JavaScript性能优化 DOM编程

最近在研读《高性能JavaScript》，在此做些简单记录。示例代码可在此处查看到。

一、DOM

1）DOM和JavaScript

文档对象模型（DOM）是一个独立于语言的，用于操作XML和HTML文档的程序接口（API）。

浏览器通常会把DOM和JavaScript独立实现。例如Chrome中使用Webkit的WebCore库渲染页面，用V8作为JavaScript引擎。

访问DOM天生就慢，将DOM和JavaScript比喻为两个岛屿，两处同行要收过桥费，ECMAScript访问DOM的次数越多，过桥费越贵，因此推荐的做法是尽可能减少过桥的次数。

2）性能测试

下图是对两段代码的性能测试，可在此处查看在线性能测试。

1. 第一段每一次循环都直接用DOM赋值

2. 第二段是先将内容缓存到局部变量中，最后使用一次DOM赋值。

测试结果以每秒钟执行测试代码的次数（Ops/sec）显示，这个数值越大越好。

除了这个结果外，同时会显示测试过程中的统计误差，以及相对最好的慢了多少（%），统计误差也是非常重要的指标。

二、选择器API

有时候为了得到需要的元素列表，需要组合调用getElementById等并遍历返回的节点，但这种繁密的过程效率低下。

使用CSS选择器是一种定位节点的便利途径，querySelectorAll就是DOM的原生方法。

//DOM组合API
var elements = document.getElementById('menu').getElementsByTagName('a');
//替换为简便的CSS选择器
var elements = document.querySelectorAll('#menu a');

上面的例子不能体现效率的区别， 后面又改写了一个。在codepen中书写了一个例子，可以在线查看。

//从列表中选出CSS类是one的节点
var elements = document.querySelectorAll('#menu a.one');

var elements = document.getElementById('menu').getElementsByTagName('a'), list=[];
for(var i=0, len=elements.length; i<len; i++) {
  if(elements[i].className == 'one') {
      list.push(elements[i]);
    }
}

三、重绘与重排

在《CSS动画与JavaScript动画》中层提到过页面渲染的一般过程为JavaScript > 计算样式 > 布局 > 绘制 > 渲染层合并。

Layout(重排)和Paint(重绘)是整个环节中最为耗时的两环，所以我们尽量避免着这两个环节。

当DOM的变化影响了元素的几何属性（宽和高）将会发生重排（reflow）；

完成重排后，浏览器会重新绘制受影响的部分到屏幕中，此过程为重绘（repaint）。

1）重排何时发生

1. 添加或删除可见的DOM元素

2. 元素位置改变

3. 元素尺寸改变（包括外边距、内边距、边框宽度、宽、高等属性）

4. 内容改变，例如文本改变或图片被不同尺寸的替换掉。

5. 页面渲染器初始化。

6. 浏览器窗口尺寸改变。

2）批量执行重排

下面代码看上去会重排3次，但其实只会重排1次，大多数浏览器通过队列化修改和批量显示优化重排版过程。

//渲染树变化的排队和刷新
var ele = document.getElementById('myDiv');
ele.style.borderLeft = '1px';
ele.style.borderRight = '2px';
ele.style.padding = '5px';

但下列操作将会强迫队列刷新并要求所有计划改变的部分立刻应用：

offsetTop, offsetLeft, offsetWidth, offsetHeight
scrollTop, scrollLeft, scrollWidth, scrollHeight
clientTop, clientLeft, clientWidth, clientHeight
getComputedStyle() (currentStyle in IE)（在 IE 中此函数称为 currentStyle） 

像offsetHeight属性需要返回最新的布局信息，因此浏览器不得不执行渲染队列中的“待处理变化”并触发重排以返回正确的值。

对于尺寸坐标相关的信息可以参考《JavaScript中尺寸、坐标》。

3）最小化重绘和重排

1. cssText和class

cssText可以一次设置多个CSS属性。class也可以一次性设置，并且更清晰，更易于维护，但有前提条件，就是不依赖于运行逻辑和计算的情况。

// cssText
ele.style.cssText = 'border-left: 1px; border-right: 2px; padding: 5px;';
// class
ele.className = 'active';

在《JavaScript特性（attribute）、属性（property）和样式（style）》详细介绍了CSS相关的JS操作。

2. 批量修改DOM

2.1 隐藏元素display:none，应用修改，重新显示display:block。

2.2 使用文档片段fragment，在片段上操作节点，再拷贝回文档。

//文档片段（fragment）
var fragment = document.createDocumentFragment();
var li = document.createElement('li');
li.innerHTML = 'banana';
fragment.appendChild(li);
document.getElementById('fruit').appendChild(fragment);

2.3 将原始元素拷贝到一个脱离文档的节点中（例如position:absolute），修改副本，完成后再替换原始元素。

四、其它章节性能介绍

1）第一章 加载和执行

将<script>标签放到页面底部，也就是</body>闭合标签之前。

多种无阻塞下载JavaScript的方法：

1. 使用<script>标签的defer属性。页面解析到<script>标签时开始下载，但并不会执行，直到DOM加载完（onload事件触发前）。

2. 动态创建<script>元素来下载并执行代码。无论在何时启动下载，文件的下载和执行过程不会阻塞页面其它进程，但返回的代码通常会立刻执行。

3. 使用XHR对象下载JavaScript代码并注入页面中。优点是下载后不会自动执行，所有主流浏览器都支持，但不能跨域下载。

2）第二章 数据存取

1. 每遇到一个变量，就会经历一次标识符解析的过程，以决定在哪里获取和存储数据。在执行环境的作用域中，标识符所在的位置越深，读写速度也就越慢。因此函数中读写局部变量是最快的，读写全局变量是最慢的。

2. 由于对象成员可能包含其它成员，例如window.location.href。每次遇到点操作符，嵌套成员会导致JavaScript引擎搜索全部对象成员。对象成员嵌套越深，读取速度越慢。location.href就比window.location.href快。

3）第五章 字符串与正则表达式

str = str + "one";//性能高
str = "one" + str;//性能差

1. 除IE外，浏览器会简单的将第二个字符串拷贝到第一个的后面，如果变量str很大的话，就会出现性能损耗（内存占用）就会很高。

2. 正则优化包括：减少分支数量，缩小分支范围；使用非捕获数组；只捕获感兴趣的文本以减少后期处理；使用合适的量词；化繁为简，分解复杂的正则；

4）第六章 快速响应的用户界面

使用定时器让出时间片段，分割大型任务，在文章《JavaScript定时器分析》中有具体分析。

5）第七章 Ajax

Mutipart XHR允许客户端只用一个HTTP请求就可以从服务器向客户端传送多个资源。

将资源文件（CSS、HTML、JavaScript、Base64编码图片）打包成一个由双方约定的字符串分隔符，发送到客户端。

然后用JavaScript代码处理这个字符串，根据“mime-type”类型和传入的头信息解析每个资源。

6）第九章 构建并部署高性能JavaScript应用

1. 合并JavaScript文件以减少HTTP请求数。

2. 压缩JavaScript文件。

3. 在服务器端压缩JavaScript文件（Gzip编码）。

4. 正确设置HTTP响应头来缓存JavaScript文件，通过向文件名增加时间戳避免缓存问题。

5. 使用CDN（Content Delivery Network）提供JavaScript文件。

第八章 编程实践内容比较多，单独令出来作为一节。

五、第八章 编程实践

1）使用Object/Array直接量

代码例下：

var myObject = {
  name: "pwstrick",
  age: 29
};
var myArr = ["pwstrick", 29];

2）避免重复工作

也就是惰性模式。减少每次代码执行时的重复性分支判断，通过对对象重定义来屏蔽原对象中的分支判断。

惰性模式分为两种：第一种文件加载后立即执行对象方法来重定义，第二种是当第一次使用方法对象时来重定义。可参考在线demo代码。

在文章《JavaScript设计模式》中有更多的设计模式介绍。

3）位运算

1. 用位运算取代纯数学操作，比如对2取模digit%2可以判断偶数与奇数。

2. 位掩码技术，使用单个数字的每一位来判断选项是否成立。掩码中每个选项的值都是2的幂。例如：

var OPTION_A = 1, OPTION_B = 2, OPTION_C = 4, OPTION_D = 8, OPTION_E = 16;
//用按位或运算创建一个数字来包含多个设置选项
var options = OPTION_A | OPTION_C | OPTION_D;
//接下来可以用按位与操作来判断给定的选项是否可用
//选项A是否在列表中
if(options & OPTION_A) {
  //...
}

3. 用按位左移（<<）做乘法，用按位右移做除法（>>），例如digit*2可以替换成digit<<2。

4）原生方法

无论你的代码如何优化，都比不上JavaScript引擎提供的原生方法快。

1. 数学运算用内置的Math对象中提供的方法。

2. 用原生的CSS选择器查找DOM节点，querySelector或querySelectorAll。

参考资料：

高性能JavaScript

利用jsPerf优化Web应用的性能

高性能JavaScript DOM编程

读《高性能javascript》笔记（一）

高性能JavaScript 重排与重绘