个Composite Layer合成最终图像，并提交给GPU进行渲染的线程。

合成器线程是一个独立的线程，与主线程（负责执行JavaScript代码）并行运行。这意味着，即使主线程正在执行复杂的JavaScript代码，合成器线程仍然可以继续合成和渲染Composite Layer，从而保证页面的流畅性。

合成器线程的工作流程

接收更新： 合成器线程接收来自主线程的Composite Layer更新信息，比如位置、大小、样式等。
合成： 合成器线程根据更新信息，将各个Composite Layer合成最终图像。
栅格化（Rasterization）： 合成器线程将合成后的图像分割成小块（Tile），然后将这些Tile交给GPU进行栅格化处理。栅格化就是将矢量图形转换成像素的过程。
提交到GPU： 合成器线程将栅格化后的Tile提交到GPU进行渲染。
显示： GPU将渲染后的Tile显示在屏幕上。

合成器线程的优势

并行处理： 合成器线程与主线程并行运行，可以充分利用多核CPU的优势，提高渲染性能。
异步处理： 合成器线程采用异步处理方式，不会阻塞主线程的执行，保证页面的响应性。
GPU加速： 合成器线程可以将渲染任务交给GPU处理，减轻CPU的负担，提高渲染性能。

Composite Layer与合成器线程的关系

Composite Layer是合成器线程工作的基础。合成器线程负责将各个Composite Layer合成最终图像，并提交给GPU进行渲染。如果没有Composite Layer，合成器线程就无从下手。

你可以把Composite Layer想象成一个个独立的拼图块，而合成器线程就是负责将这些拼图块拼成一幅完整的画。

总结

咱们今天聊了JS的Composite Layer和合成器线程，内容有点多，但希望你能记住以下几点：

Composite Layer是浏览器为了优化渲染性能而引入的一种机制，它可以将页面中的某些元素放到独立的层中进行渲染。
创建Composite Layer可以减少重绘和回流，利用GPU进行加速，提高动画性能。
常见创建Composite Layer的方式包括使用3D transform、will-change属性、<video>、<iframe>等元素。
Composite Layer也不是越多越好，要权衡利弊，只在必要的时候使用。
合成器线程负责将各个Composite Layer合成最终图像，并提交给GPU进行渲染。
合成器线程与主线程并行运行，采用异步处理方式，可以充分利用多核CPU的优势，提高渲染性能。

希望今天的分享对你有所帮助！下次面试再被问到Composite Layer，你就大胆地秀出你的知识储备吧！

彩蛋：一些最佳实践

避免过度使用Composite Layer： 不要为了优化性能而滥用Composite Layer，过多的Composite Layer反而会降低性能。
合理使用will-change属性： will-change属性可以提前告诉浏览器，元素可能会发生哪些变化，但也不要过度使用，只在必要的时候使用。
尽量使用transform和opacity进行动画： transform和opacity是性能最好的动画属性，可以利用GPU进行加速。
使用contain属性： contain属性可以限制元素的影响范围，减少重绘和回流。

一个关于composite layer和contain属性的例子:

假设我们有一个复杂的网页，包含一个导航栏和一个内容区域。导航栏包含多个按钮，当鼠标悬停在按钮上时，按钮的背景颜色会发生变化。内容区域包含大量的文本和图片。

如果没有使用Composite Layer和contain属性，当鼠标悬停在导航栏的按钮上时，可能会导致整个页面重新绘制，因为浏览

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