高频dom操作和页面性能优化探索

高频dom操作和页面性能优化探索
一、DOM操作影响页面性能的核心问题

通过js操作DOM的代价很高，影响页面性能的主要问题有如下几点：
- 访问和修改DOM元素
- 修改DOM元素的样式，导致重绘或重排
- 通过对DOM元素的事件处理，完成与用户的交互功能
DOM的修改会导致重绘和重排。
- 重绘是指一些样式的修改，元素的位置和大小都没有改变；
- 重排是指元素的位置或尺寸发生了变化，浏览器需要重新计算渲染树，而新的渲染树建立后，浏览器会重新绘制受影响的元素。
页面重绘的速度要比页面重排的速度快，在页面交互中要尽量避免页面的重排操作。浏览器不会在js执行的时候更新DOM，而是会把这些DOM操作存放在一个队列中，在js执行完之后按顺序一次性执行完毕，因此在js执行过程中用户一直在被阻塞。

1.页面渲染过程

一个页面更新时，渲染过程大致如下：
- JavaScript: 通过js来制作动画效果或操作DOM实现交互效果
- Style: 计算样式，如果元素的样式有改变，在这一步重新计算样式，并匹配到对应的DOM上
- Layout: 根据上一步的DOM样式规则，重新进行布局（重排）
- Paint: 在多个渲染层上，对新的布局重新绘制（重绘）
- Composite: 将绘制好的多个渲染层合并，显示到屏幕上
在网页生成的时候，至少会进行一次布局和渲染，在后面用户的操作时，不断的进行重绘或重排，因此如果在js中存在很多DOM操作，就会不断地出发重绘或重排，影响页面性能。

2.DOM操作对页面性能的影响

如前面所说，DOM操作影响页面性能的核心问题主要在于DOM操作导致了页面的重绘或重排，为了减少由于重绘和重排对网页性能的影响，我们要知道都有哪些操作会导致页面的重绘或者重排。

2.1 导致页面重排的一些操作：
- 内容改变
  - 文本改变或图片尺寸改变
- DOM元素的几何属性的变化
  - 例如改变DOM元素的宽高值时，原渲染树中的相关节点会失效，浏览器会根据变化后的DOM重新排建渲染树中的相关节点。如果父节点的几何属性变化时，还会使其子节点及后续兄弟节点重新计算位置等，造成一系列的重排。
- DOM树的结构变化
  - 添加DOM节点、修改DOM节点位置及删除某个节点都是对DOM树的更改，会造成页面的重排。浏览器布局是从上到下的过程，修改当前元素不会对其前边已经遍历过的元素造成影响，但是如果在所有的节点前添加一个新的元素，则后续的所有元素都要进行重排。
- 获取某些属性
  - 除了渲染树的直接变化，当获取一些属性值时，浏览器为取得正确的值也会发生重排，这些属性包括：offsetTop、offsetLeft、 offsetWidth、offsetHeight、scrollTop、scrollLeft、scrollWidth、scrollHeight、 clientTop、clientLeft、clientWidth、clientHeight、getComputedStyle()。
- 浏览器窗口尺寸改变
  - 窗口尺寸的改变会影响整个网页内元素的尺寸的改变，即DOM元素的集合属性变化，因此会造成重排。
2.2 导致页面重绘的操作
- 应用新的样式或者修改任何影响元素外观的属性
  - 只改变了元素的样式，并未改变元素大小、位置，此时只涉及到重绘操作。
- 重排一定会导致重绘
  - 一个元素的重排一定会影响到渲染树的变化，因此也一定会涉及到页面的重绘。
二、高频操作DOM会导致的问题

接下来会分享一下在平时项目中由于高频操作DOM影响网页性能的问题。

1. 抽奖项目的高频操作DOM问题

1.1 存在的问题

在最近做的抽奖项目中，就遇到了这样的由于高频操作DOM，导致页面性能变差的问题。在经历几轮抽奖后，文字滚动速度越来越慢，肉眼能感受到与第一次抽奖时文字滚动速度的明显差别，如持续时间过长或轮次过多，还会造成浏览器假死现象。

实现demo: https://gxt19940130.github.io/demo/dom.html

1.2 问题分析

下图为抽奖时文字滚动过程中的timeline记录。
timeline分析：
1. FPS:最上面一栏为绿色柱形为帧率(FPS)，顶点值为60fps，上方红色方块表示长帧，这些长帧被Chrome称为jank(卡顿)。
2. CPU:第二栏为CPU，蓝色表示loading（网络通信和HTML解析），黄色表示scripting（js执行时间），紫色表示rendering（样式计算和布局，即重排），绿色为painting（即重绘）。
更多timeline使用方法可参考：如何使用Chrome Timeline 工具（译）
由上图可以看出，在文字滚动过程中红色方块出现频繁，页面中存在的卡顿过多。帧率的值越低，人眼感受到的效果越差。
参考文章：脑洞大开：为啥帧率达到 60 fps 就流畅？。

接下来选择一段长帧区域放大来看

在这段区域内最大一帧达到了49.7ms，帧率只有20fps，接下来看看这一帧里是什么因素耗时过长

由上图可以看出，耗时最大的在scripting，js的执行时间达到了44.9ms，占总时间的93.2%，因为主要靠js计算控制DOM的显示内容，所以js运行时间过长。

选取一段FPS值很低的部分查看造成这段值低的原因

由下图可看出主要为dom.html中的js执行占用时间。

点进dom.html文件，即可定位到该函数

由此可知，主要是rolling这个函数执行时间过长，对该部分失帧影响较大。而这个函数的主要作用就是实现文字的滚动效果，也可以从代码中看出，这个函数利用的setTimeout来反复执行，并且在这个函数中存在着循环以及大量的DOM操作，造成了页面的失帧等问题。

1.3 优化方案

针对该项目中的问题，采取的解决方法是：
- 一次性生成全部<li>，并且隐藏这些<li>，随机生成一组随机数数组，只有index与数组里面的随机数相等时，才显示该位置的<li>，虽然也会触发重排和重绘，但是性能要远远高于直接操作DOM的添加和删除。
- 用requestAnimationFrame取代setTimeout不断生成随机数。
requestAnimationFrame与setTimeout和setInterval类似，都是通过递归调用同一个方法不断更新页面。
- setTimeout()：在特定的时间后执行函数，而且只执行一次，如果在特定时间前想取消执行函数，可以用clearTimeout立即取消执行。但是并不是每次执行setTimeout都会在特定的时间后执行，页面加载后js会按照主线程中的顺序按序执行那个，如果在延迟时间内主线程不空闲，setTimeout里面的函数是不会执行的，它会延迟到主线程空闲时才执行。
- setInterval()：在特定的时间间隔内重复执行函数，除非主动清除它，不然会一直执行下去，清除函数可以使用clearInterval。setInterval也会等到主线程空闲了再执行，但是setInterval去排队时，如果发现自己还在队列中未执行，就会被drop掉，所以可能会造成某段时间的函数未被执行。
- requestAnimationFrame()：它不需要设置时间间隔，它会在浏览器每次刷新之前执行回调函数的任务。这样我们动画的更新就能和浏览器的刷新频率保持一致。requestAnimationFrame在运行时，浏览器会自动优化方法的调用，并且如果页面不是激活状态下的话，动画会自动暂停，有效节省了CPU开销。
在采用上面的方法进行优化后，在经历多轮抽奖后，文字滚动速度依旧正常，网页性能良好，不会出现文字滚动速度越来越慢，最后导致浏览器假死的现象。

实现demo: https://gxt19940130.github.io/demo/demo_gxt/dom_by_vue.html

1.4 优化前后FPS对比

优化前文字滚动时的timeline

优化后文字滚动时的timeline

优化前的代码对DOM操作很频繁，因此FPS值普遍偏低，而优化后可以看出红色方块明显减少，FPS值一直处于高值。

1.5 优化前后CPU占用对比

优化前文字滚动时的timeline

优化后文字滚动时的timeline

优化前js的CPU占用率较高，而优化后占用CPU的主要为渲染时间，因为优化后的代码只是控制了节点的显示和隐藏，所以在js上消耗较少，在渲染上消耗较大。

2.吸顶导航条相关及scroll滚动优化

2.1 存在的问题

吸顶导航条要求当页面滚动到某个区域时，对应该区域的导航条在设置的显示范围内保持吸顶显示。涉及到的操作：
- 监听页面的scroll事件
- 在页面滚动时进行计算和DOM操作
  - 计算：计算当前所在位置是否为对应导航条的显示范围
  - DOM操作：显示在范围内的导航条并且隐藏其他导航条
由于scroll事件被触发的频率高、间隔近，如果此时进行DOM操作或计算并且这些DOM操作和计算无法在下一次scroll事件发生前完成，就会造成掉帧、页面卡顿，影响用户体验。

2.2 优化方案

针对该项目中的问题，采取的解决方法是：
- 尽量控制DOM的显示或隐藏，而不是删除或添加：
  
  页面加载时根据当前页面中吸顶导航的数量复制对应的DOM，并且隐藏这些导航。当页面滚动到指定区域后，显示对应的导航。
- 一次性操作DOM:
  
  将复制的DOM存储到数组中，将该数组append到对应的父节点下，而不是根据复制得到DOM的数量依次循环插入到父节点下。
- 多做缓存:
  
  如果某个节点将在后续进行多次操作，可以将该节点利用变量存储起来，而不是每次进行操作时都去查找一遍该节点。
- 使用 requestAnimationFrame优化页面滚动
- 1 // 在页面滚动时对显示范围进行计算 2 // 延迟到整个dom加载完后再调用，并且异步到所有事件后执行 3 $(function(){ 4 //animationShow优化滚动效果，scrollShow为实际计算显示范围及操作DOM的函数 5 setTimeout( function() { 6 window.Scroller.on('scrollend', animationShow); 7 window.Scroller.on('scrollmove', animationShow); 8 }) 9 }); 10 function animationShow(){ 11 return window.requestAnimationFrame ?window.requestAnimationFrame(scrollShow) : scrollShow(); 12 }
对于scroll的滚动优化还可以采用防抖（Debouncing）和节流（Throttling）的方式，但是防抖和节流的方式还是要借助于setTimeout，因此和requestAnimationFrame相比，还是requestAnimationFrame实现效果好一些。
参考文章：高性能滚动 scroll 及页面渲染优化

 三、针对操作DOM的性能优化方法总结

为了减少DOM操作对页面性能产生的影响，在实现页面的交互效果时一定要注意一下几点：

1.减少在循环内进行DOM操作，在循环外部进行DOM缓存
```
1 //优化前代码
2 function Loop() {
3    console.time("loop1");
4    for (var count = 0; count < 15000; count++) {
5        document.getElementById('text').innerHTML += 'dom';
6    }
7    console.timeEnd("loop1");
8 }
```
```
 1 //优化后代码
 2 function Loop2() {
 3     console.time("loop2");
 4     var content = '';
 5     for (var count = 0; count < 15000; count++) {
 6         content += 'dom';
 7     }
 8     document.getElementById('text2').innerHTML += content;
 9     console.timeEnd("loop2");
10 }
```
两个函数的执行时间对比：

优化前的代码中，每进行一次循环，都会读取一次div的innerHtml属性，并且对这个属性进行了重新赋值，即每循环一次就会操作两次DOM，因此执行时间很长，页面性能差。

在优化后的代码中，将要更新的DOM内容进行缓存，在循环时只操作字符串，循环结束后字符串的值写入到div中，只进行了一次查找innerHtml属性和一次对该属性重新赋值的操作，因此同样的循环次数先，优化后的方法执行时间远远少于优化前。

2.只控制DOM节点的显示或隐藏，而不是直接去改变DOM结构

在抽奖项目中频繁操作DOM来控制文字滚动的方法（demo:https://gxt19940130.github.io/demo/dom.html 导致页面性能很差，最后修改为如下代码。
```
1 <div class="staff-list" :class="list">
2    <ul class="staff-list-ul">
3        <li v-for="item in staffList" v-show="isShow($index)">
4            <div>{{{item.staff_name | addSpace}}} </div>
5            <div class="staff_phone">{{item.phone_no}} </div>
6        </li>
7    </ul>
8 </div>
```
上面代码的优化原理即先生成所有DOM节点，但是所有节点均不显示出来，利用vue.js中的v-show，根据计算的随机数来控制显示某个<li>，来达到文字滚动效果。

如果采用jquery，则需要将生成的所有<li>全部存放在<ul>下，并且隐藏它们，在根据生成的随机数组，利用jquery查找index与生成的随机数对应的<li>并显示，达到文字滚动效果。
优化后demo: https://gxt19940130.github.io/demo/demo_gxt/dom_by_vue.html

对比结果可查看2.4

3.操作DOM前，先把DOM节点删除或隐藏
```
1 var list1 = $(".list1");
2 list1.hide();
3 for (var i = 0; i < 15000; i++) {
4     var item = document.createElement("li");
5     item.append(document.createTextNode('0'));
6     list1.append(item);
7 }
8 list1.show();
```
display属性值为none的元素不在渲染树中，因此对隐藏的元素操作不会引发其他元素的重排。如果要对一个元素进行多次DOM操作，可以先将其隐藏，操作完成后再显示。这样只在隐藏和显示时触发2次重排，而不会是在每次进行操作时都出发一次重排。

页面rendering时间对比：
下图为同样的循环次数下未隐藏节点直接进行DOM操作的rendering时间（图一）和隐藏节点再进行DOM操作的rendering时间（图二）

由对比图可以看出，总时间、js执行时间以及rendering时间都明显减少，并且避免了painting以及其他的一些操作。

4. 最小化重绘和重排
```
1 //优化前代码
2 var element = document.getElementById('mydiv');
3 element.style.height = "100px";  
4 element.style.borderLeft = "1px";  
5 element.style.padding = "20px";
```
在上面的代码中，每对element进行一次样式更改都会影响该元素的集合结构，最糟糕情况下会触发三次重排。

优化方式：利用js或juqery对该元素的class重新赋值，获得新的样式，这样减少了多次的DOM操作。
```
 1 //优化后代码
 2 //js操作
 3 .newStyle {  
 4     height: 100px;  
 5     border-left: 1px;  
 6     padding: 20px;  
 7 }  
 8 element.className = "newStyle";
 9 //jquery操作
10 $(element).css({
11     height: 100px;  
12     border-left: 1px;  
13     padding: 20px; 
14 })
```
到此本文结束，如果对于问题分析存在不正确的地方，还请及时指出，多多交流。
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原文地址：https://www.cnblogs.com/ming1025/p/13091037.html

高频dom操作和页面性能优化探索

一、DOM操作影响页面性能的核心问题

1.页面渲染过程

2.DOM操作对页面性能的影响

2.1 导致页面重排的一些操作：

2.2 导致页面重绘的操作

二、高频操作DOM会导致的问题

1. 抽奖项目的高频操作DOM问题

1.1 存在的问题

1.2 问题分析

1.3 优化方案

1.4 优化前后FPS对比

1.5 优化前后CPU占用对比

2.吸顶导航条相关及scroll滚动优化

2.1 存在的问题

2.2 优化方案

三、针对操作DOM的性能优化方法总结

1.减少在循环内进行DOM操作，在循环外部进行DOM缓存

2.只控制DOM节点的显示或隐藏，而不是直接去改变DOM结构

3.操作DOM前，先把DOM节点删除或隐藏

4. 最小化重绘和重排