CSS 页面渲染优化 - will-change

Posted 2021-07-30 合格前端

介绍

如果你注意到在webkit的浏览器上“flicker”一些CSS操作（尤其是变形和动画方面的）的表现，你很可能之前就注意过硬件加速了

CPU、GPU和硬件加速

硬件加速意味着Graphics Processing Unit（GPU）会通过代替Central Processing Unit (CPU)做一些负荷比较大的事情，来协助浏览器快速渲染页面，当CSS操作使用硬件加速的时候，通常会使页面渲染速度加快

顾名思义，CPU和GPU都是计算机处理单元。CPU在电脑主板，几乎处理电脑的一切操作，有电脑大脑之称；GPU在显卡上，负责处理和渲染图形。此外GPU通过特殊的设计，使其擅长于渲染图形所需的数学和几何运算。因此把操作转嫁到GPU可以获得显著的性能提升，同时也可以减少移动设备CPU的争用。

硬件加速（或者说GPU加速）依赖于浏览器渲染页面使用的layering model，当特定的操作（CSS 3D变形）作用于页面上的一个元素，元素移动到它自己的layer，在这个layer中元素合一不受页面其他元素的干扰独立渲染，然后复合到页面中去。在这种隔离内容渲染的工作方式下，如果页面的变化仅仅是该元素的变形，其余部分不必被重新渲染，这会带来显著的速度优势。值得注意的是只有3D变形会有自己的layer，2D变形不会。

CSS的动画、变形、渐变并不会自动的触发GPU加速，而是使用浏览器稍慢的软件渲染引擎。然而一些浏览器提供了hardware acceleration by means of certain properties来获取更高的渲染性能。举个例子，opacity属性是几个能够加速的属性之一，因为GPU可以方便的处理。基本上任何层的透明度渐变浏览器都会交给GPU处理来加速。除了opacity能够使用GPU处理的就是CSS 3D变形了

translateZ() (or translate3d()) Hack

很长一段时间内我们都通过translateZ()或者translate3d() hack来骗取浏览器触发硬件加速，具体做法就是为元素添加没有变化的3D变形，比如元素在2维空间可以通过添加以下CSS来硬件加速

transform: translate3d(0, 0, 0);

所谓硬件加速就是创建了一个被传递到GPU处理的层的操作，然而强制使用hack方式创建layer并不是长久之计，创建layer的技术可以使页面加速，但是也有代价：它们占用RAM和GPU存储空间（考虑到移动设备的存储容量有限），所以必须呗小心使用，确保这么做真的对页面渲染有所帮助

为了避免创建layer的hacks，一个允许我们提前通知浏览器我们将对元素做何种变化的CSS属性被引入，这样浏览器可以优化处理元素渲染的方式，为元素提前准备昂贵的动画处理操作，这就是wiil-change属性

牛逼的 will-change属性

will-change属性可以提前通知浏览器我们要对元素做什么动画，这样浏览器可以提前准备合适的优化设置。这样可以避免对页面响应速度有重要影响的昂贵成本。元素可以更快的被改变，渲染的也更快，这样页面可以快速更新，表现的更加流畅。

举个例子，当对于素使用 CSS 3D变形时，元素及其内容可以在合成到页面之前被创建到我们之前说的layer。然而把元素放到layer中是个昂贵的操作，这将会导致变形动画延迟一个课件的瞬间，也就是flicker

为了避免这种延时，我们可以在发生之前通知浏览器，这样浏览器会有一定的时间去准备这些变化，当发生的时候layer已经准备好了，这样动画酒会很流畅，不会闪屏

使用will-change提示浏览器关于即将发生的变形十分简单，添加个CSS属性就行

will-change: transform;

也可以告诉浏览器要改变元素的滚动条位置，或者多个要变化的属性，写下属性的名字就行，也可以写多个，逗号隔开

will-change: transform, opacity;

声明了元素即将进行的变化会让浏览器在渲染页面时做更好的决定，这明显比之前说的3D hacks要好。

合理使用

了解了will-change的行为，为浏览器上一切元素设置will-change是不是效率会变高？答案是否定的，will-change如果被滥用会使页面崩溃。

will-change也有副作用，虽然并不直接可见，毕竟它只是在背后和浏览器说悄悄话，为了合理使用will-change，给一些小建议

不要声明太多属性或为太多元素声明

*,
*::before,
*::after {
    will-change: all;
}

虽然看起来很屌，但其实对页面渲染伤害很大，这样的规则设了和没设没什么区别，浏览器本来就尝试最优的渲染所有元素，就等于你让老师重点照顾班里每个同学一样，就是废话！

其实这甚至是有害的，因为一些操作会占用太多的资源，甚至会导致页面奔溃，就等于强制要求老师为每个学生补课，累死了。。。

给浏览器足够的时间工作

will-change顾名思义，通知浏览器即将发生的变化，而不是正在发生的变化。使用will-change，我们要求浏览器重点照顾我们声明的元素，为了这个浏览器需要一定的时间来组织优化操作，这样当变化发生的时候，优化才能没有延迟的作用到元素

在变化前立即为元素添加will-change几乎没有作用，可能还不如不设置，因为会导致新的layer创建

.element:hover {
    will-change: transform;
    transition: transform 2s;
    transform: rotate(30deg) scale(1.5);
}

这样的设置就没什么用，我们需要给浏览器足够的时间，下面这样就是有用的，感受一下

.element {
    /* style rules */
    transition: transform 1s ease-out;
}
.element:hover {
    will-change: transform;
}
.element:active {
    transform: rotateY(180deg);
}

如果一定要hover的时候，也有技巧

.element {
    transition: opacity .3s linear;
}
/* declare changes on the element when the mouse enters / hovers its ancestor */
.ancestor:hover .element {
    will-change: opacity;
}
/* apply change when element is hovered */
.element:hover {
    opacity: .5;
}

其实核心思想就是让浏览器有时间去准备

变化完成后移除will-change

对于一般的优化，当变化完成的时候浏览器会撤销优化，恢复普通模式，但是如果使用了will-change会导致该优化迟迟不能释放，这就要求我们用完了就释放

这时候我们需要借助javascript

// Rough generic example
// Get the element that is going to be animated on click, for example
var el = document.getElementById('element');

// Set will-change when the element is hovered
el.addEventListener('mouseenter', hintBrowser);
el.addEventListener('animationEnd', removeHint);

function hintBrowser() {
    // The optimizable properties that are going to change
    // in the animation's keyframes block
    this.style.willChange = 'transform, opacity';
}

function removeHint() {
    this.style.willChange = 'auto';
}

当然对于用户会反复触发的操作放在style中不移除也可以

will-change属性的值

1. auto 表示没有明确的意图; 无论是启发式和最优化，用户代理应该应用都和正常情况相同
2. scroll-position 表示开发者期望去在接下来去改变或者有动画应用元素的滚动位置
3. contents 表示开发者期望去在接下来去改变或者有动画应用元素的内容
4. 用来排除关键字 will-change, none, all, auto, scroll-position, and contents, 从之外增加一些通用的关键字

will-change： transform;
will-change： opacity;
will-change： top, left, bottom, right;

如果一个属性无最初的值,在这个元素上这个属性将创建一个堆栈的内容, 明确规定在will-change的属性必须在这个元素上创建一个堆栈的内容.

如果一个属性无最初的值, 这个属性将造成这个元素产生一个包含区块的固定定位的元素, 明确规定在 will-change的属性必须造成这个元素产生一个包含区块的固定定位的元素

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