高性能 CSS3 动画

注:本文出自腾讯AlloyTeam的元彦,文章也可以在github上浏览。请尊重版权,转载请注明来源,多谢~~


高性能移动Web相较PC的场景需要考虑的因素也相对更多更复杂,我们总结为以下几点: 流量、功耗与流畅度。 在PC时代我们更多的是考虑体验上的流畅度,而在Mobile端本身丰富的场景下,需要额外关注对用户基站网络流量使用的情况,设备耗电量的情况。

关于流畅度,主要体现在前端动画中,在现有的前端动画体系中,通常有两种模式:JS动画与CSS3动画。 JS动画是通过JS动态改写样式实现动画能力的一种方案,在PC端兼容低端浏览器中不失为一种推荐方案。
而在移动端,我们选择性能更优浏览器原生实现方案:CSS3动画。

然而,CSS3动画在移动多终端设备场景下,相比PC会面对更多的性能问题,主要体现在动画的卡顿与闪烁。

目前对提升移动端CSS3动画体验的主要方法有几点:

尽可能多的利用硬件能力,如使用3D变形来开启GPU加速

-webkit-transform: translate3d(0, 0, 0);
-moz-transform: translate3d(0, 0, 0);
-ms-transform: translate3d(0, 0, 0);
transform: translate3d(0, 0, 0);  

如动画过程有闪烁(通常发生在动画开始的时候),可以尝试下面的Hack:

-webkit-backface-visibility: hidden;
-moz-backface-visibility: hidden;
-ms-backface-visibility: hidden;
backface-visibility: hidden;

-webkit-perspective: 1000;
-moz-perspective: 1000;
-ms-perspective: 1000;
perspective: 1000;  

如下面一个元素通过translate3d右移500px的动画流畅度会明显优于使用left属性:

#ball-1 {
  transition: -webkit-transform .5s ease;
  -webkit-transform: translate3d(0, 0, 0);
}
#ball-1.slidein {
  -webkit-transform: translate3d(500px, 0, 0);
}


#ball-2 {
  transition: left .5s ease;
  left: 0;
}
#ball-2.slidein {
  left: 500px;
}

注:3D变形会消耗更多的内存与功耗,应确实有性能问题时才去使用它,兼在权衡

尽可能少的使用box-shadowsgradients

box-shadowsgradients往往都是页面的性能杀手,尤其是在一个元素同时都使用了它们,所以拥抱扁平化设计吧。

尽可能的让动画元素不在文档流中,以减少重排

position: fixed;  
position: absolute;  

优化 DOM layout 性能

我们从实例开始描述这个主题:

var newWidth = aDiv.offsetWidth + 10;  
aDiv.style.width = newWidth + 'px';  
var newHeight = aDiv.offsetHeight + 10;  
aDiv.style.height = newHeight + 'px';

var newWidth = aDiv.offsetWidth + 10;  
var newHeight = aDiv.offsetHeight + 10;  
aDiv.style.width = newWidth + 'px';  
aDiv.style.height = newHeight + 'px';  

这是两段能力上完全等同的代码,显式的差异正如我们所见,只有执行顺序的区别。但真是如此吗?下面是加了说明注释的代码版本,很好的阐述了其中的进一步差异:

// 触发两次 layout
var newWidth = aDiv.offsetWidth + 10;   // Read  
aDiv.style.width = newWidth + 'px';     // Write  
var newHeight = aDiv.offsetHeight + 10; // Read  
aDiv.style.height = newHeight + 'px';   // Write

// 只触发一次 layout
var newWidth = aDiv.offsetWidth + 10;   // Read  
var newHeight = aDiv.offsetHeight + 10; // Read  
aDiv.style.width = newWidth + 'px';     // Write  
aDiv.style.height = newHeight + 'px';   // Write  

从注释中可找到规律,连续的读取offsetWidth/Height属性与连续的设置width/height属性,相比分别读取设置单个属性可少触发一次layout。

从结论看似乎与执行队列有关,没错,这是浏览器的优化策略。所有可触发layout的操作都会被暂时放入 layout-queue 中,等到必须更新的时候,再计算整个队列中所有操作影响的结果,如此就可只进行一次的layout,从而提升性能。

关键一,可触发layout的操作,哪些操作下会layout的更新(也称为reflow或者relayout)?

我们从浏览器的源码实现入手,以开源Webkit/Blink为例, 对layout的更新,Webkit 主要通过 Document::updateLayoutDocument::updateLayoutIgnorePendingStylesheets 两个方法:

void Document::updateLayout()  
{
    ASSERT(isMainThread());

    FrameView* frameView = view();
    if (frameView && frameView->isInLayout()) {
        ASSERT_NOT_REACHED();
        return;
    }

    if (Element* oe = ownerElement())
        oe->document()->updateLayout();

    updateStyleIfNeeded();

    StackStats::LayoutCheckPoint layoutCheckPoint;

    if (frameView && renderer() && (frameView->layoutPending() || renderer()->needsLayout()))
        frameView->layout();

    if (m_focusedNode && !m_didPostCheckFocusedNodeTask) {
        postTask(CheckFocusedNodeTask::create());
        m_didPostCheckFocusedNodeTask = true;
    }
}


void Document::updateLayoutIgnorePendingStylesheets()  
{
    bool oldIgnore = m_ignorePendingStylesheets;

    if (!haveStylesheetsLoaded()) {
        m_ignorePendingStylesheets = true;

        HTMLElement* bodyElement = body();
        if (bodyElement && !bodyElement->renderer() && m_pendingSheetLayout == NoLayoutWithPendingSheets) {
            m_pendingSheetLayout = DidLayoutWithPendingSheets;
            styleResolverChanged(RecalcStyleImmediately);
        } else if (m_hasNodesWithPlaceholderStyle)
            recalcStyle(Force);
    }

    updateLayout();

    m_ignorePendingStylesheets = oldIgnore;
}

updateLayoutIgnorePendingStylesheets 方法的内部实现可知,其也是对 updateLayout 方法的扩展,并且在现有的 layout 更新模式中,大部分场景都是调用 updateLayoutIgnorePendingStylesheets 来进行layout的更新。

搜索 Webkit 实现中调用 updateLayoutIgnorePendingStylesheets 方法的代码, 得到以下可导致触发 layout 的操作:

  • Element: clientHeight, clientLeft, clientTop, clientWidth, focus(), getBoundingClientRect(), getClientRects(), innerText, offsetHeight, offsetLeft, offsetParent, offsetTop, offsetWidth, outerText, scrollByLines(), scrollByPages(), scrollHeight, scrollIntoView(), scrollIntoViewIfNeeded(), scrollLeft, scrollTop, scrollWidth

  • Frame, HTMLImageElement: height, width

  • Range: getBoundingClientRect(), getClientRects()

  • SVGLocatable: computeCTM(), getBBox()

  • SVGTextContent: getCharNumAtPosition(), getComputedTextLength(), getEndPositionOfChar(), getExtentOfChar(), getNumberOfChars(), getRotationOfChar(), getStartPositionOfChar(), getSubStringLength(), selectSubString()

  • SVGUse: instanceRoot

  • window: getComputedStyle(), scrollBy(), scrollTo(), scrollX, scrollY, webkitConvertPointFromNodeToPage(), webkitConvertPointFromPageToNode()

进一步深入Layout,那上文中必须更新的必要条件是什么? 在 Stoyan Stefanov 的 Rendering: repaint, reflow/relayout, restyle 一文中已做比较详细的解答,可移步了解~

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