深入解析 `DOM` 渲染引擎的 `Layout`, `Paint`, `Composite` 阶段，以及如何通过 `CSS will-change` 属性进行优化。

DOM 渲染引擎的 Layout, Paint, Composite 大冒险！

大家好！我是你们今天的导游，带大家一起深入 DOM 渲染引擎的腹地，探索 Layout、Paint 和 Composite 这三个神秘的阶段。别害怕，虽然听起来像高数，但我们会用最轻松幽默的方式，一起搞懂它们。

准备好了吗？让我们开始这场大冒险吧！

1. Layout：给元素们找个好位置

想象一下，你是一个房产中介，手头有一堆房子（DOM 元素），你需要给它们分配地址、确定大小、安排邻居关系。这就是 Layout 阶段要做的事情。

Layout，也叫 Reflow（回流），负责计算页面上每个元素的大小和位置。浏览器会遍历 DOM 树，结合 CSS 样式，计算出每个元素最终在屏幕上的几何信息，例如：

• 大小 (Width, Height)
• 位置 (Top, Left)
• 边距 (Margin)
• 内边距 (Padding)
• 边框 (Border)

等等。

什么时候会触发 Layout？

触发 Layout 的场景非常多，就像你偶尔也会心血来潮想重新装修房子一样：

• 页面首次加载： 这是最大的一次 Layout，要把整个页面都安排好。
• DOM 结构改变： 新增、删除、移动 DOM 节点，都会影响布局。
• 内容改变： 例如，文本内容变多，撑大了元素。
• 窗口大小改变： 响应式设计，页面元素需要重新排列。
• CSS 样式改变： 修改元素的尺寸、位置等样式，都会触发 Layout。

• 获取某些布局信息： 有些 JavaScript 操作会强制浏览器进行 Layout，例如：

  • offsetWidth, offsetHeight, offsetTop, offsetLeft
  • clientWidth, clientHeight, clientTop, clientLeft
  • scrollWidth, scrollHeight, scrollTop, scrollLeft
  • getComputedStyle()

Layout 的代价：

Layout 是一个计算密集型的操作，因为它需要遍历整个 DOM 树，并重新计算每个元素的几何信息。频繁的 Layout 会导致页面卡顿，影响用户体验。

举个例子：

<div id="container">
  <div id="box">Hello, world!</div>
</div>

<style>
  #container {
    width: 200px;
    height: 100px;
    border: 1px solid black;
  }

  #box {
    width: 50%;
    height: 50%;
    background-color: lightblue;
  }
</style>

<script>
  const box = document.getElementById('box');

  // 修改 box 的宽度，触发 Layout
  box.style.width = '80%';

  // 读取 box 的 offsetWidth，强制触发 Layout
  console.log(box.offsetWidth);
</script>

在这个例子中，修改 box 的宽度和读取 offsetWidth 都会触发 Layout。

2. Paint：给元素们涂上漂亮的颜色

完成了 Layout，我们知道了每个元素的位置和大小。接下来，就要给它们涂上漂亮的颜色和样式了。这就是 Paint 阶段要做的事情。

Paint，也叫 Repaint（重绘），负责将元素绘制到屏幕上。浏览器会将每个元素拆分成多个图层，然后逐层绘制。

什么时候会触发 Paint？

触发 Paint 的场景通常是在 Layout 之后，或者当元素的视觉属性发生改变时，例如：

• 背景颜色改变： 例如，修改 background-color。
• 文本颜色改变： 例如，修改 color。
• 边框样式改变： 例如，修改 border-style。
• 阴影效果改变： 例如，修改 box-shadow。
• 可见性改变： 例如，修改 visibility。

Paint 的代价：

Paint 也是一个耗时的操作，因为它需要将每个元素绘制到屏幕上。频繁的 Paint 也会导致页面卡顿。

举个例子：

<div id="box">Hello, world!</div>

<style>
  #box {
    width: 200px;
    height: 100px;
    background-color: lightblue;
  }
</style>

<script>
  const box = document.getElementById('box');

  // 修改 box 的背景颜色，触发 Paint
  box.style.backgroundColor = 'lightgreen';
</script>

在这个例子中，修改 box 的背景颜色会触发 Paint。

3. Composite：把图层们拼成最终的画面

完成了 Paint，我们得到了很多图层。最后一步，我们需要将这些图层按照正确的顺序组合起来，形成最终的画面。这就是 Composite 阶段要做的事情。

Composite，也叫 Compositing（合成），负责将不同的图层合并成最终的图像。这个过程通常由 GPU（图形处理器）来完成，可以利用硬件加速，提高性能。

什么时候会触发 Composite？

触发 Composite 的场景通常是在 Layout 和 Paint 之后，或者当图层的属性发生改变时，例如：

• transform 改变： 例如，translate, rotate, scale。
• opacity 改变： 例如，修改 opacity。
• will-change 改变： 后面会详细介绍。
• 3D transform 改变： 例如，translateZ。

Composite 的代价：

相比 Layout 和 Paint，Composite 的代价通常较低，因为它利用了 GPU 硬件加速。但是，如果图层数量过多，或者图层过于复杂，也会影响性能。

举个例子：

<div id="box">Hello, world!</div>

<style>
  #box {
    width: 200px;
    height: 100px;
    background-color: lightblue;
    transition: transform 0.5s ease-in-out;
  }
</style>

<script>
  const box = document.getElementById('box');

  // 修改 box 的 transform，触发 Composite
  box.style.transform = 'translateX(100px)';
</script>

在这个例子中，修改 box 的 transform 会触发 Composite。

Layout, Paint, Composite 的关系

这三个阶段的关系可以用一个流程图来表示：

DOM 树 + CSS -> Layout -> Paint -> Composite -> 最终画面

也就是说，浏览器首先解析 HTML 和 CSS，构建 DOM 树和 CSSOM 树。然后，将 DOM 树和 CSSOM 树结合起来，进行 Layout 计算。接着，根据 Layout 的结果，进行 Paint 绘制。最后，将绘制好的图层进行 Composite 合成，形成最终的画面。

重点：

• Layout 会触发 Paint，Paint 会触发 Composite。
• 修改元素的几何属性（例如：width, height, top, left）会触发 Layout。
• 修改元素的视觉属性（例如：background-color, color）会触发 Paint。
• 修改元素的 transform 或 opacity 会触发 Composite。

4. will-change：性能优化的秘密武器

了解了 Layout, Paint, Composite 的原理，我们就可以针对性地进行性能优化了。其中，will-change 属性是一个非常强大的工具。

will-change 属性可以告诉浏览器，元素可能会发生哪些改变。这样，浏览器就可以提前进行优化，例如：

• 将元素提升到独立的图层： 这样，元素的改变就不会影响其他元素，从而避免 Layout 和 Paint。
• 预先分配资源： 例如，提前分配 GPU 内存。

will-change 的用法：

will-change 属性可以接受以下值：

• auto：默认值，表示浏览器自己决定是否进行优化。
• scroll-position：表示元素的内容可能会滚动。
• contents：表示元素的子元素可能会改变。
• <custom-ident>：表示元素的特定属性可能会改变，例如：transform, opacity。
• all：表示元素的所有属性都可能会改变（谨慎使用！）。

举个例子：

<div id="box">Hello, world!</div>

<style>
  #box {
    width: 200px;
    height: 100px;
    background-color: lightblue;
    transition: transform 0.5s ease-in-out;
    will-change: transform; /* 告诉浏览器，box 的 transform 可能会改变 */
  }
</style>

<script>
  const box = document.getElementById('box');

  // 修改 box 的 transform，触发 Composite
  box.style.transform = 'translateX(100px)';
</script>

在这个例子中，我们通过 will-change: transform 告诉浏览器，box 的 transform 可能会改变。这样，浏览器就会将 box 提升到独立的图层，从而避免 Layout 和 Paint。

will-change 的注意事项：

• 不要滥用： will-change 会消耗额外的资源，如果过度使用，反而会降低性能。
• 只在需要的时候使用： 只有当元素确实会发生改变时，才应该使用 will-change。
• 移除不必要的 will-change： 当元素不再需要优化时，应该移除 will-change。
• 测试： 使用 will-change 之后，一定要进行测试，确保性能确实得到了提升。
• 避免使用 will-change: all： 这会告诉浏览器，元素的所有属性都可能会改变，这通常是不必要的，而且会消耗大量的资源。

will-change 的最佳实践：

• 在元素即将发生改变之前添加 will-change： 例如，在鼠标悬停时添加 will-change，在鼠标移开时移除 will-change。
• 使用 JavaScript 来控制 will-change： 这样可以更精确地控制 will-change 的添加和移除。

一些常见场景的 will-change 用法：

场景	will-change 用法	解释
元素会发生 transform 动画	will-change: transform;	告诉浏览器，元素的 transform 可能会改变，从而避免 Layout 和 Paint。
元素会发生 opacity 动画	will-change: opacity;	告诉浏览器，元素的 opacity 可能会改变，从而避免 Layout 和 Paint。
元素会发生滚动	will-change: scroll-position;	告诉浏览器，元素的内容可能会滚动，从而优化滚动性能。
元素的内容会发生改变（例如：文本内容）	will-change: contents;	告诉浏览器，元素的子元素可能会改变，从而优化性能。 但是需要注意副作用，例如：如果子元素很多，可能会导致性能下降。 谨慎使用，并进行测试。

总结：

will-change 属性是一个强大的性能优化工具，但是需要谨慎使用。只有在需要的时候使用，并进行测试，才能确保性能确实得到了提升。

5. 优化策略：让页面飞起来！

除了 will-change 之外，还有很多其他的优化策略可以帮助我们提升页面性能：

• 减少 Layout 的次数： 尽量避免修改元素的几何属性，例如：width, height, top, left。可以使用 transform 来代替。
• 减少 Paint 的区域： 尽量避免修改元素的视觉属性，例如：background-color, color。可以使用 CSS Sprites 来减少 HTTP 请求，并减少 Paint 的区域。
• 使用 CSS Containment： contain 属性可以限制元素的 Layout, Paint 和 Composite 的影响范围，从而提高性能。
• 使用 Intersection Observer API： 可以监听元素是否进入可视区域，从而延迟加载元素，提高性能。
• 避免使用昂贵的 CSS 属性： 例如：box-shadow, filter, clip-path。
• 使用硬件加速： 尽量利用 GPU 硬件加速，例如：使用 transform, opacity, will-change。
• 优化 JavaScript 代码： 避免在循环中操作 DOM，使用 DocumentFragment 来批量更新 DOM。
• 使用性能分析工具： 例如：Chrome DevTools, Lighthouse。可以帮助我们找到性能瓶颈，并进行优化。

举个例子：

假设我们有一个列表，需要实现鼠标悬停时改变背景颜色的效果：

优化前：

<ul>
  <li>Item 1</li>
  <li>Item 2</li>
  <li>Item 3</li>
</ul>

<style>
  li {
    padding: 10px;
  }

  li:hover {
    background-color: lightblue; /* 触发 Paint */
  }
</style>

在这个例子中，鼠标悬停时会触发 Paint。

优化后：

<ul>
  <li>Item 1</li>
  <li>Item 2</li>
  <li>Item 3</li>
</ul>

<style>
  li {
    padding: 10px;
    transition: transform 0.3s ease-in-out; /* 添加过渡效果 */
  }

  li:hover {
    transform: scale(1.1); /* 使用 transform 代替 background-color，触发 Composite */
    will-change: transform; /* 告诉浏览器，li 的 transform 可能会改变 */
  }
</style>

在这个例子中，我们使用 transform 代替 background-color，触发 Composite，从而避免 Paint。同时，我们使用 will-change: transform 告诉浏览器，li 的 transform 可能会改变。

总结：

今天的 DOM 渲染引擎大冒险就到这里了。希望大家通过今天的学习，对 Layout, Paint, Composite 有了更深入的了解，并掌握了 will-change 属性的用法。

记住，性能优化是一个持续的过程，需要不断地学习和实践。希望大家能够在实际项目中运用这些知识，让页面飞起来！

感谢大家的参与！下次再见！