解决这个问题一般会用到,禁止转载

作者: 前端  发布:2019-11-04

二、CSS3 will-change粉墨登场

CSS3 will-change属于web标准属性,虽然目前还是草案阶段,但出现已经有些时日了,兼容性这块Chrome/FireFox/Opera都是支持的。

9159.com 1

这个属性作用很单纯,就是“增强页面渲染性能”。那它是如何增强的呢?

我们可能听听说过,3D transform会启用GPU加速,例如translate3DscaleZ之类,但是呢,这些属性业界往往称之为hack加速法。我们实际上不需要z轴的变化,但是还是假模假样地声明了,欺骗浏览器,这其实是一种不人道的做法。

⑤ GPU即图形处理器,是与处理和绘制图形相关的硬件。GPU是专为执行复杂的数学和几何计算而设计的,可以让CPU从图形处理的任务中解放出来,从而执行其他更多的系统任务,例如,页面的计算与重绘。

will-change则天生为此设计,顾名思意“我要变形了”,礼貌而友好。

几何老师:“同学们注意,我要开始变形了。” 9159.com 2

哈哈,别笑。真是这样的。

当我们通过某些行为(点击、移动或滚动)触发页面进行大面积绘制的时候,浏览器往往是没有准备的,只能被动使用CPU去计算与重绘,由于没有事先准备,应付渲染够呛,于是掉帧,于是卡顿。而will-change则是真正的行为触发之前告诉浏览器:“浏览器同学,我待会儿就要变形了,你心理和生理上都准备准备”。于是乎,浏览器同学把GPU给拉上了,从容应对即将到来的变形。

这其实很好理解的,对吧,提前预约从容不迫;突然造访手忙脚乱。

MDN上显示该属性语法如下:

CSS

/* 关键字值 */ will-change: auto; will-change: scroll-position; will-change: contents; will-change: transform; /* <custom-ident>示例 */ will-change: opacity; /* <custom-ident>示例 */ will-change: left, top; /* 两个<animateable-feature>示例 */ /* 全局值 */ will-change: inherit; will-change: initial; will-change: unset;

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
/* 关键字值 */
will-change: auto;
will-change: scroll-position;
will-change: contents;
will-change: transform;        /* <custom-ident>示例 */
will-change: opacity;          /* <custom-ident>示例 */
will-change: left, top;        /* 两个<animateable-feature>示例 */
 
/* 全局值 */
will-change: inherit;
will-change: initial;
will-change: unset;

其中:
auto
就跟width:auto一样,实际上没什么卵用,昨天嘛,估计就是用来重置其他比较屌的值。

scroll-position
告诉浏览器,我要开始翻滚了。

contents
告诉浏览器,内容要动画或变化了。

<custom-ident>
顾名思意,自定义的识别。非规范称呼,应该是MDN自己的称呼,以后可能会明确写入规范。比方说animation的名称,计数器counter-reset,counter-increment定义的名称等等。

上面展示了2个例子,一个是transform一个是opacity,都是CSS3动画常用属性。如果给定的属性是缩写,则所有缩写相关属性变化都会触发。同时不能是以下这些关键字值:unsetinitialinheritwill-changeautoscroll-position, 或 contents.

<animateable-feature>
可动画的一些特征值。比方说lefttopmargin之类。移动端,非transformopacity属性的动画性能都是低下的,所以都是建议避免使用left/top/margin之流进行唯一等。但是,如果你觉得自己是margin属性奶大的,非要使用之,试试加个will-change:margin说不定也会很流畅(移动端目前支持还不是很好)。

就目前而言,使用的基本上都是:

CSS

.example { will-change: transform; }

1
2
3
.example {
  will-change: transform;
}

四、参考文章

  • Fix scrolling performance with CSS will-change property
  • MDN:will-change
  • An Introduction to the CSS will-change Property

本文内容均属于外文整理收集,加上自己理解书写。内容并未亲自实践验证,因此,不能保证100%正确,仅供大家学习参考。

如果文中有什么表述不准确的地方,欢迎大力指正,感谢阅读,欢迎交流!

9159.com 3

本文为原创文章,包含脚本行为,会经常更新知识点以及修正一些错误,因此转载请保留原出处,方便溯源,避免陈旧错误知识的误导,同时有更好的阅读体验。
本文地址:

(本篇完)

CSS3 3D 行星运转动画 + 浏览器渲染原理

2016/04/29 · CSS · 动画

本文作者: 伯乐在线 - chokcoco 。未经作者许可,禁止转载!
欢迎加入伯乐在线 专栏作者。

承接上一篇:《CSS3进阶:酷炫的3D旋转透视》 。

最近入坑 Web 动画,所以把自己的学习过程记录一下分享给大家。

CSS3 3D 行星运转 demo 页面请戳:Demo。(建议使用Chrome打开)

本文完整的代码,以及更多的 CSS3 效果,在我 Github 上可以看到,也希望大家可以点个 star。

嗯,可能有些人打不开 demo 或者页面乱了,贴几张效果图:(图片有点大,耐心等待一会)

CSS3 3D 行星运转效果图

9159.com 4

随机再截屏了一张:

9159.com 5

强烈建议你点进 Demo页感受一下 CSS3 3D 的魅力,图片能展现的东西毕竟有限。

然后,这个 CSS3 3D 行星运转动画的制作过程不再详细赘述,本篇的重点放在 Web 动画介绍及性能优化方面。详细的 CSS3 3D 可以回看上一篇博客:《CSS3进阶:酷炫的3D旋转透视》。简单的思路:

  1. 利用上一篇所制作的 3D 照片墙为原型,改造而来;

2. 每一个球体的制作,想了许多方法,最终使用了这种折中的方式,每一个球体本身也是一个 CSS3 3D 图形。然后在制作过程中使用 Sass 编写 CSS 可以减少很多繁琐的编写 CSS 动画的过程;

  1. Demo 当中有使用 Javascript 写了一个鼠标跟随的监听事件,去掉这个事件,整个行星运动动画本身是纯 CSS 实现的。

下面将进入本文的重点,从性能优化的角度讲讲浏览器渲染展示原理,浏览器的重绘与重排,动画的性能检测优化等:

 

动画卡顿是在移动web开发时经常遇到的问题,解决这个问题一般会用到css3硬件加速
css3硬件加速这个名字感觉上很高大上,其实它做的事情可以简单概括为:通过GPU进行渲染,解放cpu。

四、参考文章

  • Fix scrolling performance with CSS will-change property
  • MDN:will-change
  • An Introduction to the CSS will-change Property

本文内容均属于外文整理收集,加上自己理解书写。内容并未亲自实践验证,因此,不能保证100%正确,仅供大家学习参考。

如果文中有什么表述不准确的地方,欢迎大力指正,感谢阅读,欢迎交流!

1 赞 1 收藏 评论

9159.com 6

三、CSS3 will-change使用注意事项

will-change虽然可以加速,但是,一定一定要适度使用。那种全局都开启will-change等待模式的做法,无疑是死路一条。尼玛,用脚趾头想想也知道,你让浏览器各个元素都随时GPU渲染加速待命,还是妥妥搞死!

说到这里,想到了移动端的GPU加速。很多自以为然的同学写CSS3动画的时候,或者静态属性的时候,动不动就把translateZ之类GPU hack属性写上。同学们啊,GPU这玩意提高页面渲染性能它是有代价的呀,什么代价呢,就是手机的电量。你真以为有“既要马儿跑,又要马儿不吃草”的好事情啊!

平时,我们一般地CSS动画,平常的渲染处理,手机都是可以比较流畅的。完全没有必要以牺牲其他东西来实现。手机上的电量弥足珍贵。如果发现(尤其Android)机子h5页面不流畅,找找看是不是动画属性使用问题,或者非可视动画层没隐藏等等原因。

回到will-change. 同样的,will-change的使用也要谨慎,遵循最小化影响原则,所以,一开始的例子,才使用伪元素去搞,独立渲染(虽然我没看出来这个梗在什么地方)。

sitePoint网站上的这篇文章展示了几个处理例子:

不要这样直接写在默认状态中,因为will-change会一直挂着:

.will-change {
  will-change: transform;
  transition: transform 0.3s;
}
.will-change:hover {
  transform: scale(1.5);
}

可以让父元素hover的时候,声明will-change,这样,移出的时候就会自动remove,触发的范围基本上是有效元素范围。

.will-change-parent:hover .will-change {
  will-change: transform;
}
.will-change {
  transition: transform 0.3s;
}
.will-change:hover {
  transform: scale(1.5);
}

如果使用JS添加will-change, 事件或动画完毕,一定要及时remove. 比方说点击某个按钮,其他某个元素进行动画。点击按钮(click),要先按下(mousedown)再抬起才出发。因此,可以mousedown时候打声招呼, 动画结束自带回调,于是(示意,不要在意细节):

dom.onmousedown = function() {
    target.style.willChange = 'transform';
};
dom.onclick = function() {
    // target动画哔哩哔哩...
};
target.onanimationend = function() {
    // 动画结束回调,移除will-change
    this.style.willChange = 'auto';
};

等。

打赏支持我写出更多好文章,谢谢!

任选一种支付方式

9159.com 7 9159.com 8

3 赞 14 收藏 评论

现象

通过对比不使用css3加速和使用css3加速两个例子,我们可以看到两者渲染的差异:

9159.com 9

不使用css3加速.png

9159.com 10

使用css3加速.png

前者通过改变top和left属性进行动画,fps维持在47左右,cpu一直进行计算;后者通过transform实现,fps在62左右,cpu基本不需要计算。对比可知通过transform不仅提升了渲染性能,也解放了cpu。

一、先来看一个例子

下面这个例子来自某外文,我这里简单转述下。

视差滚动现在不是挺流行的嘛,然后Chris Ruppel当其使用background-attachment: fixed实现背景图片不随滚动条滚动而滚动效果的时候,发现,页面的绘制性能掉到了每秒30帧,这种帧频人眼已经可以感觉到一定的顿挫感了。

9159.com 11

后来,参考一些其他同事还是同行的建议,做了一番优化,然后,页面的渲染性能——

9159.com 12

这优化之前完全就是便秘,屎拉不出来的感觉;而优化之后,完全就是一泻千里,裤子都来不及脱的感觉。

一兄得便秘,在厕所里久久不能如便。
正在他极力努力的时候,看一哥们风一样的冲进厕所,进了他旁边的位置,刚进去就传来一真狂风暴雨,那兄羡慕的对那哥们说:哥们好羡慕你呀!
那哥们说:羡慕啥,裤子还没脱呢。。。

大家肯定会好奇,这到底施了什么魔法,可以让渲染提升如此之显著。3个小tips:

  1. background-attachment: fixed改成了position: fixed,因为前面这玩意滚动实时计算重绘;
  2. 背景图片所在的元素替换为::before伪元素;
  3. 使用了CSS3 will-change加速;

相关代码如下(假设类名是front):

CSS

.front::before { content: ''; position: fixed; // 代替background-attachment width: 100%; height: 100%; top: 0; left: 0; background-color: white; background: url(/img/front/mm.jpg) no-repeat center center; background-size: cover; will-change: transform; // 创建新的渲染层 z-index: -1; }

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
.front::before {
    content: '';
    position: fixed; // 代替background-attachment
    width: 100%;
    height: 100%;
    top: 0;
    left: 0;
    background-color: white;
    background: url(/img/front/mm.jpg) no-repeat center center;
    background-size: cover;
    will-change: transform; // 创建新的渲染层
    z-index: -1;
  }

OK, 主角粉墨登场了,就是will-change, 这是什么鬼?

一、先来看一个例子

下面这个例子来自某外文,我这里简单转述下。

视差滚动现在不是挺流行的嘛,然后Chris Ruppel当其使用background-attachment: fixed实现背景图片不随滚动条滚动而滚动效果的时候,发现,页面的绘制性能掉到了每秒30帧,这种帧频人眼已经可以感觉到一定的顿挫感了。

9159.com 13

后来,参考一些其他同事还是同行的建议,做了一番优化,然后,页面的渲染性能——

9159.com 14

这优化之前完全就是便秘,屎拉不出来的感觉;而优化之后,完全就是一泻千里,裤子都来不及脱的感觉。

一兄得便秘,在厕所里久久不能如便。
正在他极力努力的时候,看一哥们风一样的冲进厕所,进了他旁边的位置,刚进去就传来一真狂风暴雨,那兄羡慕的对那哥们说:哥们好羡慕你呀!
那哥们说:羡慕啥,裤子还没脱呢。。。

大家肯定会好奇,这到底施了什么魔法,可以让渲染提升如此之显著。3个小tips:

  1. background-attachment: fixed改成了position: fixed,因为前面这玩意滚动实时计算重绘;
  2. 背景图片所在的元素替换为::before伪元素;
  3. 使用了CSS3 will-change加速;

相关代码如下(假设类名是front):

.front::before {
    content: '';
    position: fixed; // 代替background-attachment
    width: 100%;
    height: 100%;
    top: 0;
    left: 0;
    background-color: white;
    background: url(/img/front/mm.jpg) no-repeat center center;
    background-size: cover;
    will-change: transform; // 创建新的渲染层
    z-index: -1;
  }

OK, 主角粉墨登场了,就是will-change, 这是什么鬼?

关于作者:chokcoco

9159.com 15

经不住流年似水,逃不过此间少年。 个人主页 · 我的文章 · 63 ·    

9159.com 16

参考文章:
  1. CSS动画之硬件加速:作者比较详细介绍了硬件加速,总结的很到位。
  2. CSS3硬件加速也有坑: 作者介绍了由于z-index造成复合图层过多,以后开发加以注意。
  3. 使用CSS3 will-change提高页面滚动、动画等渲染性能: will-change的介绍
  4. javascript性能优化-repaint和reflow:性能杀手以及优化方法。
  5. 两张图解释CSS动画的性能:比较详细对比了采用硬件加速和不采用硬件加速的流程差异。

使用CSS3 will-change提高页面滚动、动画等渲染性能

2015/11/05 · CSS · 渲染性能

原文出处: 张鑫旭   

二、CSS3 will-change粉墨登场

CSS3 will-change属于web标准属性,虽然目前还是草案阶段,但出现已经有些时日了,兼容性这块Chrome/FireFox/Opera都是支持的。

这个属性作用很单纯,就是“增强页面渲染性能”。那它是如何增强的呢?

我们可能听听说过,3D transform会启用GPU加速,例如translate3DscaleZ之类,但是呢,这些属性业界往往称之为hack加速法。我们实际上不需要z轴的变化,但是还是假模假样地声明了,欺骗浏览器,这其实是一种不人道的做法。

① GPU即图形处理器,是与处理和绘制图形相关的硬件。GPU是专为执行复杂的数学和几何计算而设计的,可以让CPU从图形处理的任务中解放出来,从而执行其他更多的系统任务,例如,页面的计算与重绘。

will-change则天生为此设计,顾名思意“我要变形了”,礼貌而友好。

几何老师:“同学们注意,我要开始变形了。” 9159.com 17

哈哈,别笑。真是这样的。

当我们通过某些行为(点击、移动或滚动)触发页面进行大面积绘制的时候,浏览器往往是没有准备的,只能被动使用CPU去计算与重绘,由于没有事先准备,应付渲染够呛,于是掉帧,于是卡顿。而will-change则是真正的行为触发之前告诉浏览器:“浏览器同学,我待会儿就要变形了,你心理和生理上都准备准备”。于是乎,浏览器同学把GPU给拉上了,从容应对即将到来的变形。

这其实很好理解的,对吧,提前预约从容不迫;突然造访手忙脚乱。

MDN上显示该属性语法如下:

/* 关键字值 */
will-change: auto;
will-change: scroll-position;
will-change: contents;
will-change: transform;        /* <custom-ident>示例 */
will-change: opacity;          /* <custom-ident>示例 */
will-change: left, top;        /* 两个<animateable-feature>示例 */

/* 全局值 */
will-change: inherit;
will-change: initial;
will-change: unset;

其中:
auto
就跟width:auto一样,实际上没什么卵用,昨天嘛,估计就是用来重置其他比较屌的值。

scroll-position
告诉浏览器,我要开始翻滚了。

contents
告诉浏览器,内容要动画或变化了。

<custom-ident>
顾名思意,自定义的识别。非规范称呼,应该是MDN自己的称呼,以后可能会明确写入规范。比方说animation的名称,计数器counter-resetcounter-increment定义的名称等等。

上面展示了2个例子,一个是transform一个是opacity,都是CSS3动画常用属性。如果给定的属性是缩写,则所有缩写相关属性变化都会触发。同时不能是以下这些关键字值:unsetinitialinherit,will-changeautoscroll-position, 或 contents.

<animateable-feature>
可动画的一些特征值。比方说lefttopmargin之类。移动端,非transformopacity属性的动画性能都是低下的,所以都是建议避免使用left/top/margin之流进行唯一等。但是,如果你觉得自己是margin属性奶大的,非要使用之,试试加个will-change:margin说不定也会很流畅(移动端目前支持还不是很好)。

就目前而言,使用的基本上都是:

.example {
  will-change: transform;
}

回流(reflow)与重绘(repaint)

这里首先要分清两个概念,重绘与回流。

回流(reflow)

当渲染树(render Tree)中的一部分(或全部)因为元素的规模尺寸,布局,隐藏等改变而需要重新构建。这就称为回流(reflow),也就是重新布局(relayout)。

每个页面至少需要一次回流,就是在页面第一次加载的时候。在回流的时候,浏览器会使渲染树中受到影响的部分失效,并重新构造这部分渲染树,完成回流后,浏览器会重新绘制受影响的部分到屏幕中,该过程成为重绘。

重绘(repaint)

当render tree中的一些元素需要更新属性,而这些属性只是影响元素的外观,风格,而不会影响布局的,比如 background-color 。则就叫称为重绘。

值得注意的是,回流必将引起重绘,而重绘不一定会引起回流。

明显,回流的代价更大,简单而言,当操作元素会使元素修改它的大小或位置,那么就会发生回流。

回流何时触发:

  • 调整窗口大小(Resizing the window)
  • 9159.com,改变字体(Changing the font)
  • 增加或者移除样式表(Adding or removing a stylesheet)
  • 内容变化,比如用户在input框中输入文字(Content changes, such as a user typing text in
  • an input box)
  • 激活 CSS 伪类,比如 :hover (IE 中为兄弟结点伪类的激活)(Activation of CSS pseudo classes such as :hover (in IE the activation of the pseudo class of a sibling))
  • 操作 class 属性(Manipulating the class attribute)
  • 脚本操作 DOM(A script manipulating the DOM)
  • 计算 offsetWidth 和 offsetHeight 属性(Calculating offsetWidth and offsetHeight)
  • 设置 style 属性的值 (Setting a property of the style attribute)

所以对于页面而言,我们的宗旨就是尽量减少页面的回流重绘,简单的一个栗子:

CSS

will-change: auto will-change: scroll-position will-change: contents will-change: transform // Example of <custom-ident> will-change: opacity // Example of <custom-ident> will-change: left, top // Example of two <animateable-feature> will-change: unset will-change: initial will-change: inherit // 示例 .example{ will-change: transform; }

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
will-change: auto
will-change: scroll-position
will-change: contents
will-change: transform        // Example of <custom-ident>
will-change: opacity          // Example of <custom-ident>
will-change: left, top        // Example of two <animateable-feature>
will-change: unset
will-change: initial
will-change: inherit
// 示例
.example{
    will-change: transform;
}

上面四句,因为涉及了 offsetHeight 操作,浏览器强制 reflow 了两次,而下面四句合并了 offset 操作,所以减少了一次页面的回流。 

减少回流、重绘其实就是需要减少对渲染树的操作(合并多次多DOM和样式的修改),并减少对一些style信息的请求,尽量利用好浏览器的优化策略。

flush队列

其实浏览器自身是有优化策略的,如果每句 Javascript 都去操作 DOM 使之进行回流重绘的话,浏览器可能就会受不了。所以很多浏览器都会优化这些操作,浏览器会维护 1 个队列,把所有会引起回流、重绘的操作放入这个队列,等队列中的操作到了一定的数量或者到了一定的时间间隔,浏览器就会 flush 队列,进行一个批处理。这样就会让多次的回流、重绘变成一次回流重绘。

但是也有例外,因为有的时候我们需要精确获取某些样式信息,下面这些:

  • offsetTop, offsetLeft, offsetWidth, offsetHeight

  • scrollTop/Left/Width/Height

  • clientTop/Left/Width/Height

  • width,height

  • 请求了getComputedStyle(), 或者 IE的 currentStyle

这个时候,浏览器为了反馈最精确的信息,需要立即回流重绘一次,确保给到我们的信息是准确的,所以可能导致 flush 队列提前执行了。

display:none 与 visibility:hidden

两者都可以在页面上隐藏节点。不同之处在于,

  • display:none 隐藏后的元素不占据任何空间。它的宽度、高度等各种属性值都将“丢失”
  • visibility:hidden 隐藏的元素空间依旧存在。它仍具有高度、宽度等属性值

从性能的角度而言,即是回流与重绘的方面,

  • display:none  会触发 reflow(回流)
  • visibility:hidden  只会触发 repaint(重绘),因为没有发现位置变化

他们两者在优化中 visibility:hidden 会显得更好,因为我们不会因为它而去改变了文档中已经定义好的显示层次结构了。

对子元素的影响:

  • display:none 一旦父节点元素应用了 display:none,父节点及其子孙节点元素全部不可见,而且无论其子孙元素如何设置 display 值都无法显示;
  • visibility:hidden 一旦父节点元素应用了 visibility:hidden,则其子孙后代也都会全部不可见。不过存在隐藏“失效”的情况。当其子孙元素应用了 visibility:visible,那么这个子孙元素又会显现出来。

 

复合图层

在原理中我们提到transform会创建一个图层,GPU会来执行transform的操作,这个图层且称为复合图层(composited layer)。
虽然 Chrome 的启发式方法(heuristic)随着时间在不断发展进步,但是从目前来说,满足以下任意情况便会创建层:

  • 3D 或透视变换(perspective transform) CSS 属性
  • 使用加速视频解码的元素,如<video>
  • 拥有 3D (WebGL) 上下文或加速的 2D 上下文的元素,如<canvas>
  • 混合插件(如 Flash)
  • 对自己的 opacity 做 CSS 动画或使用一个动画 webkit 变换的元素
  • 拥有加速 CSS 过滤器的元素,如CSS filters
  • 元素有一个包含复合层的后代节点(换句话说,就是一个元素拥有一个子元素,该子元素在自己的层里)
  • 元素有一个 z-index 较低且包含一个复合层的兄弟元素(换句话说就是该元素在复合层上面渲染)

如果页面建立了过多的复合图层,同样也会造成页面的卡顿。在CSS3硬件加速也有坑这篇文章中,作者介绍了由于z-index造成复合图层过多而引发的问题,在以后开发时可以借鉴。可以调试图层过多卡顿页面了解z-idnex对图层创建的影响。

三、CSS3 will-change使用注意事项

will-change虽然可以加速,但是,一定一定要适度使用。那种全局都开启will-change等待模式的做法,无疑是死路一条。尼玛,用脚趾头想想也知道,你让浏览器各个元素都随时GPU渲染加速待命,还是妥妥搞死!

说到这里,想到了移动端的GPU加速。很多自以为然的同学写CSS3动画的时候,或者静态属性的时候,动不动就把translateZ之类GPU hack属性写上。同学们啊,GPU这玩意提高页面渲染性能它是有代价的呀,什么代价呢,就是手机的电量。你真以为有“既要马儿跑,又要马儿不吃草”的好事情啊!

平时,我们一般地CSS动画,平常的渲染处理,手机都是可以比较流畅的。完全没有必要以牺牲其他东西来实现。手机上的电量弥足珍贵。如果发现(尤其Android)机子h5页面不流畅,找找看是不是动画属性使用问题,或者非可视动画层没隐藏等等原因。

回到will-change. 同样的,will-change的使用也要谨慎,遵循最小化影响原则,所以,一开始的例子,才使用伪元素去搞,独立渲染(虽然我没看出来这个梗在什么地方)。

sitePoint网站上的这篇文章展示了几个处理例子:

不要这样直接写在默认状态中,因为will-change会一直挂着:

CSS

.will-change { will-change: transform; transition: transform 0.3s; } .will-change:hover { transform: scale(1.5); }

1
2
3
4
5
6
7
.will-change {
  will-change: transform;
  transition: transform 0.3s;
}
.will-change:hover {
  transform: scale(1.5);
}

可以让父元素hover的时候,声明will-change,这样,移出的时候就会自动remove,触发的范围基本上是有效元素范围。

CSS

.will-change-parent:hover .will-change { will-change: transform; } .will-change { transition: transform 0.3s; } .will-change:hover { transform: scale(1.5); }

1
2
3
4
5
6
7
8
9
.will-change-parent:hover .will-change {
  will-change: transform;
}
.will-change {
  transition: transform 0.3s;
}
.will-change:hover {
  transform: scale(1.5);
}

如果使用JS添加will-change, 事件或动画完毕,一定要及时remove. 比方说点击某个按钮,其他某个元素进行动画。点击按钮(click),要先按下(mousedown)再抬起才出发。因此,可以mousedown时候打声招呼, 动画结束自带回调,于是(示意,不要在意细节):

CSS

dom.onmousedown = function() { target.style.willChange = 'transform'; }; dom.onclick = function() { // target动画哔哩哔哩... }; target.onanimationend = function() { // 动画结束回调,移除will-change this.style.willChange = 'auto'; };

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
dom.onmousedown = function() {
    target.style.willChange = 'transform';
};
dom.onclick = function() {
    // target动画哔哩哔哩...
};
target.onanimationend = function() {
    // 动画结束回调,移除will-change
    this.style.willChange = 'auto';
};

等。

浏览器渲染展示原理 及 对web动画的影响

小标题起得有点大,我们知道,不同浏览器的内核(渲染引擎,Rendering Engine)是不一样的,例如现在最主流的 chrome 浏览器的内核是 Blink 内核(在Chrome(28及往后版本)、Opera(15及往后版本)和Yandex浏览器中使用),火狐是 Gecko,IE 是 Trident ,浏览器内核负责对网页语法的解释并渲染(显示)网页,不同浏览器内核的工作原理并不完全一致。

所以其实下面将主要讨论的是 chrome 浏览器下的渲染原理。因为 chrome 内核渲染可查证的资料较多,对于其他内核的浏览器不敢妄下定论,所以下面展开的讨论默认是针对 chrome 浏览器的。

首先,我要抛出一点结论:

使用 transform3d api 代替 transform api,强制开始 GPU 加速

这里谈到了 GPU 加速,为什么 GPU 能够加速 3D 变换?这一切又必须要从浏览器底层的渲染讲起,浏览器渲染展示网页的过程,老生常谈,面试必问,大致分为:

    1. 解析HTML(HTML Parser)
    1. 构建DOM树(DOM Tree)
    1. 渲染树构建(Render Tree)
    1. 绘制渲染树(Painting)

找到了一张很经典的图:

9159.com 18

这个渲染过程作为一个基础知识,继续往下深入。

当页面加载并解析完毕后,它在浏览器内代表了一个大家十分熟悉的结构:DOM(Document Object Model,文档对象模型)。在浏览器渲染一个页面时,它使用了许多没有暴露给开发者的中间表现形式,其中最重要的结构便是层(layer)。

这个层就是本文重点要讨论的内容:

而在 Chrome 中,存在有不同类型的层: RenderLayer(负责 DOM 子树),GraphicsLayer(负责 RenderLayer 的子树)。接下来我们所讨论的将是 GraphicsLayer 层。

GraphicsLayer 层是作为纹理(texture)上传给 GPU 的。

这里这个纹理很重要,那么,

什么是纹理(texture)

这里的纹理指的是 GPU 的一个术语:可以把它想象成一个从主存储器(例如 RAM)移动到图像存储器(例如 GPU 中的 VRAM)的位图图像(bitmap image)。一旦它被移动到 GPU 中,你可以将它匹配成一个网格几何体(mesh geometry),在 Chrome 中使用纹理来从 GPU 上获得大块的页面内容。通过将纹理应用到一个非常简单的矩形网格就能很容易匹配不同的位置(position)和变形(transformation),这也就是 3D CSS 的工作原理。

说起来很难懂,直接看例子,在 chrome 中,我们是可以看到上文所述的 GraphicsLayer — 层的概念。在开发者工具中,我们进行如下选择调出 show layer borders 选项:

9159.com 19

在一个极简单的页面,我们可以看到如下所示,这个页面只有一个层。蓝色网格表示瓦片(tile),你可以把它们当作是层的单元(并不是层),Chrome 可以将它们作为一个大层的部分上传给 GPU:

9159.com 20

元素自身层的创建

因为上面的页面十分简单,所以并没有产生层,但是在很复杂的页面中,譬如我们给元素设置一个 3D CSS 属性来变换它,我们就能看到当元素拥有自己的层时是什么样子。

注意橘黄色的边框,它画出了该视图中层的轮廓:

9159.com 21

 

何时触发创建层 ?

上面示意图中黄色边框框住的层,就是 GraphicsLayer ,它对于我们的 Web 动画而言非常重要,通常,Chrome 会将一个层的内容在作为纹理上传到 GPU 前先绘制(paint)进一个位图中。如果内容不会改变,那么就没有必要重绘(repaint)层。

这样做的意义在于:花在重绘上的时间可以用来做别的事情,例如运行 JavaScript,如果绘制的时间很长,还会造成动画的故障与延迟。

那么一个元素什么时候会触发创建一个层?从目前来说,满足以下任意情况便会创建层:

  • 3D 或透视变换(perspective、transform) CSS 属性
  • 使用加速视频解码的 <video> 元素
  • 拥有 3D (WebGL) 上下文或加速的 2D 上下文的 <canvas> 元素
  • 混合插件(如 Flash)
  • 对自己的 opacity 做 CSS 动画或使用一个动画变换的元素
  • 拥有加速 CSS 过滤器的元素
  • 元素有一个包含复合层的后代节点(换句话说,就是一个元素拥有一个子元素,该子元素在自己的层里)
  • 元素有一个 z-index 较低且包含一个复合层的兄弟元素(换句话说就是该元素在复合层上面渲染)

层的重绘

对于静态 Web 页面而言,层在第一次被绘制出来之后将不会被改变,但对于 Web 动画,页面的 DOM 元素是在不断变换的,如果层的内容在变换过程中发生了改变,那么层将会被重绘(repaint)。

强大的 chrome 开发者工具提供了工具让我们可以查看到动画页面运行中,哪些内容被重新绘制了:

9159.com 22

在旧版的 chrome 中,是有 show paint rects 这一个选项的,可以查看页面有哪些层被重绘了,并以红色边框标识出来。

但是新版的 chrome 貌似把这个选项移除了,现在的选项是 enable paint flashing ,其作用也是标识出网站动态变换的地方,并且以绿色边框标识出来。

看上面的示意图,可以看到页面中有几处绿色的框,表示发生了重绘。注意 Chrome 并不会始终重绘整个层,它会尝试智能的去重绘 DOM 中失效的部分。

按照道理,页面发生这么多动画,重绘应该很频繁才对,但是上图我的行星动画中我只看到了寥寥绿色重绘框,我的个人理解是,一是 GPU 优化,二是如果整个动画页面只有一个层,那么运用了 transform 进行变换,页面必然需要重绘,但是采用分层(GraphicsLayer )技术,也就是上面说符合情况的元素各自创建层,那么一个元素所创建的层运用 transform 变换,譬如 rotate 旋转,这个时候该层的旋转变换并没有影响到其他层,那么该层不一定需要被重绘。(个人之见,还请提出指正)。

了解层的重绘对 Web 动画的性能优化至关重要。

是什么原因导致失效(invalidation)进而强制重绘的呢?这个问题很难详尽回答,因为存在大量导致边界失效的情况。最常见的情况就是通过操作 CSS 样式来修改 DOM 或导致重排。

查找引发重绘和重排根源的最好办法就是使用开发者工具的时间轴和 enable paint flashing 工具,然后试着找出恰好在重绘/重排前修改了 DOM 的地方。

总结

那么浏览器是如何从 DOM 元素到最终动画的展示呢?

  • 浏览器解析 HTML 获取 DOM 后分割为多个图层(GraphicsLayer)
  • 对每个图层的节点计算样式结果(Recalculate style–样式重计算)
  • 为每个节点生成图形和位置(Layout–回流和重布局)
  • 将每个节点绘制填充到图层位图中(Paint Setup和Paint–重绘)
  • 图层作为纹理(texture)上传至 GPU
  • 符合多个图层到页面上生成最终屏幕图像(Composite Layers–图层重组)

Web 动画很大一部分开销在于层的重绘,以层为基础的复合模型对渲染性能有着深远的影响。当不需要绘制时,复合操作的开销可以忽略不计,因此在试着调试渲染性能问题时,首要目标就是要避免层的重绘。那么这就给动画的性能优化提供了方向,减少元素的重绘与回流。

 

原理

DOM树和CSS结合后形成渲染树。渲染树中包含了大量的渲染元素,每一个渲染元素会被分到一个图层中,每个图层又会被加载到GPU形成渲染纹理。GPU中transform是不会触发 repaint 的,这一点非常类似3D绘图功能,最终这些使用 transform的图层都会由独立的合成器进程进行处理。

通过chrome的timeline工具,绿色框代表需要repaint的部分,橙色框代表渲染图层,对比两者可知采用的css3硬件加速后,不会进行repaint操作,而只会产生一个渲染图层,GPU就负责操作这个渲染图层。

9159.com 23

不使用css3加速.png

9159.com 24

使用css3加速.png

动画的性能检测及优化

耗性能样式

不同样式在消耗性能方面是不同的,譬如 box-shadow 从渲染角度来讲十分耗性能,原因就是与其他样式相比,它们的绘制代码执行时间过长。这就是说,如果一个耗性能严重的样式经常需要重绘,那么你就会遇到性能问题。其次你要知道,没有不变的事情,在今天性能很差的样式,可能明天就被优化,并且浏览器之间也存在差异。

因此关键在于,你要借助开发工具来分辨出性能瓶颈所在,然后设法减少浏览器的工作量。

好在 chrome 浏览器提供了许多强大的功能,让我们可以检测我们的动画性能,除了上面提到的,我们还可以通过勾选下面这个 show FPS meter 显示页面的 FPS 信息,以及 GPU 的使用率:

9159.com 25

 

使用 will-change 提高页面滚动、动画等渲染性能

官方文档说,这是一个仍处于实验阶段的功能,所以在未来版本的浏览器中该功能的语法和行为可能随之改变。

9159.com 26

使用方法示例:(具体每个取值的意义,去翻翻文档)

CSS

will-change: auto will-change: scroll-position will-change: contents will-change: transform // Example of <custom-ident> will-change: opacity // Example of <custom-ident> will-change: left, top // Example of two <animateable-feature> will-change: unset will-change: initial will-change: inherit // 示例 .example{ will-change: transform; }

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
will-change: auto
will-change: scroll-position
will-change: contents
will-change: transform        // Example of <custom-ident>
will-change: opacity          // Example of <custom-ident>
will-change: left, top        // Example of two <animateable-feature>
will-change: unset
will-change: initial
will-change: inherit
// 示例
.example{
    will-change: transform;
}

will-change 为 web 开发者提供了一种告知浏览器该元素会有哪些变化的方法,这样浏览器可以在元素属性真正发生变化之前提前做好对应的优化准备工作。 这种优化可以将一部分复杂的计算工作提前准备好,使页面的反应更为快速灵敏。

值得注意的是,用好这个属性并不是很容易:

  • 不要将 will-change 应用到太多元素上:浏览器已经尽力尝试去优化一切可以优化的东西了。有一些更强力的优化,如果与 will-change 结合在一起的话,有可能会消耗很多机器资源,如果过度使用的话,可能导致页面响应缓慢或者消耗非常多的资源。

  • 有节制地使用:通常,当元素恢复到初始状态时,浏览器会丢弃掉之前做的优化工作。但是如果直接在样式表中显式声明了 will-change 属性,则表示目标元素可能会经常变化,浏览器会将优化工作保存得比之前更久。所以最佳实践是当元素变化之前和之后通过脚本来切换 will-change 的值。

  • 不要过早应用 will-change 优化:如果你的页面在性能方面没什么问题,则不要添加 will-change 属性来榨取一丁点的速度。 will-change 的设计初衷是作为最后的优化手段,用来尝试解决现有的性能问题。它不应该被用来预防性能问题。过度使用 will-change 会导致大量的内存占用,并会导致更复杂的渲染过程,因为浏览器会试图准备可能存在的变化过程。这会导致更严重的性能问题。

  • 给它足够的工作时间:这个属性是用来让页面开发者告知浏览器哪些属性可能会变化的。然后浏览器可以选择在变化发生前提前去做一些优化工作。所以给浏览器一点时间去真正做这些优化工作是非常重要的。使用时需要尝试去找到一些方法提前一定时间获知元素可能发生的变化,然后为它加上 will-change 属性。

 

使用 transform3d api 代替 transform api,强制开始 GPU 加速

GPU 能够加速 Web 动画,这个上文已经反复提到了。

3D transform 会启用GPU加速,例如 translate3D, scaleZ 之类,当然我们的页面可能并没有 3D 变换,但是不代表我们不能启用 GPU 加速,在非 3D 变换的页面也使用 3D transform 来操作,算是一种 hack 加速法。我们实际上不需要z轴的变化,但是还是假模假样地声明了,去欺骗浏览器。

参考文献:

  • Rendering: repaint, reflow/relayout, restyle
  • Scrolling Performance
  • MDN–will-change
  • How (not) to trigger a layout in WebKit
  • High Performance Animations
  • Accelerated Rendering in Chrome
  • CSS3 制作3D旋转球体

到此本文结束,如果还有什么疑问或者建议,可以多多交流,原创文章,文笔有限,才疏学浅,文中若有不正之处,万望告知。

打赏支持我写出更多好文章,谢谢!

打赏作者

启用

如下几个css属性可以触发硬件加速:

  • transform
  • opacity
  • filter
  • will-change:哪一个属性即将发生变化,进而进行优化。

上面的的例子中用到的是transform 2D,它是在运行时才会创建图层,因此在动画开始和结束时会进行repaint操作;而浏览器在渲染前就为transform 3D创建了图层。

9159.com 27

开始时的repaint

9159.com 28

结束时的repaint

可以通过transform的3D属性强制开启GPU加速:

  transform: translateZ(0);
  transform: rotateZ(360deg);
注意事项
  • 不能让每个元素都启用硬件加速,这样会暂用很大的内存,使页面会有很强的卡顿感。
  • GPU渲染会影响字体的抗锯齿效果。这是因为GPU和CPU具有不同的渲染机制,即使最终硬件加速停止了,文本还是会在动画期间显示得很模糊。

本文由9159.com发布于前端,转载请注明出处:解决这个问题一般会用到,禁止转载

关键词: