CSS `Layout Thrashing` (强制同步布局) 的避免与性能瓶颈分析

各位观众老爷，晚上好！我是今天的主讲人，咱们今天聊聊前端性能优化的一个老生常谈但又容易被忽略的话题：CSS Layout Thrashing，江湖人称“强制同步布局”，或者更通俗点儿，“布局抖动”。

这玩意儿听着高大上，实际上干的事儿就是让浏览器一会儿算布局，一会儿算样式，一会儿又回去算布局，来回折腾，白白浪费性能。咱们今天就来扒一扒它的底裤，看看它到底是怎么发生的，又该如何避免，以及怎么分析性能瓶颈。

一、啥是Layout Thrashing？（形象一点的解释）

想象一下，你正在组装一个乐高模型。正常情况下，你是先看图纸（DOM），然后找到对应的积木（CSS），再把它们拼起来（Layout）。这是个顺畅的过程。

但是，如果你的朋友（JavaScript）一直捣乱，一会儿问你：“第一个积木拼对了没？”，一会儿又问：“第二个积木的颜色是什么？”，你每次都要停下手里的活儿，重新检查图纸和积木，然后再继续拼。这样一来，你的组装效率肯定会大大降低。

Layout Thrashing 就是这个捣乱的朋友，它让浏览器不得不频繁地进行回流（Reflow，也叫Layout）和重绘（Repaint），导致页面卡顿。

二、Layout Thrashing是怎么发生的？（代码示例）

Layout Thrashing 通常发生在 JavaScript 代码中，当你试图在修改 DOM 之后立即读取 DOM 的布局信息时，浏览器就可能被迫进行强制同步布局。

2.1 典型案例：循环读取 offsetHeight

function calculateTotalHeight() {
  let totalHeight = 0;
  const elements = document.querySelectorAll('.item');

  for (let i = 0; i < elements.length; i++) {
    // 强制同步布局：每次循环都读取 offsetHeight，触发回流
    totalHeight += elements[i].offsetHeight;
  }

  return totalHeight;
}

console.log('Total height:', calculateTotalHeight());

这段代码的问题在于，每次循环都读取 offsetHeight 属性。offsetHeight 属于布局信息，需要浏览器进行布局计算才能得到。由于 JavaScript 修改了 DOM (比如添加了新的 .item 元素) 后，浏览器还没有进行布局，当你读取 offsetHeight 时，浏览器会被迫立即进行一次布局，以确保你获取的是最新的值。

2.2 另一个例子：修改样式后立即读取

const element = document.getElementById('myElement');

// 修改样式
element.style.width = '200px';

// 立即读取 offsetWidth
const width = element.offsetWidth; // 触发回流

console.log('Width:', width);

这段代码也是类似的问题，先修改了元素的宽度，然后立即读取元素的宽度。

三、为什么要避免Layout Thrashing？（性能影响）

Layout Thrashing 会严重影响页面性能，主要体现在以下几个方面：

CPU 占用率高： 频繁的回流和重绘会占用大量的 CPU 资源，导致页面卡顿，甚至崩溃。
响应速度慢： 用户操作需要等待浏览器完成布局计算才能得到响应，降低用户体验。
耗电量增加： 频繁的计算会导致设备耗电量增加，尤其是在移动设备上。

可以用一张表格来简单概括：

影响因素	具体表现	影响程度
CPU占用率	页面卡顿，动画不流畅	高
响应速度	用户操作延迟，交互体验差	高
耗电量	设备电量消耗加快 (尤其移动设备)	中
渲染阻塞	其他渲染任务需要等待回流完成才能执行，阻塞渲染流水线	中

四、如何避免Layout Thrashing？（最佳实践）

避免 Layout Thrashing 的核心思想是：尽量减少回流和重绘的次数。

4.1 批量读取，缓存结果

不要在循环中读取布局信息，而是在循环之前一次性读取所有需要的信息，并缓存起来。

function calculateTotalHeightOptimized() {
  let totalHeight = 0;
  const elements = document.querySelectorAll('.item');
  const heights = []; // 缓存高度

  // 先一次性读取所有元素的高度
  for (let i = 0; i < elements.length; i++) {
    heights.push(elements[i].offsetHeight);
  }

  // 再进行计算
  for (let i = 0; i < heights.length; i++) {
    totalHeight += heights[i];
  }

  return totalHeight;
}

console.log('Total height (optimized):', calculateTotalHeightOptimized());

这段代码先将所有元素的 offsetHeight 缓存到 heights 数组中，然后再进行计算。这样就避免了在循环中重复读取布局信息，减少了回流的次数。

4.2 使用 DocumentFragment

如果要批量修改 DOM，可以使用 DocumentFragment。DocumentFragment 是一个轻量级的 DOM 节点，它可以包含多个子节点，但是它不会被添加到文档树中。当你将 DocumentFragment 添加到文档树时，只会触发一次回流和重绘。

function addItems(count) {
  const fragment = document.createDocumentFragment();

  for (let i = 0; i < count; i++) {
    const item = document.createElement('div');
    item.className = 'item';
    item.textContent = `Item ${i + 1}`;
    fragment.appendChild(item);
  }

  document.getElementById('container').appendChild(fragment);
}

addItems(100);

这段代码先将所有的 .item 元素添加到 DocumentFragment 中，然后再将 DocumentFragment 添加到文档树中。这样就避免了每次添加元素都触发回流和重绘。

4.3 使用 CSS Transforms 代替 Layout Properties

对于一些简单的动画效果，可以使用 CSS Transforms（例如 translate、scale、rotate）来代替修改布局属性（例如 width、height、top、left）。CSS Transforms 不会触发回流，只会触发重绘，性能更好。

/* 使用 transform 进行位移 */
.element {
  transform: translateX(100px); /* 性能更好 */
  /* left: 100px; 避免使用，会导致回流 */
}

4.4 使用 requestAnimationFrame

requestAnimationFrame 告诉浏览器你希望执行一个动画，并且请求浏览器在下一次重绘之前调用指定的回调函数。使用 requestAnimationFrame 可以确保你的动画在浏览器进行重绘之前执行，避免了不必要的布局计算。

function animate() {
  // 修改样式
  element.style.transform = `translateX(${x}px)`;
  x += 1;

  // 请求下一次动画帧
  requestAnimationFrame(animate);
}

requestAnimationFrame(animate);

4.5 使用 will-change 属性 (谨慎使用)

will-change 属性可以告诉浏览器元素将会发生哪些变化，浏览器可以提前进行优化。但是，will-change 属性应该谨慎使用，过度使用可能会导致性能问题。

.element {
  will-change: transform; /* 告诉浏览器元素将会发生 transform 变化 */
}

4.6 减少 DOM 操作

DOM 操作是昂贵的，尽量减少 DOM 操作的次数。可以使用虚拟 DOM 等技术来优化 DOM 操作。

五、如何分析性能瓶颈？（工具和方法）

当你的页面出现卡顿时，你需要分析性能瓶颈，找出导致 Layout Thrashing 的代码。

5.1 Chrome DevTools Performance 面板

Chrome DevTools Performance 面板是一个强大的性能分析工具。它可以记录页面运行时的各种信息，包括 CPU 使用率、内存使用率、帧率、回流和重绘次数等。

打开 Performance 面板： 在 Chrome 浏览器中，按下 F12 键打开开发者工具，然后选择 Performance 面板。
开始录制： 点击 Performance 面板左上角的 "Record" 按钮开始录制。
执行操作： 在页面上执行你想要分析的操作。
停止录制： 点击 "Stop" 按钮停止录制。
分析结果： Performance 面板会显示一个时间线，你可以通过时间线来查看页面运行时的各种信息。

在时间线上，你可以看到 "Layout" 和 "Paint" 事件。如果 "Layout" 事件的次数很多，或者 "Layout" 事件的时间很长，就说明页面存在 Layout Thrashing 问题。

5.2 使用 console.time 和 console.timeEnd

可以使用 console.time 和 console.timeEnd 来测量代码的执行时间。

console.time('calculateTotalHeight');
calculateTotalHeight();
console.timeEnd('calculateTotalHeight'); // 输出 calculateTotalHeight: 100ms (举例)

5.3 浏览器扩展

有一些浏览器扩展可以帮助你检测 Layout Thrashing，例如 "Layout Shift Regions" 扩展。

六、一些更深入的思考 (进阶内容)

JavaScript 引擎的优化： 现代 JavaScript 引擎会对代码进行优化，例如内联缓存（Inline Caching）等。这些优化可以减少 Layout Thrashing 的影响。
硬件加速： 浏览器可以使用硬件加速来提高渲染性能。例如，可以使用 CSS Transforms 来触发硬件加速。
渲染流水线： 了解浏览器的渲染流水线可以帮助你更好地理解 Layout Thrashing 的原理。渲染流水线包括以下几个步骤：
1. 解析 HTML 和 CSS
2. 构建 DOM 树和 CSSOM 树
3. 将 DOM 树和 CSSOM 树合并成渲染树
4. 布局（Layout）：计算每个元素的位置和大小
5. 绘制（Paint）：将元素绘制到屏幕上

七、总结 (重要的事情说三遍!)

Layout Thrashing 是一个常见的性能问题，但是通过合理的代码编写和工具的使用，我们可以有效地避免它。

避免在循环中读取布局信息。
使用 DocumentFragment 批量修改 DOM。
使用 CSS Transforms 代替 Layout Properties。
使用 requestAnimationFrame。
使用 Chrome DevTools Performance 面板分析性能瓶颈。

记住，性能优化是一个持续的过程，需要不断地学习和实践。希望今天的分享能对大家有所帮助！

最后，感谢各位的观看！下次有机会再见！

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