CSS Containment（`contain`属性）详解：隔离子树布局计算以提升大规模DOM渲染性能

CSS Containment：隔离子树布局计算以提升大规模DOM渲染性能

大家好，今天我们来深入探讨CSS Containment，一个鲜为人知但对大型Web应用至关重要的性能优化技术。Containment本质上是一种控制浏览器渲染流程的手段，通过将DOM树的某些部分标记为独立的渲染上下文，从而限制了样式、布局和绘制的影响范围，最终提升大规模DOM结构的渲染性能。

什么是Containment？

Containment，顾名思义，就是“包含”或“限制”。在CSS中，contain属性允许开发者告知浏览器，某个元素及其子树在一定程度上是独立的，不会受到外部元素的影响，也不会反过来影响外部元素。这使得浏览器可以更加高效地进行渲染优化。

传统上，浏览器渲染引擎在处理CSS时，需要计算每个元素的样式、布局和绘制信息，这涉及到整个DOM树。当DOM树非常庞大且复杂时，这个过程会变得非常耗时，导致页面渲染缓慢，用户体验下降。Containment通过隔离DOM树的部分区域，减少了浏览器需要考虑的元素数量，从而降低了渲染成本。

Containment的四种类型

contain属性有五个值，分别代表不同的包含类型，每种类型都限制了不同方面的渲染行为：

1. none: 默认值，表示不应用任何containment。元素及其子树不受限制，会像往常一样参与渲染流程。

2. layout: 表示该元素及其子树的布局完全独立于文档的其他部分。这意味着外部的布局更改不会影响到该元素内部的布局，反之亦然。

3. paint: 表示该元素及其子树的绘制完全独立于文档的其他部分。这意味着外部元素的绘制不会遮挡该元素内部的元素，该元素内部的元素也不会绘制到外部。它会创建一个新的堆叠上下文。

4. size: 表示该元素的大小不受其内容的影响。这通常需要配合显式指定元素的尺寸（例如width和height），否则元素可能会塌陷。

5. content: 是layout和paint的简写，等价于contain: layout paint;。它表示该元素及其子树的布局和绘制都独立于文档的其他部分。

6. strict: 是size、layout和paint的简写，等价于 contain: size layout paint;。这是最严格的containment类型，会对元素的大小、布局和绘制进行限制。

不同Containment类型的具体行为和适用场景

为了更好地理解不同containment类型的效果，我们来看一些具体的例子和适用场景。

contain: layout

contain: layout告诉浏览器，该元素及其子树的布局是独立的。这意味着：

• 如果外部元素的布局发生改变，不会触发该元素内部的重新布局。
• 该元素内部的布局改变也不会影响到外部元素的布局。

适用场景：

• 独立模块： 当你有一个独立的模块，例如一个复杂的导航栏或一个评论组件，并且这个模块的布局相对稳定，可以考虑使用contain: layout来隔离它的布局计算，提高整体渲染性能。
• 列表渲染优化： 在渲染大量列表项时，使用contain: layout可以防止单个列表项的布局改变导致整个列表的重新布局。

代码示例：

<div class="container">
  <div class="sidebar">
    <!-- 侧边栏内容 -->
  </div>
  <div class="main-content" style="contain: layout;">
    <!-- 主要内容 -->
    <p>一些内容...</p>
  </div>
</div>

在这个例子中，main-content被应用了contain: layout。如果sidebar的宽度发生改变，main-content的布局不会受到影响，从而避免了重新计算。

contain: paint

contain: paint告诉浏览器，该元素及其子树的绘制是独立的。这意味着：

• 该元素会创建一个新的堆叠上下文（stacking context）。
• 外部元素的绘制不会遮挡该元素内部的元素。
• 该元素内部的元素也不会绘制到外部。

适用场景：

• 动画优化： 当你对一个元素应用动画时，使用contain: paint可以限制动画的绘制范围，避免不必要的重绘，提高动画性能。
• 滚动优化： 在滚动容器中，使用contain: paint可以防止滚动时触发整个页面的重绘，从而提高滚动性能。
• 遮罩效果： 配合overflow: hidden可以创建一个清晰的裁剪区域，防止子元素绘制到外部。

代码示例：

<div class="scroll-container" style="overflow: auto;">
  <div class="item" style="contain: paint;">
    <!-- 列表项内容 -->
  </div>
  <div class="item" style="contain: paint;">
    <!-- 列表项内容 -->
  </div>
  <!-- 更多列表项 -->
</div>

在这个例子中，每个item都被应用了contain: paint。当滚动scroll-container时，只有可见的item会被重绘，从而提高了滚动性能。

contain: size

contain: size告诉浏览器，该元素的大小不受其内容的影响。这意味着：

• 元素的大小必须显式指定，例如通过width和height属性。
• 如果未指定大小，元素可能会塌陷，因为浏览器不会根据内容来计算其大小。

适用场景：

• 占位符： 当你需要为一个元素预留空间，但暂时没有内容时，可以使用contain: size。
• 固定尺寸的容器： 当你希望容器的大小始终保持不变，即使内容超出容器范围，可以使用contain: size。

代码示例：

<div class="placeholder" style="contain: size; width: 200px; height: 100px;">
  <!-- 内容将在稍后加载 -->
</div>

在这个例子中，placeholder被应用了contain: size，并且指定了width和height。即使没有内容，placeholder也会占据200px x 100px的空间。

contain: content

contain: content是layout和paint的简写，它同时限制了布局和绘制。

适用场景：

• 独立的组件： 当你有一个完全独立的组件，例如一个弹窗或一个模态框，可以使用contain: content来隔离它的布局和绘制，提高整体渲染性能。

代码示例：

<div class="modal" style="contain: content;">
  <!-- 模态框内容 -->
</div>

contain: strict

contain: strict是size、layout和paint的简写，它是最严格的containment类型。

适用场景：

• 高度优化的组件： 当你需要创建一个高度优化的组件，并且对性能有极高的要求时，可以使用contain: strict。

代码示例：

<div class="optimized-component" style="contain: strict; width: 100px; height: 50px;">
  <!-- 高度优化的组件内容 -->
</div>

Containment的优势

使用Containment的主要优势在于：

• 减少渲染成本： 通过隔离DOM树的部分区域，减少了浏览器需要计算的元素数量，从而降低了渲染成本。
• 提高渲染性能： 降低渲染成本可以显著提高页面的渲染速度，特别是对于大型Web应用。
• 改善用户体验： 更快的渲染速度可以带来更流畅的用户体验，提高用户的满意度。
• 更容易推理代码： Containment 使得组件的行为更容易预测，因为它们与页面的其他部分隔离。

Containment的注意事项

在使用Containment时，需要注意以下几点：

• 显式指定尺寸： 当使用contain: size或contain: strict时，必须显式指定元素的尺寸，否则元素可能会塌陷。
• 过度使用： 不要过度使用Containment。只在确实需要隔离渲染行为的元素上应用Containment。
• 兼容性： 确保你的目标浏览器支持Containment。目前，主流浏览器都支持Containment，但旧版本的浏览器可能不支持。可以通过 caniuse.com 查询兼容性信息。
• 测试： 在应用Containment后，务必进行测试，以确保没有引入任何意外的问题。
• 堆叠上下文： contain: paint 会创建一个新的堆叠上下文，可能会影响元素的层叠顺序。需要仔细考虑堆叠上下文的影响。

Containment与Will-change

will-change属性也是一种常用的性能优化技术，它可以提前告知浏览器，某个元素将会发生改变，从而让浏览器提前做好优化准备。will-change和containment可以结合使用，以达到更好的性能优化效果。

例如，如果你要对一个元素应用动画，可以同时使用will-change: transform和contain: paint。will-change: transform告诉浏览器，该元素将会发生transform变化，contain: paint限制了动画的绘制范围。

Containment与Shadow DOM

Shadow DOM是一种Web Components技术，它可以将DOM树的一部分封装起来，使其与外部的DOM树隔离。Shadow DOM和Containment有相似之处，都可以隔离DOM树的部分区域。

但是，Shadow DOM的主要目的是封装，而Containment的主要目的是性能优化。Shadow DOM可以提供更强的隔离性，但也会带来更高的复杂性。Containment则更加轻量级，更容易使用。

在某些情况下，可以同时使用Shadow DOM和Containment。例如，你可以使用Shadow DOM来封装一个组件，然后使用Containment来优化组件的渲染性能。

Containment的代码示例

下面是一个更完整的代码示例，演示了如何使用Containment来优化一个列表的渲染性能：

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
  <title>CSS Containment Example</title>
  <style>
    .list-container {
      overflow: auto;
      height: 200px;
      width: 300px;
      border: 1px solid black;
    }

    .list-item {
      padding: 10px;
      border-bottom: 1px solid #ccc;
      contain: paint; /* 应用 containment: paint */
    }
  </style>
</head>
<body>

  <div class="list-container">
    <!-- 动态生成大量列表项 -->
    <script>
      const listContainer = document.querySelector('.list-container');
      for (let i = 0; i < 100; i++) {
        const listItem = document.createElement('div');
        listItem.classList.add('list-item');
        listItem.textContent = `Item ${i + 1}`;
        listContainer.appendChild(listItem);
      }
    </script>
  </div>

</body>
</html>

在这个例子中，每个list-item都被应用了contain: paint。当滚动list-container时，只有可见的list-item会被重绘，从而提高了滚动性能。如果没有contain: paint，每次滚动都可能触发整个列表的重绘，导致性能下降。

评估Containment的效果

评估Containment的效果需要使用浏览器的开发者工具。你可以使用Performance面板来记录页面的渲染过程，并分析Containment对渲染时间的影响。

具体步骤如下：

1. 打开浏览器的开发者工具（通常按F12键）。
2. 切换到Performance面板。
3. 点击Record按钮开始记录。
4. 执行一些操作，例如滚动页面或触发动画。
5. 点击Stop按钮停止记录。
6. 分析记录结果，查看Containment对渲染时间的影响。

通过分析记录结果，你可以看到Containment是否减少了渲染成本，提高了渲染性能。

Containment与其他优化技术的结合

Containment可以与其他性能优化技术结合使用，以达到更好的效果。例如：

• 虚拟DOM： 虚拟DOM是一种常用的前端优化技术，它可以减少DOM操作的次数。Containment可以与虚拟DOM结合使用，进一步提高渲染性能。
• 懒加载： 懒加载是一种延迟加载图片或其他资源的技术。Containment可以与懒加载结合使用，减少初始加载时间。
• 代码分割： 代码分割是一种将代码拆分成多个小块的技术。Containment可以与代码分割结合使用，减少初始加载时间。

使用Containment的经验总结

• 不要滥用： Containment 是一种强大的优化工具，但并非万能。过度使用 Containment 可能会导致性能下降。
• 谨慎选择 Containment 类型： 选择合适的 Containment 类型至关重要。错误的选择可能会导致意想不到的问题。
• 充分测试： 在应用 Containment 后，务必进行充分的测试，以确保没有引入任何错误。
• 结合实际情况： 根据具体的应用场景，灵活运用 Containment。
• 持续监控： 持续监控 Containment 的效果，并根据实际情况进行调整。

隔离渲染上下文以优化渲染

Containment 是一个强大的 CSS 属性，允许开发者控制浏览器的渲染流程，隔离子树的布局和绘制计算。通过合理地使用 Containment，可以显著提高大型 Web 应用的渲染性能，改善用户体验。掌握 Containment 的原理和使用方法，对于任何 Web 开发者来说都是一项重要的技能。

更多IT精英技术系列讲座，到智猿学院