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CSS `Chrome DevTools` `Performance` 面板 `Main Thread Flame Chart` CSS 部分

各位前端同僚，晚上好！我是今晚的“性能优化之夜”主讲人，很高兴能和大家一起深入探讨 Chrome DevTools Performance 面板中的 Main Thread Flame Chart，特别是 CSS 部分。咱们的目标是：看完这篇文章，下次看到那个火焰图，不再两眼一抹黑，而是能指点江山，侃侃而谈！

咱们先热个身，了解一下火焰图的基本概念，然后逐渐深入到 CSS 相关的优化。

Part 1: 火焰图是什么鬼？

火焰图，顾名思义，长得像火焰一样。它是一种可视化工具，用于展示程序在一段时间内的执行情况。火焰的高度代表执行时间，越宽的“火焰”，意味着这段代码执行的时间越长，很可能就是性能瓶颈所在。

在 Chrome DevTools 的 Performance 面板中，Main Thread Flame Chart 专门展示了浏览器主线程的活动。主线程负责处理用户交互、解析 HTML/CSS/JavaScript、渲染页面等等。如果主线程阻塞了，用户就会感觉到卡顿。

Part 2: CSS 在火焰图中的角色

CSS 在火焰图中扮演着重要角色。样式计算、布局（Layout）、绘制（Paint）都与 CSS 息息相关。如果 CSS 写得不好，会导致这些操作耗时过长，从而拖慢整个页面。

在火焰图中，你可能会看到以下与 CSS 相关的条目：

  • Recalculate Style: 样式重新计算。当 DOM 元素或 CSS 规则发生变化时，浏览器需要重新计算元素的样式。
  • Layout: 布局，也称为重排（Reflow）。计算元素的位置和大小，构建渲染树。
  • Paint: 绘制，也称为重绘（Repaint）。将渲染树转换为屏幕上的像素。
  • Composite Layers: 合成图层。将不同的图层合并成最终的图像。

Part 3: 深入火焰图：CSS 性能瓶颈分析

现在，咱们来模拟一些场景，看看在火焰图中如何识别 CSS 造成的性能问题。

Scenario 1: 样式计算（Recalculate Style）耗时过长

  • 问题描述： 在火焰图中，Recalculate Style 部分占据了很大一块，颜色鲜艳夺目，让人无法忽视。

  • 可能原因：

    • CSS 选择器效率低： 使用了过于复杂的选择器，例如：div > ul > li:nth-child(odd) > a span。这种选择器需要浏览器花费大量时间来匹配元素。
    • 强制同步布局： 在 JavaScript 中读取了元素的样式信息，然后立即修改了元素的样式，导致浏览器被迫进行同步布局。
    • 样式覆盖过多： 多个 CSS 规则重复定义了同一个属性，导致浏览器需要多次计算。

  • 解决方案：

    • 优化 CSS 选择器： 尽量使用简单的选择器，避免嵌套过深。可以考虑使用 class 或 id 来代替复杂的选择器。

      /* Bad */
div > ul > li:nth-child(odd) > a span {
  color: red;
}

/* Good */
.special-link {
  color: red;
}

/* HTML */
<div>
  <ul>
    <li><a href="#"><span class="special-link">Link</span></a></li>
  </ul>
</div>

    • 避免强制同步布局： 尽量批量修改样式，避免频繁地读取和修改样式信息。如果必须读取样式信息，可以考虑使用 requestAnimationFrame 来延迟执行修改样式的操作。

      // Bad
element.style.width = '100px';
console.log(element.offsetWidth); // 强制同步布局
element.style.height = '200px';

// Good
requestAnimationFrame(() => {
  element.style.width = '100px';
  element.style.height = '200px';
});
console.log(element.offsetWidth); // 不会强制同步布局

    • 精简 CSS 规则： 删除不必要的 CSS 规则，避免重复定义同一个属性。可以使用 CSS Lint 工具来检查 CSS 代码。

  • 代码示例：

    <!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>CSS Optimization Example</title>
<style>
/* Bad - Inefficient selector */
body div ul li:nth-child(even) a {
    color: blue;
}

/* Good - Efficient selector */
.even-link {
    color: green;
}

/* Bad - Excessive Overriding */
.box {
    width: 100px;
    height: 100px;
    background-color: red;
}

.box {
    width: 100px;
    height: 100px;
    background-color: blue; /* Overrides the previous color */
}
</style>
</head>
<body>
<div>
<ul>
    <li><a href="#">Link 1</a></li>
    <li><a href="#" class="even-link">Link 2</a></li>
    <li><a href="#">Link 3</a></li>
    <li><a href="#" class="even-link">Link 4</a></li>
</ul>
<div class="box"></div>
</div>
</body>
</html>

    在这个例子中，观察不同选择器的性能影响，以及重复定义样式可能带来的开销。

Scenario 2: 布局（Layout）耗时过长

  • 问题描述： 在火焰图中，Layout 部分占据了很大一块，而且频繁发生。

  • 可能原因：

    • 频繁的 DOM 操作： 在 JavaScript 中频繁地添加、删除、修改 DOM 元素，导致浏览器需要频繁地进行布局。
    • 强制布局： 在 JavaScript 中读取了元素的布局信息（例如：offsetWidth、offsetHeight），导致浏览器被迫进行布局。
    • 使用了影响布局的 CSS 属性： 例如：width、height、margin、padding、position 等。修改这些属性会导致浏览器重新计算元素的位置和大小。

  • 解决方案：

    • 减少 DOM 操作： 尽量减少 DOM 操作的次数。可以使用 DocumentFragment 来批量添加 DOM 元素。

      // Bad
for (let i = 0; i < 100; i++) {
  const element = document.createElement('div');
  element.textContent = i;
  document.body.appendChild(element);
}

// Good
const fragment = document.createDocumentFragment();
for (let i = 0; i < 100; i++) {
  const element = document.createElement('div');
  element.textContent = i;
  fragment.appendChild(element);
}
document.body.appendChild(fragment);

    • 避免强制布局： 尽量避免在 JavaScript 中读取元素的布局信息。如果必须读取，可以考虑缓存结果。

    • 使用 transform 和 opacity 代替 width 和 height： transform 和 opacity 不会触发布局，只会触发绘制和合成。

      /* Bad */
.element {
  width: 100px;
  height: 100px;
}

/* Good */
.element {
  transform: scale(1); /* Equivalent to width: 100px; height: 100px; */
  opacity: 1;
}

  • 代码示例：

    <!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Layout Optimization Example</title>
<style>
.box {
    width: 100px;
    height: 100px;
    background-color: red;
    transition: width 0.5s; /* Triggers layout on width change */
}

.box-transformed {
    width: 100px;
    height: 100px;
    background-color: blue;
    transform: scale(1); /* Doesn't trigger layout */
    transition: transform 0.5s;
}
</style>
</head>
<body>
<div class="box" id="box1"></div>
<div class="box-transformed" id="box2"></div>
<button onclick="changeWidth()">Change Width (Layout)</button>
<button onclick="changeTransform()">Change Transform (No Layout)</button>

<script>
function changeWidth() {
    document.getElementById('box1').style.width = '200px';
}

function changeTransform() {
    document.getElementById('box2').style.transform = 'scale(2)';
}
</script>
</body>
</html>

    观察点击按钮后，width 变化和 transform 变化在火焰图中的不同表现。

Scenario 3: 绘制（Paint）耗时过长

  • 问题描述： 在火焰图中，Paint 部分占据了很大一块，而且频繁发生。

  • 可能原因：

    • 使用了昂贵的 CSS 属性： 例如：box-shadow、border-radius、filter、opacity 等。这些属性需要浏览器花费大量时间来绘制。
    • 过度绘制： 多个元素重叠在一起，导致浏览器需要多次绘制同一个区域。
    • 频繁的重绘： 元素的样式发生了变化，导致浏览器需要重新绘制。

  • 解决方案：

    • 避免使用昂贵的 CSS 属性： 尽量使用简单的 CSS 属性，例如：background-color、color、font-size 等。如果必须使用昂贵的 CSS 属性，可以考虑使用图片或 SVG 来代替。

      /* Bad */
.element {
  box-shadow: 0 0 10px rgba(0, 0, 0, 0.5);
}

/* Good */
.element {
  /* Use a PNG image instead of box-shadow */
  background-image: url('shadow.png');
}

    • 减少过度绘制： 尽量避免元素重叠在一起。可以使用 z-index 来控制元素的层叠顺序。

    • 使用 will-change 提示浏览器： will-change 属性可以告诉浏览器元素将要发生的变化，从而让浏览器提前进行优化。

      .element {
  will-change: transform; /* Hint that the element will be transformed */
}

  • 代码示例：

    <!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Paint Optimization Example</title>
<style>
.box {
    width: 100px;
    height: 100px;
    background-color: red;
}

.box-shadow {
    width: 100px;
    height: 100px;
    background-color: blue;
    box-shadow: 5px 5px 10px rgba(0, 0, 0, 0.5); /* Expensive to paint */
}

.box-will-change {
    width: 100px;
    height: 100px;
    background-color: green;
    transform: translateX(0); /* Initial transform */
    transition: transform 0.5s;
    will-change: transform; /* Hint for optimization */
}
</style>
</head>
<body>
<div class="box"></div>
<div class="box-shadow"></div>
<div class="box-will-change" id="willChangeBox"></div>

<button onclick="moveBox()">Move Box (will-change)</button>

<script>
function moveBox() {
    document.getElementById('willChangeBox').style.transform = 'translateX(100px)';
}
</script>
</body>
</html>

    观察 box-shadow 和 will-change 在火焰图中的影响。

Scenario 4: 合成图层（Composite Layers）问题

  • 问题描述： 火焰图中，Composite Layers 时间过长，或者图层数量过多。

  • 可能原因：

    • 不必要的图层： 浏览器会为某些元素创建新的图层，例如使用了 transform、opacity、filter 等属性的元素。过多的图层会增加合成的开销。
    • 图层爆炸： 不合理的 CSS 规则导致创建了大量的图层，例如在循环中为每个元素都添加 transform 属性。

  • 解决方案：

    • 避免创建不必要的图层： 只在必要的时候使用 transform、opacity、filter 等属性。
    • 合并图层： 尽量将多个元素放在同一个图层中。可以使用 contain: paint; 来强制元素创建一个新的图层。
    • 使用 backface-visibility: hidden;： 在某些情况下，可以避免绘制元素的背面。

  • 代码示例：

    <!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Composite Layers Optimization Example</title>
<style>
.container {
    width: 300px;
    height: 300px;
    position: relative;
}

.item {
    width: 50px;
    height: 50px;
    background-color: red;
    position: absolute;
}

/* Bad - Creates many layers */
.item-transformed {
    transform: translateZ(0); /* Forces a new layer for each item */
}

/* Good - Fewer layers */
.container-transformed {
    transform: translateZ(0); /* Forces a new layer for the container */
}
</style>
</head>
<body>
<h1>Without Container Transform</h1>
<div class="container">
    <div class="item item-transformed" style="left: 0; top: 0;"></div>
    <div class="item item-transformed" style="left: 60px; top: 0;"></div>
    <div class="item item-transformed" style="left: 120px; top: 0;"></div>
</div>

<h1>With Container Transform</h1>
<div class="container container-transformed">
    <div class="item" style="left: 0; top: 0;"></div>
    <div class="item" style="left: 60px; top: 0;"></div>
    <div class="item" style="left: 120px; top: 0;"></div>
</div>
</body>
</html>

    第一个例子中，每个 .item-transformed 都会创建一个新的图层。第二个例子中，.container-transformed 创建一个图层，所有的 .item 都在这个图层中。

Part 4: 工具与技巧

  • CSS Lint： 一款 CSS 代码检查工具，可以帮助你发现 CSS 代码中的潜在问题。
  • Performance 面板的其他功能： 除了 Main Thread Flame Chart，Performance 面板还提供了其他功能，例如：Summary、Bottom-Up、Call Tree 等，可以帮助你更全面地了解性能瓶颈。
  • Lighthouse： 一款自动化工具，可以帮助你评估网站的性能、可访问性、SEO 等方面。
  • Chrome DevTools 的 Layers 面板： 可以查看页面中的图层信息，帮助你分析图层问题。

Part 5: 总结

CSS 性能优化是一个复杂而重要的课题。通过 Chrome DevTools 的 Performance 面板，特别是 Main Thread Flame Chart，我们可以深入了解 CSS 代码对页面性能的影响，并采取相应的优化措施。

记住，优化是一个持续的过程。我们需要不断地学习和实践，才能写出高性能的 CSS 代码，为用户提供更好的体验。

一些建议:

优化点 说明 示例
减少重排/重绘 尽量避免导致重排和重绘的操作。 使用 transform 代替 left/top 改变元素位置, 使用 opacity 代替 visibility: hidden/visible 进行显示隐藏
优化选择器 避免使用复杂的 CSS 选择器，尽量使用 class 和 id。 避免 div > ul > li:nth-child(odd) > a span 这种复杂选择器，使用 .special-link class 代替.
减少 DOM 操作 减少 DOM 操作次数，批量更新 DOM。 使用 DocumentFragment 一次性添加多个 DOM 节点.
使用 will-change 提前告知浏览器哪些属性将会改变，让浏览器提前优化。 will-change: transform;
避免阻塞渲染 确保关键 CSS 先加载，避免阻塞首次渲染。 使用 <link rel="preload" as="style" href="critical.css"> 预加载关键 CSS。
合理使用图层 理解图层创建的条件，避免创建过多不必要的图层。 使用 contain: paint; 创建图层，或者使用 transform: translateZ(0); 强制硬件加速。
谨慎使用昂贵属性 某些 CSS 属性（box-shadow, border-radius, filter 等）开销较大，谨慎使用。 尽量使用简单的 CSS 属性，或者使用图片替代复杂效果。
利用缓存 对于不经常变化的 CSS 资源，设置合理的缓存策略。 设置 Cache-Control 和 Expires HTTP 头部。
代码压缩 压缩 CSS 文件，减少文件大小。 使用 cssnano 或其他 CSS 压缩工具。
代码分割 将 CSS 代码分割成多个文件，按需加载。 将通用 CSS 和特定页面 CSS 分开，只在特定页面加载需要的 CSS。

好了，今天的分享就到这里。希望大家有所收获，下次看到火焰图的时候，不再感到害怕，而是充满信心！ 谢谢大家！

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