从浏览器渲染层面解析css3动效优化原理

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从浏览器渲染层面解析css3动效优化原理


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从浏览器渲染层面解析css3动效优化原理





引言

在h5开发中,我们经常会需要实现一些动效来让页面视觉效果更好,谈及动效便不可避免地会想到动效性能优化这个话题:

  • 减少页面DOM操作,可以元素使用CSS实现的动效不多出一行js代码

  • 使用绝对定位脱离让DOM脱离文档流,减少页面的重排(relayout)

  • 使用CSS3 3D属性开启硬件加速


那么,CSS3与动效优化有什么关系呢,本文将从浏览器渲染层面讲述CSS3的动效优化原理。



从浏览器渲染层面解析css3动效优化原理
WEB
浏览器页面展示过程

从浏览器渲染层面解析css3动效优化原理

  • javascript:主要负责业务交互逻辑。

  • Style: 根据 CSS 选择器,对每个 DOM 元素匹配对应的 CSS 样式。

  • Layout: 具体计算 DOM 元素显示在屏幕上的大小及位置。

  • Paint: 实现一个 DOM 元素的可视效果(颜色、边框、阴影等),一般来说由多个渲染层完成。

  • Composite: 当每个层绘制完成后,浏览器会将所有层按照合理顺序合并为一个图层,显示到屏幕。本文我们将重点关注 Composite 过程。



浏览器渲染原理

从浏览器渲染层面解析css3动效优化原理


从该图中,我们可以发现:

  • DOM 元素与 Layout Object 存在一一对应的关系

  • 一般来说,拥有相同坐标空间的 Layout Object 属于同一个 Paint Layer (渲染层),通过 position、opacity、filter等 CSS 属性可以创建新的 Paint Layer

  • 某些特殊的 Paint Layer 会被认为是 Composite Layer (合成层/复合层),Composite Layer 拥有单独的 Graphics Layer (图形层),而那些非 Composite Layer 的 Paint Layer,会与拥有 Graphics Layer 的父层共用一个


位图

我们日常生活中所看到屏幕可视效果可以理解为:由多个位图通过 GPU 合成渲染到屏幕上,而位图的最小单位是像素。如下图:


从浏览器渲染层面解析css3动效优化原理


那么位图是怎么获得的呢,Graphics Layer 便起到了关键作用,每个 Graphics Layer 都有一个 Graphics Context, 位图是存储在共享内存中,Graphics Context 会负责将位图作为纹理上传到GPU中,再由GPU进行合成渲染。如下图:



从浏览器渲染层面解析css3动效优化原理


承担怎么样的角色

大多数人对于CSS3的第一印象,就是可以通过3D(如transform)属性来开启硬件加速,许多同学在重构某一个项目时,考虑到动画性能问题,都会倾向将2D属性改为3D属性,但开启硬件加速的底层原理其实就在于将 Paint Layer 提升到了 Composite Layer


从浏览器渲染层面解析css3动效优化原理


以下的几种方式都用相同的作用:

  • 3D属性开启硬件加速(3d-transform)

  • will-change: (opacity、transform、top、left、bottom、right)

  • 使用fixed或sticky定位

  • 对opacity、transform、filter应用了 animation(actived) or transition(actived),注意这里的animation及transition需要是激活状态才行


动画性能最优化

之前,我们提到了页面呈现出来所经历的渲染流水线,其实从性能方面考虑,最理想的渲染流水线是没有布局和绘制环节的,为了实现上述效果,就需要只使用那些仅触发 Composite 的属性。


从浏览器渲染层面解析css3动效优化原理


目前,只有两个属性是满足这个条件的:transforms 和 opacity。相关信息可查看:css Triggers


总结

提升为合成层简单说来有以下几点好处:

  • 合成层的位图,会交由 GPU 合成,比 CPU 处理要快

  • 当需要 repaint 时,只需要 repaint 本身,不会影响到其他的层

  • 对于 transform 和 opacity 效果,部分浏览器不会触发 Layout 和 Paint, 相关信息可查看:css Triggers

缺点:

  • 创建一个新的合成层并不是免费的,它得消耗额外的内存和管理资源。

  • 纹理上传后会交由 GPU 处理,因此我们还需要考虑 CPU 和 GPU 之间的带宽问题、以及有多大内存供 GPU 处理这些纹理的问题

大多数人都很喜欢使用3D属性 translateZ(0) 来进行所谓的硬件加速,以提升性能。但我们还需要切实的去分析页面的实际性能表现,不断的改进测试,这样才是正确的性能优化途径。



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