【前端优化之渲染优化】大屏android手机动画丢帧的背后
前言
上周我与阿里的宇果有一次技术的交流，然后对天猫H5站点做了一些浅层次的分析，后面点时间基本天天都会有联系，中途聊了一些技术细节、聊了双方团队在干什么，最后聊到了前端优化。因为我本身参与了几次携程H5站点的优化，在这方面有一些心得，但是与宇果交流的过程中发现我们在优化的时候忽略了一些细节。
携程做优化的时候整个重心基本放到了尺寸的缩减，和宇果的交流过程中他提出了渲染优化，其实渲染优化无非是减少回流，对于减少回流我们也有一些概念，我一直认为这个事情应该业务开发关注而不是框架关注（事实上框架也无法关注），所以对一些BUG采取了表现层面的解决，却对真相视而不见的做法，现在想来真的有点无知，这里便以一个原来的渲染BUG为切入点，将最近与宇果的交流所得整理下。
回流与重绘
首先，我们再次复习一下回流与重绘的知识，浏览器会解析三个东西：HTML、Javascript、CSS。
浏览器首先会根据HTML生成DOM Tree，其次会根据CSS生成CSS Rule Tree，javascript可以通过DOM API与CSS API操作DOM Tree与CSS Rule Tree，从而引起页面变化。
浏览器解析结束会通过DOM Tree与CSS Rule Tree形成render tree，只有display不为none的元素才会形成render Tree，render Tree形成后浏览器会调用GUI绘制页面，在此之前做的一件事情便是layout或者说reflow。上面的描述简单而言可以分为以下流程：
l 生成DOM树
l 计算CSS样式
l 构建render tree
l reflow，定位元素位置大小
l 绘制页面
在这个过程中，若是javascript动态改变DOM Tree便会引起reflow
页面中的元素改变，只要不影响尺寸，比如只是颜色改变只会引起repaint不会引起回流
否则，reflow不可避免，这个时候便需要重新计算形成render Tree
reflow分为局部回流与全局回流，会影响下面的，不会影响上面的元素
reflow耗用的系统资源较大，DOM Tree中受到影响的节点皆会reflow，然后影响其子节点最坏的情况是所有节点reflow，该问题引发的现象便是低性能的电脑风扇不停的转，手机变得很热，并且非常耗电，以下操作可能引起reflow
l 操作dom结构
l 动画
l DOM样式修改
l 获取元素尺寸的API
android大屏手机渲染BUG
这个是我们一个tab组件，这个组件按道理说非常简单：
<!DOCTYPE html>
<html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml">
<head>
<meta name="viewport" content="width=320.1,initial-scale=1,minimum-scale=1,maximum-scale=1,user-scalable=no,minimal-ui">
<title></title>
<style type="text/css">
body { -webkit-text-size-adjust: none; -webkit-tap-highlight-color: rgba(0,0,0,0); -webkit-font-smoothing: antialiased; -moz-user-select: none; } ul, ol { list-style: none; margin: 0; padding: 0; } .cui-tab-mod { display: -webkit-box; display: -moz-box; display: -ms-flexbox; display: -webkit-flex; display: flex; height: 43px; line-height: 43px; border-bottom: #bcbcbc 1px solid; background-color: #fafafa; color: #666; font-size: 15px; position: relative; display: table\9; width: 100%; } .cui-tab-mod li { text-align: center; -webkit-box-flex: 1; -moz-box-flex: 1; -webkit-flex: 1; -ms-flex: 1; flex: 1; display: table-cell\9; } .cui-tab-mod li.cui-tab-current { color: #099fde; } .cui-tab-mod .cui-tab-scrollbar { position: absolute; left: 0; height: 4px; bottom: -1px; background-color: #099fde; -webkit-transition: -webkit-transform 300ms ease-in-out; -moz-transition: -moz-transform 300ms ease-in-out; -ms-transition: -ms-transform 300ms ease-in-out; transition: transform 300ms ease-in-out; z-index: -1; } .cui-tabnum2 { width: 50%; } .cui-tabnum3 { width: 33.33333%; } .cui-tabnum4 { width: 25%; } .cui-tabnum5 { width: 20%; } .cui-tabnum6 { width: 16.66666%; } .cui-tab-mod li.cui-tab-current ~ .cui-tab-scrollbar { z-index: 2; } .cui-tab-mod li:nth-of-type(1).cui-tab-current ~ .cui-tab-scrollbar { -webkit-transform: translate3d(0,0,0); -moz-transform: translate3d(0,0,0); -ms-transform: translate3d(0,0,0); transform: translate3d(0,0,0); } .cui-tab-mod li:nth-of-type(2).cui-tab-current ~ .cui-tab-scrollbar { -webkit-transform: translate3d(100%,0,0); -moz-transform: translate3d(100%,0,0); -ms-transform: translate3d(100%,0,0); transform: translate3d(100%,0,0); } .cui-tab-mod li:nth-of-type(3).cui-tab-current ~ .cui-tab-scrollbar { -webkit-transform: translate3d(200%,0,0); -moz-transform: translate3d(200%,0,0); -ms-transform: translate3d(200%,0,0); transform: translate3d(200%,0,0); } .cui-tab-mod li:nth-of-type(4).cui-tab-current ~ .cui-tab-scrollbar { -webkit-transform: translate3d(300%,0,0); -moz-transform: translate3d(300%,0,0); -ms-transform: translate3d(300%,0,0); transform: translate3d(300%,0,0); } .cui-tab-mod li:nth-of-type(5).cui-tab-current ~ .cui-tab-scrollbar { -webkit-transform: translate3d(400%,0,0); -moz-transform: translate3d(400%,0,0); -ms-transform: translate3d(400%,0,0); transform: translate3d(400%,0,0); } .cui-tab-mod li:nth-of-type(6).cui-tab-current ~ .cui-tab-scrollbar { -webkit-transform: translate3d(500%,0,0); -moz-transform: translate3d(500%,0,0); -ms-transform: translate3d(500%,0,0); transform: translate3d(500%,0,0); }
</style>
<script id="others_zepto_10rc1" type="text/javascript" class="library" src="http://sandbox.runjs.cn/js/sandbox/other/zepto.min.js"></script>
</head>
<body> <ul class="cui-tab-mod">
<li data-key="0" data-index="0" class="cui-item cui-tab-current">中国</li>
<li data-key="1" data-index="1" class="cui-item">美国</li>
<li data-key="2" data-index="2" class="cui-item">日本</li>
<i class="cui-tab-scrollbar cui-tabnum3"></i>
</ul>
<script type="text/javascript">
$(function () {
var wrapper = $('.cui-tab-mod');
wrapper.on('click', function (e) {
var el = $(e.target);
if (el.hasClass('cui-item')) {
wrapper.find('li').removeClass('cui-tab-current');
el.addClass('cui-tab-current');
}
});
});
</script>
</body>
</html>
点击一下就让当前item获取class，然后文字样式会改变，下面一个横线也会动画滑动过去，但是这个东西在android大屏手机上却出了问题（比如note2），他会这样表现：
如图所示，class过去了，文字颜色也变了，但是下面对应的竖条却没有过去，我当时一看就知道是渲染的问题并且马上给出了一个解决方案：
<!DOCTYPE html>
<html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml">
<head>
<meta name="viewport" content="width=320.1,initial-scale=1,minimum-scale=1,maximum-scale=1,user-scalable=no,minimal-ui">
<title></title>
<style type="text/css">
body { -webkit-text-size-adjust: none; -webkit-tap-highlight-color: rgba(0,0,0,0); -webkit-font-smoothing: antialiased; -moz-user-select: none; } ul, ol { list-style: none; margin: 0; padding: 0; } .cui-tab-mod { display: -webkit-box; display: -moz-box; display: -ms-flexbox; display: -webkit-flex; display: flex; height: 43px; line-height: 43px; border-bottom: #bcbcbc 1px solid; background-color: #fafafa; color: #666; font-size: 15px; position: relative; display: table\9; width: 100%; } .cui-tab-mod li { text-align: center; -webkit-box-flex: 1; -moz-box-flex: 1; -webkit-flex: 1; -ms-flex: 1; flex: 1; display: table-cell\9; } .cui-tab-mod li.cui-tab-current { color: #099fde; } .cui-tab-mod .cui-tab-scrollbar { position: absolute; left: 0; height: 4px; bottom: -1px; background-color: #099fde; -webkit-transition: -webkit-transform 300ms ease-in-out; -moz-transition: -moz-transform 300ms ease-in-out; -ms-transition: -ms-transform 300ms ease-in-out; transition: transform 300ms ease-in-out; z-index: -1; } .cui-tabnum2 { width: 50%; } .cui-tabnum3 { width: 33.33333%; } .cui-tabnum4 { width: 25%; } .cui-tabnum5 { width: 20%; } .cui-tabnum6 { width: 16.66666%; } .cui-tab-mod li.cui-tab-current ~ .cui-tab-scrollbar { z-index: 2; } .cui-tab-mod li:nth-of-type(1).cui-tab-current ~ .cui-tab-scrollbar { -webkit-transform: translate3d(0,0,0); -moz-transform: translate3d(0,0,0); -ms-transform: translate3d(0,0,0); transform: translate3d(0,0,0); } .cui-tab-mod li:nth-of-type(2).cui-tab-current ~ .cui-tab-scrollbar { -webkit-transform: translate3d(100%,0,0); -moz-transform: translate3d(100%,0,0); -ms-transform: translate3d(100%,0,0); transform: translate3d(100%,0,0); } .cui-tab-mod li:nth-of-type(3).cui-tab-current ~ .cui-tab-scrollbar { -webkit-transform: translate3d(200%,0,0); -moz-transform: translate3d(200%,0,0); -ms-transform: translate3d(200%,0,0); transform: translate3d(200%,0,0); } .cui-tab-mod li:nth-of-type(4).cui-tab-current ~ .cui-tab-scrollbar { -webkit-transform: translate3d(300%,0,0); -moz-transform: translate3d(300%,0,0); -ms-transform: translate3d(300%,0,0); transform: translate3d(300%,0,0); } .cui-tab-mod li:nth-of-type(5).cui-tab-current ~ .cui-tab-scrollbar { -webkit-transform: translate3d(400%,0,0); -moz-transform: translate3d(400%,0,0); -ms-transform: translate3d(400%,0,0); transform: translate3d(400%,0,0); } .cui-tab-mod li:nth-of-type(6).cui-tab-current ~ .cui-tab-scrollbar { -webkit-transform: translate3d(500%,0,0); -moz-transform: translate3d(500%,0,0); -ms-transform: translate3d(500%,0,0); transform: translate3d(500%,0,0); }
</style>
<script id="others_zepto_10rc1" type="text/javascript" class="library" src="http://sandbox.runjs.cn/js/sandbox/other/zepto.min.js"></script>
</head>
<body> <ul class="cui-tab-mod">
<li data-key="0" data-index="0" class="cui-item cui-tab-current">中国</li>
<li data-key="1" data-index="1" class="cui-item">美国</li>
<li data-key="2" data-index="2" class="cui-item">日本</li>
<i class="cui-tab-scrollbar cui-tabnum3"></i>
</ul>
<script type="text/javascript">
$(function () {
var wrapper = $('.cui-tab-mod');
wrapper.on('click', function (e) {
var el = $(e.target);
var toolBar = $('.cui-tab-scrollbar');
if (el.hasClass('cui-item')) {
wrapper.find('li').removeClass('cui-tab-current');
el.addClass('cui-tab-current');
setTimeout(function () {
toolBar.width('width', toolBar.width());
}, 0)
}
});
});
</script>
</body>
</html>
这里设置下划线width的时候触发了其回流，而setTimeout会在主程序执行结束后才触发，于是BUG修复了，核心代码如下：
$(function () {
var wrapper = $('.cui-tab-mod');
wrapper.on('click', function (e) {
var el = $(e.target);
var toolBar = $('.cui-tab-scrollbar');
if (el.hasClass('cui-item')) {
wrapper.find('li').removeClass('cui-tab-current');
el.addClass('cui-tab-current');
//修复丢帧问题
setTimeout(function () {
toolBar.width('width', toolBar.width());
}, 0)
}
});
});
这个BUG解决后也没有再关注，时序纷飞，一年过去了却和宇果聊天过程中再次想起这个问题，才意识到自己忽略的是什么。
重新认识Timeline
我们常常有一个问题，如何知道页面哪里的渲染有问题，如何捕捉？
如果没有一个实际可用的工具的话，我们只能由外文或者博客获取这类知识，这个时候就和我解决上述问题差不多了，仅仅从皮毛上知道是渲染导致的问题，并且能使用回流解决问题，却是对渲染性能造成负担，所以如何捕捉渲染问题衡量渲染性能这个是第一位，好在chrome提供了Timeline：
以我们的页面为例，我们开始监控，这里稍微改变一下代码：
var wrapper = $('.cui-tab-mod');
wrapper.on('click', function (e) {
var el = $(e.target);
var toolBar = $('.cui-tab-scrollbar');
if (el.hasClass('cui-item')) {
wrapper.find('li').removeClass('cui-tab-current');
el.addClass('cui-tab-current');
// setTimeout(function () {
// toolBar.width('width', toolBar.width());
// }, 0)
}
});
function setIndex(i) {
var els = wrapper.find('li');
els.removeClass('cui-tab-current');
els.eq(i).addClass('cui-tab-current');
}
我首先点击开始监控，然后鼠标不在页面做任何操作，在控制台输入一句：
setIndex(1)
于是页面会发生改变，这个时候，我们得到的图是：
这张图其实最初我也是看热闹的，昨天根据宇果的指点，才稍微看出点门道了：
首先请看上图中的一个个透明框，每个透明框便是两次显示器刷新周期中等待的时间，其中有一个非常关键的单位叫做fps，这个60fps是个什么东西呢？
60fps与16ms
所谓60fps便是说屏幕1s会刷新60次，意思是大概16.5ms屏幕会刷新一次，在这一次刷新中浏览器会干很多事情，这里还是以图示为例，这里有2个前提：
① 我们鼠标并未操作
② 我们页面很单一
所以在我们执行setIndex前，浏览器根本没有任何消耗，每一次的刷新干了这几件事情：
刚刚整个过程一过经过了2.29秒，浏览器发生了这些事情：
从白条来看，浏览器处理整个动作大概花费320ms，这里出了4种颜色，这个也比较关键。
4种颜色
黄色是说明正在执行javascript脚本，从这里可以看出，js执行的速度是非常快的，这里包含了设值class、移除class，获取width等一系列操作，浏览器会等一次结束后才发生渲染。
紫色是说明正在回流，也就是我们传说中的渲染，这个是非常耗费性能的，我们这里具体跟进去看看：
接下来触发了css3过渡transition的动画，下面的滚动条开始了不停的移动：
可以看到，后续所有的运动只影响了一个元素，这个元素便是滚动条，这里为了验证刚刚所说，我们做两个事情：
① 使用click触发索引更改
② 为下划线添加子元素
这里有个非常不同的就是，我鼠标在界面操作了，不可避免的会引起一些move样式改变，所以有重绘有回流，都比较轻，比较关键的是，其中多了一个click操作（Event），但是下面动画时候影响的元素仍然只是一个，这个有点不明原因，我这里特别将transform改成了left，因为transform更加平滑，我想找出原因，却发现了另一个现象：
可以看出transformd导致的动画只会执行一次paint，便是最初那一次，而使用left的话却在不停的paint，这个是资源消耗的对比：
可以看出，使用left时候出现了锯齿状，这个时候我们可以得出一个结论，transform的动画确实比left节省性能。
至此我们对chrome的Timeline有了一个新的认识，但是我们这里的观察全部是在PC端发生的，而手机端是怎么样的呢？
移动端的渲染
这个图与上图形成了鲜明对比，PC端就只有很小的波动，手机端却引起了很多涟漪，导致这个问题的原因是硬件设施（这里是盗图）：
PS：这里苦于没有Android设备，chrome电脑又暂时抽风不能真机调试，便去同事那里草草截图，哎......
丢帧的发生
如前所述，浏览器一次的刷新约16ms，以一次原子行为来说是这样的：
脚本运行时间+渲染时间+绘制时间<16ms
如果中间有一次的操作比如渲染的时间大于了16ms而导致浏览器没有来得及绘制，那么那次的操作便失效了，这个就是所谓的丢帧。
我们在note2上运行程序时会导致丢帧，应该就是其中一次超出了时限，因为class变化会引起样式重新计算，但是只是文字变化的话只是会引起重绘，所以主要问题发生在transition动画。
而我们的解决方案是setTimeout，这个造成的影响是：
我们发现了，就算没有动画，重新计算样式那里依旧是主要导致的回流的因素，是他挤掉了后续的操作吗？他重新计算样式中的因素有很多，我怀疑的目光首先放到了这段css：
.cui-tab-mod li:nth-of-type(1).cui-tab-current ~ .cui-tab-scrollbar { -webkit-transform: translate3d(0,0,0);
-moz-transform: translate3d(0,0,0); -ms-transform: translate3d(0,0,0); transform: translate3d(0,0,0); }
测试下来，似乎与他相关：
<!DOCTYPE html>
<html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml">
<head>
<meta name="viewport" content="width=320.1,initial-scale=1,minimum-scale=1,maximum-scale=1,user-scalable=no,minimal-ui">
<title></title>
<style type="text/css">
body { -webkit-text-size-adjust: none; -webkit-tap-highlight-color: rgba(0,0,0,0); -webkit-font-smoothing: antialiased; -moz-user-select: none; }
ul, ol { list-style: none; margin: 0; padding: 0; }
.cui-tab-mod { display: -webkit-box; display: -moz-box; display: -ms-flexbox; display: -webkit-flex; display: flex; height: 43px; line-height: 43px; border-bottom: #bcbcbc 1px solid; background-color: #fafafa; color: #666; font-size: 15px; position: relative; display: table\9; width: 100%; }
.cui-tab-mod li { text-align: center; -webkit-box-flex: 1; -moz-box-flex: 1; -webkit-flex: 1; -ms-flex: 1; flex: 1; display: table-cell\9; }
.cui-tab-mod li.cui-tab-current { color: #099fde; }
.cui-tab-mod .cui-tab-scrollbar { position: absolute; left: 0; height: 4px; bottom: -1px; background-color: #099fde; -webkit-transition: -webkit-transform 300ms ease ; transition: transform 300ms ease ; z-index: -1; -webkit-backface-visibility:hidden; backface-visibility:hidden; }
.cui-tabnum2 { width: 50%; }
.cui-tabnum3 { width: 33.33333%; }
.cui-tab-mod li.cui-tab-current ~ .cui-tab-scrollbar { z-index: 2; }
</style>
<script id="others_zepto_10rc1" type="text/javascript" class="library" src="http://sandbox.runjs.cn/js/sandbox/other/zepto.min.js"></script>
</head>
<body>
<ul class="cui-tab-mod">
<li data-key="0" data-index="0" class="cui-item cui-tab-current">中国</li>
<li data-key="1" data-index="1" class="cui-item">美国</li>
<li data-key="2" data-index="2" class="cui-item">日本</li>
<i class="cui-tab-scrollbar cui-tabnum3"><span>1</span></i>
</ul>
<script type="text/javascript">
var wrapper = $('.cui-tab-mod');
var toolBar = $('.cui-tab-scrollbar');
var els = wrapper.find('li');
wrapper.on('click', function (e) {
toolBar.css({
'-webkit-transform': 'translate3d(100%,0,0)',
'transform': 'translate3d(100%,0,0)'
})
var el = $(e.target);
});
</script>
</body>
</html>
如果这样，我直接操作toolBar便可以绕过该BUG，但是我还是不太确定，所以有了这段代码：
<!DOCTYPE html>
<html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml">
<head>
<meta name="viewport" content="width=320.1,initial-scale=1,minimum-scale=1,maximum-scale=1,user-scalable=no,minimal-ui">
<title></title>
<style type="text/css">
body { -webkit-text-size-adjust: none; -webkit-tap-highlight-color: rgba(0,0,0,0); -webkit-font-smoothing: antialiased; -moz-user-select: none; } ul, ol { list-style: none; margin: 0; padding: 0; } .cui-tab-mod { display: -webkit-box; display: -moz-box; display: -ms-flexbox; display: -webkit-flex; display: flex; height: 43px; line-height: 43px; border-bottom: #bcbcbc 1px solid; background-color: #fafafa; color: #666; font-size: 15px; position: relative; display: table\9; width: 100%; } .cui-tab-mod li { text-align: center; -webkit-box-flex: 1; -moz-box-flex: 1; -webkit-flex: 1; -ms-flex: 1; flex: 1; display: table-cell\9; } .cui-tab-mod li.cui-tab-current { color: #099fde; } .cui-tab-mod .cui-tab-scrollbar { position: absolute; left: 0; height: 4px; bottom: -1px; background-color: #099fde; -webkit-transition: -webkit-transform 300ms ease ; transition: transform 300ms ease ; z-index: -1; -webkit-backface-visibility:hidden; backface-visibility:hidden; } .cui-tabnum2 { width: 50%; } .cui-tabnum3 { width: 33.33333%; } .cui-tabnum4 { width: 25%; } .cui-tabnum5 { width: 20%; } .cui-tabnum6 { width: 16.66666%; } .cui-tab-mod li.cui-tab-current ~ .cui-tab-scrollbar { z-index: 2; } .cui-tab-mod cui-tab-current .cui-tab-scrollbar { -webkit-transform: translate3d(100%,0,0); -moz-transform: translate3d(100%,0,0); -ms-transform: translate3d(100%,0,0); transform: translate3d(100%,0,0); } .cui-tab-mod li:nth-of-type(1).cui-tab-current ~ .cui-tab-scrollbar { -webkit-transform: translate3d(0,0,0); -moz-transform: translate3d(0,0,0); -ms-transform: translate3d(0,0,0); transform: translate3d(0,0,0); } .cui-tab-mod li:nth-of-type(2).cui-tab-current ~ .cui-tab-scrollbar { -webkit-transform: translate3d(100%,0,0); -moz-transform: translate3d(100%,0,0); -ms-transform: translate3d(100%,0,0); transform: translate3d(100%,0,0); } .cui-tab-mod li:nth-of-type(3).cui-tab-current ~ .cui-tab-scrollbar { -webkit-transform: translate3d(200%,0,0); -moz-transform: translate3d(200%,0,0); -ms-transform: translate3d(200%,0,0); transform: translate3d(200%,0,0); } </style>
<script id="others_zepto_10rc1" type="text/javascript" class="library" src="http://sandbox.runjs.cn/js/sandbox/other/zepto.min.js"></script>
</head>
<body> <ul class="cui-tab-mod">
<li data-key="0" data-index="0" class="cui-item cui-tab-current">中国</li>
<li data-key="1" data-index="1" class="cui-item">美国</li>
<li data-key="2" data-index="2" class="cui-item">日本</li>
<i class="cui-tab-scrollbar cui-tabnum3"><span>1</span></i>
</ul>
<script type="text/javascript">
var wrapper = $('.cui-tab-mod');
var toolBar = $('.cui-tab-scrollbar');
var els = wrapper.find('li'); wrapper.on('click', function (e) {
var el = $(e.target);
els.removeClass('cui-tab-current');
el.addClass('cui-tab-current');
toolBar.css('left', '0'); // setTimeout(function () {
// toolBar.width('width', toolBar.width());
// }, 0)
}); </script>
</body>
</html>
var wrapper = $('.cui-tab-mod');
var toolBar = $('.cui-tab-scrollbar');
var els = wrapper.find('li');
wrapper.on('click', function (e) {
var el = $(e.target);
els.removeClass('cui-tab-current');
el.addClass('cui-tab-current');
toolBar.css('left', '0');
// setTimeout(function () {
// toolBar.width('width', toolBar.width());
// }, 0)
});
这一段代码也可以解决BUG，似乎解决bug的元素是导致了absolute元素的回流而与其它无关，这里再次对比Timeline：
两次对比没有什么差距，这个BUG导致的原因还需要深究，待我哪天去真机测试......
setTimeout动画
另外，最好也不要使用setTimeout之类的定时器来实现动画，下面这个动画操作也是非常消耗的：
这里如果使用requestAnimationFrame便可以避免Timer的影响。
fixed元素
一般来说，fixed元素在手机上尤其卡，我们这里也来追踪一下原因：
可以看到，fixed元素与left一样的都会不断的Paint，所以他卡呢，至于如何避免不同的团队有不同的方案。
结语
今天回顾了与宇果的交流过程中的渲染优化相关，这里还停留在比较浅的层次，需要继续学习，希望对各位有用，文中有误请您提出，最后微博求粉：
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