JavaScript内核与高级编程之：`CSS Custom Properties`：其与`JavaScript`在运行时交互的底层机制。 - 智猿学院-前后端，数据库，人工智能，云计算等领域前沿技术讲座

各位观众老爷，今天咱来聊聊CSS Custom Properties（自定义属性）这玩意儿，以及它跟JavaScript之间那点儿“不得不说”的故事。这俩家伙，表面上看起来是各玩各的，一个管样式，一个管逻辑，实际上啊，背地里眉来眼去，互相勾搭得可欢实了。咱们今天就扒一扒它们运行时交互的底层机制。

第一幕：Custom Properties，闪亮登场！

先说说Custom Properties是啥。简单来说，它就是CSS里的变量。你可以给它起个名字，赋个值，然后在CSS的其他地方引用它。有了它，妈妈再也不用担心我写重复的颜色值、字体大小了！

语法很简单：

声明：--variable-name: value; (注意，必须以两个短横线 -- 开头)
使用：var(--variable-name)

举个栗子：

:root {
  --main-color: #4CAF50; /* 绿色，好看！ */
  --font-size: 16px; /* 默认字体大小 */
}

body {
  background-color: var(--main-color); /* 哇，绿色的背景！ */
  font-size: var(--font-size); /* 字体大小也用变量！ */
}

h1 {
  color: var(--main-color); /* 标题也用绿色！ */
}

这段代码定义了两个Custom Properties：--main-color和--font-size，然后在body和h1里引用了它们。如果想换个主题色，只需要改一下--main-color的值，所有用到这个变量的地方都会自动更新，是不是很方便？

第二幕：JavaScript，前来助阵！

Custom Properties固然好用，但如果只是静态地定义，那就有点儿“屈才”了。JavaScript的出现，让Custom Properties活了起来！

JavaScript可以干啥呢？

读取Custom Properties的值
设置Custom Properties的值

这就像给CSS装上了一双眼睛和一只手，让我们可以动态地改变样式。

读取Custom Properties的值

要读取Custom Properties的值，我们需要用到getComputedStyle()方法。这个方法可以获取一个元素的所有计算后的样式，包括Custom Properties的值。

const root = document.documentElement; // 获取根元素，通常是<html>
const mainColor = getComputedStyle(root).getPropertyValue('--main-color');

console.log(mainColor); // 输出：#4CAF50

这里，我们首先获取了根元素（<html>），然后用getComputedStyle(root)获取了根元素的计算后的样式。接着，用getPropertyValue('--main-color')获取了--main-color的值。

设置Custom Properties的值

要设置Custom Properties的值，我们需要用到setProperty()方法。这个方法可以在一个元素上设置一个CSS属性，包括Custom Properties。

const root = document.documentElement;
root.style.setProperty('--main-color', '#FF0000'); // 把绿色变成红色！

// 或者使用字符串模版
const newColor = 'blue';
root.style.setProperty('--main-color', `${newColor}`);

这段代码把--main-color的值改成了红色。页面上的所有用到--main-color的地方都会立即变成红色。

第三幕：运行时交互，激情碰撞！

现在，我们知道JavaScript可以读取和设置Custom Properties的值了。那么，它们是如何在运行时交互的呢？

简单来说，就是JavaScript通过DOM API直接操作CSS的样式规则。当JavaScript改变了Custom Properties的值时，浏览器会重新计算所有用到这个Custom Properties的元素的样式。

这个过程可以简单概括为：

JavaScript调用setProperty()方法修改Custom Properties的值。
浏览器接收到指令，标记需要重新计算样式的元素。
浏览器重新计算这些元素的样式，并应用新的值。
页面重新渲染，显示新的样式。

这个过程是异步的，但通常非常快，所以我们感觉不到延迟。

举个例子，做一个简单的颜色切换器：

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Color Switcher</title>
<style>
  :root {
    --bg-color: #f0f0f0;
    --text-color: #333;
  }

  body {
    background-color: var(--bg-color);
    color: var(--text-color);
    transition: background-color 0.3s ease, color 0.3s ease; /* 添加过渡效果 */
    padding: 20px;
  }

  button {
    padding: 10px 20px;
    margin-right: 10px;
    cursor: pointer;
  }
</style>
</head>
<body>

<h1>Color Switcher</h1>
<button id="redButton">Red</button>
<button id="blueButton">Blue</button>

<script>
  const redButton = document.getElementById('redButton');
  const blueButton = document.getElementById('blueButton');
  const root = document.documentElement;

  redButton.addEventListener('click', () => {
    root.style.setProperty('--bg-color', '#ffcccc');
    root.style.setProperty('--text-color', '#800000');
  });

  blueButton.addEventListener('click', () => {
    root.style.setProperty('--bg-color', '#cceeff');
    root.style.setProperty('--text-color', '#000080');
  });
</script>

</body>
</html>

在这个例子中，我们定义了两个Custom Properties：--bg-color和--text-color。然后，我们用JavaScript给两个按钮添加了点击事件，点击按钮时，会改变这两个Custom Properties的值。由于body的背景色和文字颜色都使用了这两个Custom Properties，所以点击按钮后，页面的背景色和文字颜色会立即改变。transition属性添加了过渡效果，使颜色变化更平滑。

第四幕：Custom Properties的优势与局限

Custom Properties有很多优点：

可维护性： 修改一个Custom Property的值，所有用到这个变量的地方都会自动更新。
可读性： 使用有意义的变量名，可以提高代码的可读性。
灵活性： 可以通过JavaScript动态地改变样式，实现更复杂的交互效果。
性能优化: 避免了重复计算相同的值，浏览器只需要计算一次，然后缓存起来。

当然，Custom Properties也有一些局限：

兼容性： 虽然现在主流浏览器都支持Custom Properties，但一些老旧的浏览器可能不支持。所以，在使用Custom Properties时，需要考虑兼容性问题。
作用域： Custom Properties有作用域的概念。如果在不同的作用域定义了同名的Custom Properties，可能会出现意想不到的结果。

第五幕：Custom Properties的底层机制深入剖析

要理解Custom Properties与JavaScript交互的底层机制，我们需要了解一些关键的概念：

CSSOM (CSS Object Model)： CSSOM是CSS的JavaScript表示。它允许JavaScript访问和修改CSS的样式规则。getComputedStyle()和setProperty()方法都是CSSOM的一部分。
Style Recalculation： 当JavaScript修改了CSSOM时，浏览器会触发Style Recalculation。这个过程会重新计算所有需要更新样式的元素的样式。
Layout (Reflow)： Style Recalculation之后，浏览器可能会触发Layout (Reflow)。Layout是指浏览器重新计算页面上所有元素的位置和大小。
Paint (Repaint)： Layout之后，浏览器会触发Paint (Repaint)。Paint是指浏览器重新绘制页面上的所有元素。

Custom Properties与JavaScript交互的底层机制可以用下图表示：

[JavaScript] --> [CSSOM] --> [Style Recalculation] --> [Layout (Optional)] --> [Paint]

JavaScript通过CSSOM修改Custom Properties的值，触发Style Recalculation，然后浏览器根据需要触发Layout和Paint，最终更新页面。

更详细的解释：

JavaScript与CSSOM： document.documentElement.style.setProperty('--main-color', 'blue') 这行代码直接操作CSSOM。document.documentElement.style 返回的是一个 CSSStyleDeclaration 对象，它代表了 <html> 元素的内联样式。setProperty 方法是 CSSStyleDeclaration 对象的一个方法，用于设置或修改CSS属性的值。浏览器内部会将这个修改同步到CSSOM中。CSSOM是文档的CSS样式的对象表示，允许脚本动态读取和修改CSS规则。
Style Recalculation（样式重计算）： 当CSSOM发生变化时，浏览器不会立即更新页面的显示。相反，它会标记受影响的元素，并在适当的时候进行样式重计算。样式重计算是一个复杂的过程，包括：
- 匹配CSS规则： 浏览器需要找到与受影响元素匹配的所有CSS规则。
- 计算样式值： 浏览器需要计算每个CSS属性的最终值，包括解析Custom Properties的值。
- 级联样式： 浏览器需要根据CSS的级联规则，确定每个属性的最终值。
在这个阶段，var(--main-color) 会被替换成实际的颜色值（例如 ‘blue’）。如果Custom Property的值依赖于其他Custom Properties，浏览器需要递归地解析这些依赖关系。
Layout (Reflow)（布局/回流）： 在样式重计算之后，浏览器需要确定每个元素在页面上的位置和大小。这个过程称为布局（或回流）。回流通常发生在以下情况下：
- 元素的尺寸或位置发生变化。
- 添加或删除元素。
- 窗口大小发生变化。
- 内容发生变化（例如，文本发生变化）。
回流是一个非常消耗性能的操作，因为它需要重新计算整个页面的布局。
Paint (Repaint)（绘制/重绘）： 在布局之后，浏览器需要将每个元素绘制到屏幕上。这个过程称为绘制（或重绘）。重绘通常发生在以下情况下：
- 元素的样式发生变化，但不影响其在页面上的位置和大小（例如，改变颜色、背景色等）。
重绘的性能消耗比回流小，因为它只需要重新绘制受影响的元素。

Custom Properties与性能：

虽然Custom Properties提供了很大的灵活性，但也需要注意性能问题。频繁地修改Custom Properties的值可能会导致频繁的样式重计算、回流和重绘，从而影响页面的性能。

为了优化性能，可以采取以下措施：

避免频繁修改Custom Properties的值： 尽量减少JavaScript修改Custom Properties的次数。
使用requestAnimationFrame()： requestAnimationFrame() 方法告诉浏览器您希望执行一个动画，并且要求浏览器在下一次重绘之前调用指定的回调函数。使用 requestAnimationFrame() 可以将多个样式修改合并到一次重绘中，从而提高性能。
```
let isUpdating = false;

function updateColor() {
  if (!isUpdating) {
    isUpdating = true;
    requestAnimationFrame(() => {
      root.style.setProperty('--main-color', 'purple'); // 例如
      isUpdating = false;
    });
  }
}

// 在需要更新颜色时调用 updateColor()
```
使用CSS动画和过渡： CSS动画和过渡可以由浏览器直接处理，而无需JavaScript的参与，因此性能更好。
合理使用作用域： 尽量避免在全局作用域定义Custom Properties，以减少不必要的样式重计算。

第六幕：Custom Properties的实际应用场景

Custom Properties的应用场景非常广泛，以下是一些常见的例子：

主题切换： 可以定义一组Custom Properties来表示不同的主题，然后通过JavaScript切换这些Custom Properties的值，从而实现主题切换功能。
响应式设计： 可以根据不同的屏幕尺寸，动态地改变Custom Properties的值，从而实现响应式设计。
动画效果： 可以通过JavaScript动态地改变Custom Properties的值，从而实现动画效果。
组件库： 可以定义一组Custom Properties来控制组件的样式，从而实现可定制的组件库。
动态调整UI元素大小: 比如根据用户偏好调整字体大小，间距等等。

第七幕：总结

Custom Properties是CSS中一个非常强大的特性，它允许我们定义变量，并在CSS的其他地方引用这些变量。JavaScript可以读取和设置Custom Properties的值，从而实现动态的样式修改。理解Custom Properties与JavaScript交互的底层机制，可以帮助我们更好地利用这个特性，并优化页面的性能。

总而言之，Custom Properties和JavaScript的结合，就像一对好基友，一个负责貌美如花，一个负责赚钱养家，共同为我们打造更炫酷、更灵活的Web应用！

好了，今天的讲座就到这里，希望大家有所收获！散会！

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