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深入解析浏览器渲染引擎的 JavaScript 触发的 Layout, Paint, Composite 阶段，以及如何通过 requestAnimationFrame 和 will-change 优化动画性能。

各位观众老爷，晚上好！我是今天的主讲人，江湖人称“页面优化小能手”。今天呢，咱们不聊虚的，直接上干货，好好扒一扒浏览器渲染引擎里那些事儿，特别是 JavaScript 触发的 Layout、Paint、Composite 阶段，以及如何用 requestAnimationFrame 和 will-change 这俩神器优化动画性能。

准备好了吗？ Let’s rock!

第一幕：渲染引擎的内心世界——Layout, Paint, Composite 究竟是啥？

咱们的浏览器，可不是只会“看看”HTML、CSS和JavaScript代码的傻瓜。它内部藏着一个精密的引擎，负责把这些代码变成我们眼中看到的炫酷网页。这个引擎的核心工作，就是渲染。

渲染过程，可以简单粗暴地分为以下几个阶段：

  1. 解析 HTML（Parse HTML）： 浏览器读取HTML，构建一个DOM树（Document Object Model）。你可以把DOM树想象成一个家谱，清晰地展示了HTML元素的层级关系。

  2. 解析 CSS（Parse CSS）： 浏览器读取CSS，构建一个CSSOM树（CSS Object Model）。CSSOM树包含了所有CSS规则，包括选择器、属性和值。

  3. 渲染树（Render Tree）： 浏览器将DOM树和CSSOM树合并，创建一个渲染树。渲染树只包含需要显示的节点，以及每个节点的样式信息。注意，display: none 的元素不会出现在渲染树中。

  4. 布局（Layout）： 浏览器计算渲染树中每个节点的确切位置和大小。这个过程也被称为“回流”（Reflow）。想象一下，就像给每个家具在房间里找到合适的位置。

  5. 绘制（Paint）： 浏览器将渲染树中的每个节点绘制到屏幕上。这个过程也被称为“重绘”（Repaint）。就像用油漆把家具涂上颜色。

  6. 合成（Composite）： 浏览器将不同的图层合并成最终的图像。如果页面中有动画、过渡或者使用了 transform 和 opacity 等属性，浏览器会将它们放在不同的图层中，最后再合成。

其中，Layout、Paint和Composite这三个阶段，是我们优化的重点。

Layout (回流/重排):

  • 定义: 计算DOM元素在页面上的几何信息，包括位置和尺寸。
  • 触发条件: DOM结构的改变（例如：添加或删除元素）、元素位置的改变、元素尺寸的改变、内容改变、浏览器窗口尺寸改变、计算 offsetWidth 和 offsetHeight 等等。
  • 影响: 回流的代价非常高，因为它会重新计算整个或部分页面的布局。 严重时，会触发整个文档的回流。

Paint (重绘):

  • 定义: 根据元素的样式信息，将元素绘制到屏幕上。
  • 触发条件: 元素样式的改变，但不影响布局时，例如改变 background-color、color、visibility 等。
  • 影响: 相对于回流，重绘的代价较低，因为它只需要重新绘制受影响的元素。

Composite (合成):

  • 定义: 将不同的图层按照正确的顺序合并成最终的图像。
  • 触发条件: 当元素拥有独立的渲染层时，改变该元素不会触发回流和重绘，只会触发合成。
  • 影响: 合成是渲染过程中性能最高的阶段，因为它直接使用GPU进行处理。

为了更直观地理解这三个阶段，咱们来举个例子：

假设我们有一个简单的HTML结构：

<div id="container">
  <div id="box">Hello World</div>
</div>

对应的CSS：

#container {
  width: 200px;
  height: 100px;
  position: relative;
}

#box {
  width: 100px;
  height: 50px;
  background-color: red;
  position: absolute;
  top: 25px;
  left: 50px;
}

现在，我们用JavaScript来改变 box 的位置和颜色：

const box = document.getElementById('box');

// 改变位置，触发 Layout 和 Paint
box.style.left = '100px';

// 改变颜色，只触发 Paint
box.style.backgroundColor = 'blue';

在这个例子中，改变 box.style.left 触发了 Layout，因为元素的位置发生了改变，需要重新计算布局。而改变 box.style.backgroundColor 只触发了 Paint，因为元素的布局没有发生改变，只需要重新绘制即可。

第二幕：JavaScript 如何搅动渲染引擎这池水？

JavaScript 在浏览器渲染过程中扮演着重要的角色。它可以通过修改DOM和CSSOM来触发Layout、Paint和Composite，从而实现动态效果和交互。

但是，如果 JavaScript 代码写得不好，就会频繁地触发Layout和Paint，导致页面卡顿，影响用户体验。

例如：

const container = document.getElementById('container');

for (let i = 0; i < 1000; i++) {
  const newDiv = document.createElement('div');
  newDiv.textContent = 'Item ' + i;
  container.appendChild(newDiv);
}

这段代码在循环中不断地向 container 中添加新的 div 元素。每次添加一个 div 元素，都会触发一次Layout，导致页面性能急剧下降。

第三幕：requestAnimationFrame——动画界的优雅绅士

requestAnimationFrame 是一个浏览器提供的API，用于告诉浏览器你希望执行一个动画，并且要求浏览器在下次重绘之前调用指定的回调函数。

它的优点在于：

  • 与浏览器刷新同步： requestAnimationFrame 的回调函数会在浏览器每次刷新之前执行，这意味着你的动画会和浏览器的渲染保持同步，避免出现掉帧的情况。
  • 性能优化： 如果你不在浏览器可视区域内，浏览器会自动暂停 requestAnimationFrame 的回调函数，节省资源。

如何使用 requestAnimationFrame 呢？

const box = document.getElementById('box');
let position = 0;

function animate() {
  position += 1;
  box.style.left = position + 'px';
  requestAnimationFrame(animate);
}

requestAnimationFrame(animate);

这段代码使用 requestAnimationFrame 来创建一个简单的动画，让 box 元素不断地向右移动。

requestAnimationFrame 的正确姿势：

  • 不要在回调函数中执行耗时的操作： requestAnimationFrame 的回调函数需要在浏览器下次重绘之前执行完成，如果回调函数中执行了耗时的操作，就会导致掉帧。
  • 尽量避免在回调函数中修改DOM： 修改DOM会触发Layout和Paint，影响性能。如果必须修改DOM，尽量批量修改，减少Layout和Paint的次数。

第四幕：will-change——提前剧透，性能起飞

will-change 是一个CSS属性，用于告诉浏览器你希望对某个元素进行哪些改变。浏览器会根据你的提示，提前进行优化，从而提高性能。

will-change 的取值有很多，常用的有：

  • transform：表示你希望改变元素的 transform 属性。
  • opacity：表示你希望改变元素的 opacity 属性。
  • top、left、bottom、right：表示你希望改变元素的位置。
  • scroll-position：表示你希望改变元素的滚动位置。
  • contents：表示你希望改变元素的内容。
  • all：表示你希望改变元素的所有属性。 (谨慎使用!)

will-change 的原理：

当浏览器知道你希望改变某个元素的属性时，它会提前为该元素创建一个新的渲染层。这样，当你改变该元素的属性时，就不会影响到其他元素，从而避免触发Layout和Paint。

will-change 的正确姿势：

  • 不要滥用 will-change： will-change 会消耗一定的资源，如果滥用，反而会降低性能。
  • 只在必要的时候使用 will-change： 例如，在元素即将开始动画之前使用 will-change，在动画结束之后移除 will-change。
  • 不要使用 will-change: all： will-change: all 会告诉浏览器你希望改变元素的所有属性，这会导致浏览器进行大量的优化，反而会降低性能。

代码示例：

#box {
  width: 100px;
  height: 50px;
  background-color: red;
  position: absolute;
  top: 25px;
  left: 50px;
  /* 告诉浏览器，我们希望改变元素的 transform 属性 */
  will-change: transform;
}
const box = document.getElementById('box');
let position = 0;

function animate() {
  position += 1;
  // 使用 transform 来改变元素的位置，而不是直接修改 left 属性
  box.style.transform = `translateX(${position}px)`;
  requestAnimationFrame(animate);
}

requestAnimationFrame(animate);

在这个例子中，我们使用 will-change: transform 告诉浏览器，我们希望改变 box 元素的 transform 属性。然后，我们使用 transform 属性来改变元素的位置，而不是直接修改 left 属性。这样，就可以避免触发Layout，提高动画性能。

第五幕：优化实战——案例分析

为了更好地理解如何使用 requestAnimationFrame 和 will-change 来优化动画性能，咱们来看几个实际的案例。

案例一：滚动加载

在滚动加载页面时，如果频繁地修改DOM，会导致页面卡顿。我们可以使用 requestAnimationFrame 来批量修改DOM，从而提高性能。

const container = document.getElementById('container');
let isLoading = false;

function loadMoreItems() {
  if (isLoading) {
    return;
  }

  isLoading = true;

  // 模拟异步加载数据
  setTimeout(() => {
    const items = [];
    for (let i = 0; i < 10; i++) {
      const newItem = document.createElement('div');
      newItem.textContent = 'Item ' + (i + 1);
      items.push(newItem);
    }

    // 使用 requestAnimationFrame 批量添加元素
    requestAnimationFrame(() => {
      items.forEach(item => {
        container.appendChild(item);
      });
      isLoading = false;
    });
  }, 500);
}

window.addEventListener('scroll', () => {
  // 当滚动到页面底部时，加载更多数据
  if (window.innerHeight + window.scrollY >= document.body.offsetHeight) {
    loadMoreItems();
  }
});

在这个例子中，我们使用 requestAnimationFrame 来批量添加新的 div 元素，避免了频繁地触发Layout，提高了滚动加载的性能。

案例二：视差滚动

视差滚动是一种常见的网页效果，通过让不同的元素以不同的速度滚动，营造出一种立体的视觉效果。但是，如果视差滚动效果实现得不好，也会导致页面卡顿。

我们可以使用 will-change 和 transform 来优化视差滚动效果。

<div class="parallax-container">
  <div class="parallax-background"></div>
  <div class="parallax-content">
    <h1>Hello World</h1>
    <p>This is a parallax scrolling example.</p>
  </div>
</div>
.parallax-container {
  position: relative;
  height: 500px;
  overflow: hidden;
}

.parallax-background {
  position: absolute;
  top: 0;
  left: 0;
  width: 100%;
  height: 100%;
  background-image: url('background.jpg');
  background-size: cover;
  /* 告诉浏览器，我们希望改变元素的 transform 属性 */
  will-change: transform;
}

.parallax-content {
  position: relative;
  padding: 50px;
  color: white;
}
const parallaxBackground = document.querySelector('.parallax-background');

window.addEventListener('scroll', () => {
  const scrollPosition = window.scrollY;
  // 使用 transform 来改变背景的位置，而不是直接修改 top 属性
  parallaxBackground.style.transform = `translateY(${scrollPosition * 0.5}px)`;
});

在这个例子中，我们使用 will-change: transform 告诉浏览器，我们希望改变 parallax-background 元素的 transform 属性。然后，我们使用 transform 属性来改变背景的位置，而不是直接修改 top 属性。这样，就可以避免触发Layout，提高视差滚动的性能。

第六幕：总结与展望

今天，咱们深入探讨了浏览器渲染引擎的Layout、Paint和Composite阶段，以及如何使用 requestAnimationFrame 和 will-change 这两个神器来优化动画性能。

记住，优化页面性能是一个持续不断的过程，需要我们不断地学习和实践。掌握了这些技巧，你就可以写出更加流畅、高效的网页，提升用户体验，成为真正的页面优化大师！

表格总结：

技术点 作用 注意事项 示例
Layout (回流) 计算DOM元素在页面上的位置和尺寸 尽量减少触发Layout的次数，批量修改DOM，使用 documentFragment 等技术 避免在循环中频繁添加DOM元素
Paint (重绘) 根据元素的样式信息，将元素绘制到屏幕上 尽量减少触发Paint的次数，避免修改影响布局的样式 避免频繁改变 background-color 等样式
Composite (合成) 将不同的图层按照正确的顺序合并成最终的图像 尽量利用独立的渲染层，使用 transform 和 opacity 等属性来触发合成 使用 transform 代替 top、left 等属性来改变元素的位置
requestAnimationFrame 告诉浏览器你希望执行一个动画，并且要求浏览器在下次重绘之前调用指定的回调函数 不要在回调函数中执行耗时的操作，尽量避免在回调函数中修改DOM 使用 requestAnimationFrame 来创建动画，避免使用 setInterval 和 setTimeout
will-change 告诉浏览器你希望对某个元素进行哪些改变，浏览器会根据你的提示，提前进行优化 不要滥用 will-change，只在必要的时候使用，不要使用 will-change: all 在元素即将开始动画之前使用 will-change，在动画结束之后移除 will-change

希望今天的讲座对大家有所帮助。 祝大家早日成为页面优化高手！ 感谢大家！

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