CSS `GPU Texture Caching` 对 `filter` / `backdrop-filter` 性能的影响

各位前端的靓仔靓女们，晚上好！我是今晚的主讲人，江湖人称“CSS老司机”。今天咱们不飙车，聊点更刺激的——CSS GPU Texture Caching 对 filter 和 backdrop-filter 性能的影响。

在座的各位肯定都用过 filter 和 backdrop-filter，一个给元素自身加滤镜，一个给元素背后的区域加滤镜，效果那是杠杠的。但是，用多了，你会发现页面卡顿了，动画掉帧了，用户体验直线下降。为啥？因为滤镜这玩意儿，它吃性能啊！而GPU Texture Caching，就是解决这个性能问题的关键所在。

啥是GPU Texture Caching？

首先，我们得明白一个概念：GPU Texture。简单来说，你可以把GPU Texture想象成GPU显存里的一块“画布”，用来存储图像数据，比如纹理、渲染结果等等。GPU Texture caching 就是 GPU 将这些 texture 缓存起来，以便下次需要的时候可以直接使用，而不用重新计算。

想象一下，你每天早上都要画个美美的妆，如果每次都从素颜开始，那得花多少时间？但如果你把前一天画好的底妆“缓存”起来，第二天直接在上面加点腮红和口红，是不是快多了？GPU Texture caching 就有点像这个意思，它能缓存滤镜的渲染结果，避免重复计算。

`filter` 和 `backdrop-filter` 为啥吃性能？

filter 和 backdrop-filter 本质上都是图像处理操作，它们需要对元素或者元素背后的像素进行计算，才能产生最终的视觉效果。这个计算过程是很耗费 GPU 资源的。

例如，一个简单的 blur(5px) 滤镜，就需要对每个像素周围的像素进行加权平均，才能得到模糊的效果。如果页面上有大量的元素都使用了滤镜，或者滤镜的参数设置得很高（比如很大的模糊半径），那么 GPU 的压力就会非常大，导致页面卡顿。

更糟糕的是，如果这些滤镜效果是动态变化的，比如通过 JavaScript 改变滤镜的参数，那么 GPU 就需要不断地重新计算，性能问题会更加严重。

GPU Texture Caching 如何提升性能？

GPU Texture Caching 的作用在于，它可以把滤镜的渲染结果缓存到 GPU 的显存中。下次需要使用相同的滤镜效果时，直接从缓存中读取，而不用重新计算。这样就大大减少了 GPU 的负担，提升了性能。

举个例子，假设你有一个按钮，当鼠标悬停在上面时，会添加一个 blur(3px) 的滤镜。如果没有 GPU Texture Caching，每次鼠标悬停上去，GPU 都要重新计算模糊效果。但如果有了 GPU Texture Caching，第一次鼠标悬停时，GPU 会把模糊的结果缓存起来。以后每次鼠标悬停，直接从缓存中读取，速度就快多了。

如何触发 GPU Texture Caching？

触发 GPU Texture Caching 的条件比较复杂，不同的浏览器和 GPU 可能会有不同的策略。但是，一般来说，以下几点可以帮助你更好地利用 GPU Texture Caching：

使用 will-change 属性： will-change 属性可以提前告诉浏览器，某个元素可能会发生变化，让浏览器提前做好优化准备。对于使用了 filter 或 backdrop-filter 的元素，可以尝试添加 will-change: filter 或 will-change: backdrop-filter。
```
.element {
  filter: blur(5px);
  will-change: filter; /* 提示浏览器，filter 可能会发生变化 */
}

.backdrop {
  backdrop-filter: blur(5px);
  will-change: backdrop-filter; /* 提示浏览器，backdrop-filter 可能会发生变化 */
}
```
使用 transform: translateZ(0) 或 transform: translate3d(0, 0, 0)： 这两个技巧可以强制开启硬件加速，让元素在独立的 layer 中渲染。独立的 layer 更有利于 GPU Texture Caching 的发挥。
```
.element {
  filter: blur(5px);
  transform: translateZ(0); /* 强制开启硬件加速 */
}

.backdrop {
  backdrop-filter: blur(5px);
  transform: translate3d(0, 0, 0); /* 强制开启硬件加速 */
}
```
避免频繁修改滤镜参数： 频繁修改滤镜参数会导致 GPU 不断地重新计算，无法充分利用 GPU Texture Caching。如果需要动态改变滤镜效果，尽量使用 CSS transitions 或 animations，而不是 JavaScript 直接修改样式。
尽量使用简单的滤镜效果： 复杂的滤镜效果需要更多的计算资源，即使有 GPU Texture Caching，也可能会导致性能问题。尽量选择简单的滤镜效果，或者优化滤镜的参数。
注意元素的层叠上下文： 元素的层叠上下文也会影响 GPU Texture Caching 的效果。一般来说，独立的层叠上下文更有利于 GPU Texture Caching 的发挥。你可以通过设置 position: relative、z-index 等属性来创建新的层叠上下文。

代码示例

下面是一些代码示例，演示如何使用 will-change 和 transform 属性来优化 filter 和 backdrop-filter 的性能。

示例 1：优化 filter 性能

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Filter Performance Optimization</title>
<style>
.container {
  width: 200px;
  height: 200px;
  background-color: lightblue;
  margin: 20px;
  transition: filter 0.3s ease; /* 添加过渡效果 */
}

.container:hover {
  filter: blur(5px);
}

/* 优化后的代码 */
.optimized-container {
  width: 200px;
  height: 200px;
  background-color: lightblue;
  margin: 20px;
  transition: filter 0.3s ease; /* 添加过渡效果 */
  will-change: filter; /* 提示浏览器，filter 可能会发生变化 */
  transform: translateZ(0); /* 强制开启硬件加速 */
}

.optimized-container:hover {
  filter: blur(5px);
}
</style>
</head>
<body>

<div class="container">
  Normal Container
</div>

<div class="optimized-container">
  Optimized Container
</div>

</body>
</html>

在这个例子中，我们创建了两个容器。第一个容器使用了简单的 filter 属性，而第二个容器则添加了 will-change: filter 和 transform: translateZ(0) 来优化性能。你可以通过浏览器的开发者工具来观察它们的渲染性能差异。

示例 2：优化 backdrop-filter 性能

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Backdrop-filter Performance Optimization</title>
<style>
body {
  background-image: url("https://via.placeholder.com/400");
  background-size: cover;
}

.backdrop-container {
  width: 200px;
  height: 200px;
  margin: 20px;
  background-color: rgba(255, 255, 255, 0.5);
  backdrop-filter: blur(5px);
}

/* 优化后的代码 */
.optimized-backdrop-container {
  width: 200px;
  height: 200px;
  margin: 20px;
  background-color: rgba(255, 255, 255, 0.5);
  backdrop-filter: blur(5px);
  will-change: backdrop-filter; /* 提示浏览器，backdrop-filter 可能会发生变化 */
  transform: translateZ(0); /* 强制开启硬件加速 */
}
</style>
</head>
<body>

<div class="backdrop-container">
  Normal Backdrop
</div>

<div class="optimized-backdrop-container">
  Optimized Backdrop
</div>

</body>
</html>

这个例子与上一个例子类似，只是使用了 backdrop-filter 属性。同样，你可以通过浏览器的开发者工具来观察它们的渲染性能差异。

性能测试与分析

理论说了一大堆，不如来点实际的。如何测试 filter 和 backdrop-filter 的性能呢？这里推荐几种方法：

浏览器的开发者工具： 现代浏览器都提供了强大的开发者工具，可以用来分析页面的渲染性能。你可以使用 Performance 面板来记录页面的渲染过程，查看 GPU 的使用情况，以及查找性能瓶颈。
FPS 计数器： 在页面上添加一个 FPS 计数器，可以实时显示页面的帧率。如果帧率低于 60 FPS，说明页面存在性能问题。
Lighthouse： Lighthouse 是 Google 提供的一个开源工具，可以用来评估页面的性能、可访问性、SEO 等方面。Lighthouse 也会对使用了 filter 和 backdrop-filter 的页面进行性能分析，并给出优化建议。

在进行性能测试时，可以分别测试没有优化、只使用了 will-change 优化、只使用了 transform 优化、以及同时使用了 will-change 和 transform 优化的情况，对比它们的性能差异。

一般来说，同时使用 will-change 和 transform 优化，可以获得最佳的性能效果。

总结与建议

GPU Texture Caching 是提升 filter 和 backdrop-filter 性能的重要手段。通过合理地使用 will-change 和 transform 属性，可以更好地利用 GPU Texture Caching，减少 GPU 的负担，提升页面的渲染性能。

当然，GPU Texture Caching 并不是万能的。对于复杂的滤镜效果，或者频繁修改滤镜参数的情况，即使有 GPU Texture Caching，也可能会出现性能问题。因此，在实际开发中，还需要结合具体的场景，选择合适的滤镜效果，并进行充分的性能测试和优化。

为了方便大家理解，我把今天讲的内容整理成一个表格：

优化手段	作用	使用场景	注意事项
`will-change: filter`	提示浏览器 `filter` 属性可能会发生变化，提前做好优化准备。	所有使用了 `filter` 属性的元素，特别是那些会动态改变 `filter` 属性的元素。	不要过度使用 `will-change` 属性，否则可能会适得其反。
`will-change: backdrop-filter`	提示浏览器 `backdrop-filter` 属性可能会发生变化，提前做好优化准备。	所有使用了 `backdrop-filter` 属性的元素，特别是那些会动态改变 `backdrop-filter` 属性的元素。	不要过度使用 `will-change` 属性，否则可能会适得其反。
`transform: translateZ(0)` / `transform: translate3d(0, 0, 0)`	强制开启硬件加速，让元素在独立的 layer 中渲染。	所有使用了 `filter` 或 `backdrop-filter` 属性的元素，特别是那些性能瓶颈比较明显的元素。	有些浏览器可能不支持硬件加速，或者硬件加速可能会导致一些副作用（比如字体渲染问题）。
避免频繁修改滤镜参数	减少 GPU 的计算量，充分利用 GPU Texture Caching。	所有使用了 `filter` 或 `backdrop-filter` 属性的元素，特别是那些会动态改变 `filter` 或 `backdrop-filter` 属性的元素。	如果必须动态改变滤镜参数，尽量使用 CSS transitions 或 animations，而不是 JavaScript 直接修改样式。
尽量使用简单的滤镜效果	减少 GPU 的计算量。	所有使用了 `filter` 或 `backdrop-filter` 属性的元素。	在保证视觉效果的前提下，尽量选择简单的滤镜效果。
注意元素的层叠上下文	独立的层叠上下文更有利于 GPU Texture Caching 的发挥。	所有使用了 `filter` 或 `backdrop-filter` 属性的元素。	通过设置 `position: relative`、`z-index` 等属性来创建新的层叠上下文。

Q&A环节

好了，今天的分享就到这里。接下来是Q&A环节，大家有什么问题，尽管提出来，我保证知无不言，言无不尽！别客气，问吧！

最后，希望今天的分享对大家有所帮助。记住，优化 CSS 性能，是一场持久战，需要我们不断学习和实践。加油！