轻松掌握浏览器重绘重排原理

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很多人都知道要减少浏览器的重排和重绘，但对其中的具体原理以及如何具体操作并不是很了解，当突然提起这个话题的时候，还是会一脸懵逼。希望大家可以耐着性子阅读本文，仔细琢磨，彻底掌握这个知识点！

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网页生成过程：

  1. HTML被HTML解析器解析成DOM 树
  2. css则被css解析器解析成CSSOM 树
  3. 结合DOM树和CSSOM树，生成一棵渲染树(Render Tree)
  4. 生成布局（flow），即将所有渲染树的所有节点进行平面合成
  5. 将布局绘制（paint）在屏幕上

第四步和第五步是最耗时的部分，这两步合起来，就是我们通常所说的渲染。

网上找了一张图片，我加了注释会更直观一些：

渲染：

网页生成的时候，至少会渲染一次。

在用户访问的过程中，还会不断重新渲染

重新渲染需要重复之前的第四步(重新生成布局)+第五步(重新绘制)或者只有第五个步(重新绘制)。

重排比重绘大：

大，在这个语境里的意思是：谁能影响谁？

  • 重绘：某些元素的外观被改变，例如：元素的填充颜色
  • 重排：重新生成布局，重新排列元素。

就如上面的概念一样，单单改变元素的外观，肯定不会引起网页重新生成布局，但当浏览器完成重排之后，将会重新绘制受到此次重排影响的部分。

比如改变元素高度，这个元素乃至周边dom都需要重新绘制。

也就是说：“重绘”不一定会出现”重排”，”重排”必然会出现”重绘”

重排(reflow)：

概念：

当DOM的变化影响了元素的几何信息(DOM对象的位置和尺寸大小)，浏览器需要重新计算元素的几何属性，将其安放在界面中的正确位置，这个过程叫做重排。

重排也叫回流,重排的过程以下面这种理解方式更清晰一些：

回流就好比向河里(文档流)扔了一块石头(dom变化)，激起涟漪，然后引起周边水流受到波及，所以叫做回流

常见引起重排属性和方法

任何会改变元素几何信息(元素的位置和尺寸大小)的操作，都会触发重排，下面列一些栗子：

  1. 添加或者删除可见的DOM元素；
  2. 元素尺寸改变——边距、填充、边框、宽度和高度
  3. 内容变化，比如用户在input框中输入文字
  4. 浏览器窗口尺寸改变——resize事件发生时
  5. 计算 offsetWidth 和 offsetHeight 属性
  6. 设置 style 属性的值
常见引起重排属性和方法
width height margin padding
display border position overflow
clientWidth clientHeight clientTop clientLeft
offsetWudth offsetHeight offsetTop offsetLeft
scrollWidth scrollHeight scrollTop scrollLeft
scrollIntoView() scrollTo() getComputedStyle()
getBoundingClientRect() scrollIntoViewIfNeeded()

重排影响的范围：

由于浏览器渲染界面是基于流失布局模型的，所以触发重排时会对周围DOM重新排列，影响的范围有两种：

  • 全局范围：从根节点html开始对整个渲染树进行重新布局。
  • 局部范围：对渲染树的某部分或某一个渲染对象进行重新布局

全局范围重排：

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<body>
  <div class="hello">
    <h4>hello</h4>
    <p><strong>Name:</strong>BDing</p>
    <h5>male</h5>
    <ol>
      <li>coding</li>
      <li>loving</li>
    </ol>
  </div>
</body>

当p节点上发生reflow时，hello和body也会重新渲染，甚至h5和ol都会收到影响。

局部范围重排：

用局部布局来解释这种现象：把一个dom的宽高之类的几何信息定死，然后在dom内部触发重排，就只会重新渲染该dom内部的元素，而不会影响到外界。

尽可能的减少重排的次数、重排范围：

重排需要更新渲染树,性能花销非常大:

它们的代价是高昂的，会破坏用户体验，并且让UI展示非常迟缓，我们需要尽可能的减少触发重排的次数。

重排的性能花销跟渲染树有多少节点需要重新构建有关系：

所以我们应该尽量以局部布局的形式组织html结构，尽可能小的影响重排的范围。

而不是像全局范围的示例代码一样一溜的堆砌标签，随便一个元素触发重排都会导致全局范围的重排。

重绘(Repaints):

概念：

当一个元素的外观发生改变，但没有改变布局,重新把元素外观绘制出来的过程，叫做重绘。

常见的引起重绘的属性:
color border-style visibility background
text-decoration background-image background-position background-repeat
outline-color outline outline-style border-radius
outline-width box-shadow background-size

浏览器的渲染队列：

思考以下代码将会触发几次渲染？

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div.style.left = '10px';
div.style.top = '10px';
div.style.width = '20px';
div.style.height = '20px';

根据我们上文的定义，这段代码理论上会触发4次重排+重绘，因为每一次都改变了元素的几何属性，实际上最后只触发了一次重排，这都得益于浏览器的渲染队列机制：

当我们修改了元素的几何属性，导致浏览器触发重排或重绘时。它会把该操作放进渲染队列，等到队列中的操作到了一定的数量或者到了一定的时间间隔时，浏览器就会批量执行这些操作。

强制刷新队列:

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div.style.left = '10px';
console.log(div.offsetLeft);
div.style.top = '10px';
console.log(div.offsetTop);
div.style.width = '20px';
console.log(div.offsetWidth);
div.style.height = '20px';
console.log(div.offsetHeight);

这段代码会触发4次重排+重绘，因为在console中你请求的这几个样式信息，无论何时浏览器都会立即执行渲染队列的任务，即使该值与你操作中修改的值没关联。

因为队列中，可能会有影响到这些值的操作，为了给我们最精确的值，浏览器会立即重排+重绘。

强制刷新队列的style样式请求：

  1. offsetTop, offsetLeft, offsetWidth, offsetHeight
  2. scrollTop, scrollLeft, scrollWidth, scrollHeight
  3. clientTop, clientLeft, clientWidth, clientHeight
  4. getComputedStyle(), 或者 IE的 currentStyle

我们在开发中，应该谨慎的使用这些style请求，注意上下文关系,避免一行代码一个重排，这对性能是个巨大的消耗

重排优化建议

就像上文提到的我们要尽可能的减少重排次数、重排范围，这样说很泛，下面是一些行之有效的建议，大家可以参考一下。

1. 分离读写操作

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div.style.left = '10px';
div.style.top = '10px';
div.style.width = '20px';
div.style.height = '20px';
console.log(div.offsetLeft);
console.log(div.offsetTop);
console.log(div.offsetWidth);
console.log(div.offsetHeight);

还是上面触发4次重排+重绘的代码，这次只触发了一次重排：

在第一个console的时候，浏览器把之前上面四个写操作的渲染队列都给清空了。剩下的console，因为渲染队列本来就是空的，所以并没有触发重排，仅仅拿值而已。

2. 样式集中改变

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div.style.left = '10px';
div.style.top = '10px';
div.style.width = '20px';
div.style.height = '20px';

虽然现在大部分浏览器有渲染队列优化，不排除有些浏览器以及老版本的浏览器效率仍然低下：

建议通过改变class或者csstext属性集中改变样式

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// bad
var left = 10;
var top = 10;
el.style.left = left + "px";
el.style.top  = top  + "px";
// good 
el.className += " theclassname";
// good
el.style.cssText += "; left: " + left + "px; top: " + top + "px;";

3. 缓存布局信息

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// bad 强制刷新 触发两次重排
div.style.left = div.offsetLeft + 1 + 'px';
div.style.top = div.offsetTop + 1 + 'px';

// good 缓存布局信息 相当于读写分离
var curLeft = div.offsetLeft;
var curTop = div.offsetTop;
div.style.left = curLeft + 1 + 'px';
div.style.top = curTop + 1 + 'px';

4. 离线改变dom

  • 隐藏要操作的dom

    在要操作dom之前，通过display隐藏dom，当操作完成之后，才将元素的display属性为可见，因为不可见的元素不会触发重排和重绘。

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    dom.display = 'none'
    // 修改dom样式
    dom.display = 'block'

  • 通过使用DocumentFragment创建一个dom碎片,在它上面批量操作dom，操作完成之后，再添加到文档中，这样只会触发一次重排。

  • 复制节点，在副本上工作，然后替换它！

5. position属性为absolute或fixed

position属性为absolute或fixed的元素，重排开销比较小，不用考虑它对其他元素的影响

6. 优化动画

  • 可以把动画效果应用到position属性为absolute或fixed的元素上，这样对其他元素影响较小

    动画效果还应牺牲一些平滑，来换取速度，这中间的度自己衡量：

    比如实现一个动画，以1个像素为单位移动这样最平滑，但是reflow就会过于频繁，大量消耗CPU资源，如果以3个像素为单位移动则会好很多。

  • 启用GPPU加速

    此部分来自优化CSS重排重绘与浏览器性能

    GPU(图像加速器)：

    GPU 硬件加速是指应用 GPU 的图形性能对浏览器中的一些图形操作交给 GPU 来完成，因为 GPU 是专门为处理图形而设计，所以它在速度和能耗上更有效率。

    GPU 加速通常包括以下几个部分：Canvas2D，布局合成, CSS3转换（transitions），CSS3 3D变换（transforms），WebGL和视频(video)。

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/*
 * 根据上面的结论
 * 将 2d transform 换成 3d
 * 就可以强制开启 GPU 加速
 * 提高动画性能
 */
div {
  transform: translate3d(10px, 10px, 0);
}

结语

重排也是导致DOM脚本执行效率低的关键因素之一，重排与重绘作为大厂经常出现的面试题，并且涉及的性能优化，这是前端必须掌握的基本概念/技能之一(敲黑板!)。

重排会不断触发这是不可避免的，但我们在开发时，应尽量按照文中的建议来组织代码，这种优化，需要平时有意识的去做，一点一滴的去做，希望大家重视一下。

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以上2018.12.17

参考资料：

网页性能管理详解

优化CSS重排重绘与浏览器性能

听说，打赏我的人最后都找到了真爱。