梳理浏览器渲染流程
首先简单了解一下浏览器请求、加载、渲染一个页面的大致过程:
这里主要将客户端渲染展开梳理一下,从浏览器器内核拿到内容(渲染线程接收请求,加载网页并渲染网页),渲染大概可以划分成以下几个步骤:
参考一张图(webkit渲染主要流程):
这里先解释一下几个概念,方便大家理解:
DOM Tree:浏览器将HTML解析成树形的数据结构。
CSS Rule Tree:浏览器将CSS解析成树形的数据结构。
Render Tree: DOM和CSSOM合并后生成Render Tree。
layout: 有了Render Tree,浏览器已经能知道网页中有哪些节点、各个节点的CSS定义以及他们的从属关系,从而去计算出每个节点在屏幕中的位置。
painting: 按照算出来的规则,通过显卡,把内容画到屏幕上。
reflow(回流):当浏览器发现某个部分发生了点变化影响了布局,需要倒回去重新渲染,内行称这个回退的过程叫 reflow。reflow 会从 <html> 这个 root frame 开始递归往下,依次计算所有的结点几何尺寸和位置。reflow 几乎是无法避免的。现在界面上流行的一些效果,比如树状目录的折叠、展开(实质上是元素的显 示与隐藏)等,都将引起浏览器的 reflow。鼠标滑过、点击……只要这些行为引起了页面上某些元素的占位面积、定位方式、边距等属性的变化,都会引起它内部、周围甚至整个页面的重新渲 染。通常我们都无法预估浏览器到底会 reflow 哪一部分的代码,它们都彼此相互影响着。
repaint(重绘):改变某个元素的背景色、文字颜色、边框颜色等等不影响它周围或内部布局的属性时,屏幕的一部分要重画,但是元素的几何尺寸没有变。
注意:
- display:none 的节点不会被加入Render Tree,而visibility: hidden
则会,所以,如果某个节点最开始是不显示的,设为display:none是更优的。 - display:none 会触发 reflow,而 visibility:hidden 只会触发 repaint,因为没有发现位置变化。
- 有些情况下,比如修改了元素的样式,浏览器并不会立刻reflow 或 repaint 一次,而是会把这样的操作积攒一批,然后做一次reflow,这又叫异步 reflow 或增量异步 reflow。但是在有些情况下,比如resize窗口,改变了页面默认的字体等。对于这些操作,浏览器会马上进行 reflow。
再参考一张图理解一下:
细致分离两个环节,其他环节参考上述概念注解:
JavaScript
:JavaScript实现动画效果,DOM元素操作等。Composite(渲染层合并)
:对页面中 DOM 元素的绘制是在多个层上进行的。在每个层上完成绘制过程之后,浏览器会将所有层按照合理的顺序合并成一个图层,然后显示在屏幕上。对于有位置重叠的元素的页面,这个过程尤其重要,因为一旦图层的合并顺序出错,将会导致元素显示异常。
在实际场景下,大致会出现三种常见的渲染流程(Layout和Paint步骤是可避免的,可参考上一张图的注意部分理解):
Composite
了解层
整个图:
在 Chrome 中其实有几种不同的层类型:
- RenderLayers 渲染层,这是负责对应 DOM 子树
- GraphicsLayers 图形层,这是负责对应 RenderLayers子树。
在浏览器渲染流程中提到了composite概念,在 DOM 树中每个节点都会对应一个 LayoutObject,当他们的 LayoutObject 处于相同的坐标空间时,就会形成一个 RenderLayers ,也就是渲染层。RenderLayers 来保证页面元素以正确的顺序合成,这时候就会出现层合成(composite),从而正确处理透明元素和重叠元素的显示。
某些特殊的渲染层会被认为是合成层(Compositing Layers),合成层拥有单独的 GraphicsLayer,而其他不是合成层的渲染层,则和其第一个拥有 GraphicsLayer 父层公用一个。
而每个GraphicsLayer(合成层单独拥有的图层) 都有一个 GraphicsContext,GraphicsContext 会负责输出该层的位图,位图是存储在共享内存中,作为纹理上传到 GPU 中,最后由 GPU 将多个位图进行合成,然后显示到屏幕上。
如何变成合成层
合成层的优点
淘宝的栗子举的很详细,值得一看,里面提到了一旦renderLayer提升为了合成层就会有自己的绘图上下文,并且会开启硬件加速,有利于性能提升,里面列举了一些特点
- 合成层的位图,会交由 GPU 合成,比 CPU 处理要快
- 当需要 repaint 时,只需要 repaint 本身,不会影响到其他的层
- 对于 transform 和 opacity 效果,不会触发 layout 和 paint
注意:
- 提升到合成层后合成层的位图会交GPU处理,但请注意,仅仅只是合成的处理(把绘图上下文的位图输出进行组合)需要用到GPU,生成合成层的位图处理(绘图上下文的工作)是需要CPU。
- 当需要repaint的时候可以只repaint本身,不影响其他层,但是paint之前还有style, layout,那就意味着即使合成层只是repaint了自己,但style和layout本身就很占用时间。
- 仅仅是transform和opacity不会引发layout 和paint,那么其他的属性不确定。
总结合成层的优势:一般一个元素开启硬件加速后会变成合成层,可以独立于普通文档流中,改动后可以避免整个页面重绘,提升性能。
性能优化点:
- 提升动画效果的元素 合成层的好处是不会影响到其他元素的绘制,因此,为了减少动画元素对其他元素的影响,从而减少paint,我们需要把动画效果中的元素提升为合成层。
提升合成层的最好方式是使用 CSS 的 will-change属性。从上一节合成层产生原因中,可以知道 will-change 设置为opacity、transform、top、left、bottom、right 可以将元素提升为合成层。
- 使用 transform 或者 opacity 来实现动画效果, 这样只需要做合成层的合并就好了。
- 减少绘制区域 对于不需要重新绘制的区域应尽量避免绘制,以减少绘制区域,比如一个 fix 在页面顶部的固定不变的导航header,在页面内容某个区域 repaint 时,整个屏幕包括 fix 的 header 也会被重绘。
而对于固定不变的区域,我们期望其并不会被重绘,因此可以通过之前的方法,将其提升为独立的合成层。减少绘制区域,需要仔细分析页面,区分绘制区域,减少重绘区域甚至避免重绘。
利用合成层可能踩到的坑
- 合成层占用内存的问题
- 层爆炸,由于某些原因可能导致产生大量不在预期内的合成层,虽然有浏览器的层压缩机制,但是也有很多无法进行压缩的情况,这就可能出现层爆炸的现象(简单理解就是,很多不需要提升为合成层的元素因为某些不当操作成为了合成层)。解决层爆炸的问题,最佳方案是打破 overlap 的条件,也就是说让其他元素不要和合成层元素重叠。简单直接的方式:
使用3D硬件加速提升动画性能时,最好给元素增加一个z-index属性,人为干扰合成的排序,可以有效减少chrome创建不必要的合成层,提升渲染性能,移动端优化效果尤为明显。
在这篇文章中的demo可以看出其中厉害。
用chremo打开demo页面后,开启浏览器的开发者模式,再按照如图操作打开查看工具:
开启 Rendering 的Layer borders后 观察点击为动画元素设置z-index复选框
的页面提示变化:
上图中可以明显看出:页面中设置了一个h1标题,应用了translate3d动画,使得它被放到composited layer中渲染,然后在这个元素后面创建了2000个list。在不为h1元素设置z-index的情况下,使得本不需要提升到合成层的ul元素下的每个li元素都提升为一个单独合成层(每个li元素的黄色提示边框),最终会导致GPU资源过度消耗页面滑动时很卡,尤其在移动端(安卓)上更加明显。
如上图操作选中为动画元素设置z-index
,可以看出ul下的每个li都回归到普通渲染层,不再是合成层也就不会消耗GPU资源去渲染,从而达到了优化页面性能优化的目的。
大家可以用支持『硬件加速』的『安卓』手机浏览器测试上述页面,给动画元素加z-index前后的性能差距非常明显。
最后
在实际的前端开发中尤其是移动端开发,很多小伙伴都很喜欢使用类似 translateZ(0)等属性来进行所谓的硬件加速,以提升性能,达到优化页面动态效果的目的,但还是要注意凡事过犹不及,应用硬件加速的同时也要注意到千万别踩坑。
关于合成层的更细致具体的讲解,可以仔细学习下下面的参考文章(尤其是前三篇哦)。
最后祝愿热爱技术的你我始终坚持在探索技术的路上奋力前行!
参考文章:
无线性能优化:Composite
DOM to Screen
CSS GPU Animation: Doing It Right
web优化之composite
详谈层合成(composite)
CSS3硬件加速也有坑