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2015
07-04

前端开发者必须要知道网页是如何渲染的

【编者按】其实，有关网页渲染的文章很多，但是相关信息比较分散，且论述并不是很完整。如果要想对这个主题有个大致的了解，我们还得学习很多知识。因此，Web开发者Alexander Skutin 决定写一篇文章。他相信，这篇文章不仅能帮助初学者，也能对那些想要刷新知识结构的高级前端开发者有所裨益。原文地址

译文如下：

网页渲染必须在很早的阶段进行，可以早到页面布局刚刚定型。因为样式和脚本都会对网页渲染产生关键性的影响。所以专业开发者必须了解一些技巧，从而避免在实践的过程中遇到性能问题。

这篇文章不会研究浏览器内部的详细机制，而是提出一些通用的规则。毕竟，不同浏览器引擎的工作机制各不相同，这无疑会让开发者对浏览器特性的研究变得更加复杂。

浏览器是如何完成网页渲染？

首先，我们回顾一下网页渲染时，浏览器的动作：

  1. 根据来自服务器端的HTML代码形成文档对象模型（DOM）
  2. 加载并解析样式，形成CSS对象模型。
  3. 在文档对象模型和CSS对象模型之上，创建一棵由一组待生成渲染的对象组成的渲染树（在Webkit中这些对象被称为渲染器或渲染对象，而在Gecko中称之为“frame”。）渲染树反映了文档对象模型的结构，但是不包含诸如标签或含有display:none属性的不可见元素。在渲染树中，每一段文本字符串都表现为独立的渲染器。每一个渲染对象都包含与之对应的DOM对象，或者文本块，还加上计算过的样式。换言之，渲染树是一个文档对象模型的直观展示。

  4. 对渲染树上的每个元素，计算它的坐标，称之为布局。浏览器采用一种流方法，布局一个元素只需通过一次，但是表格元素需要通过多次。

  5. 最后，渲染树上的元素最终展示在浏览器里，这一过程称为“painting”。

当用户与网页交互，或者脚本程序改动修改网页时，前文提到的一些操作将会重复执行，因为网页的内在结构已经发生了改变。

重绘

当改变那些不会影响元素在网页中的位置的元素样式时，譬如background-color(背景色)， border-color(边框色)， visibility(可见性)，浏览器只会用新的样式将元素重绘一次(这就是重绘，或者说重新构造样式)。

重排

当改变影响到文本内容或结构，或者元素位置时，重排或者说重新布局就会发生。这些改变通常由以下事件触发：

  • DOM操作（元素添加，删除，修改，或者元素顺序的改变）;
  • 内容变化，包括表单域内的文本改变;
  • CSS属性的计算或改变;
  • 添加或删除样式表;
  • 更改“类”的属性;
  • 浏览器窗口的操作（缩放，滚动）;
  • 伪类激活（：悬停）。

浏览器如何优化渲染？

浏览器尽可能将重绘/重构 限制在被改变元素的区域内。比如，对于位置固定或绝对的元素，其大小改变只影响元素本身及其子元素，然而，静态定位元素的大小改变会触发后续所有元素的重流。

另一种优化技巧是，在运行几段JavaScript代码时，浏览器会缓存这些改变，在代码运行完毕后再将这些改变经一次通过加以应用。举个例子，下面这段代码只会触发一个重构和重绘： 

var $body = $('body');
$body.css('padding', '1px'); // reflow, repaint
$body.css('color', 'red'); // repaint
$body.css('margin', '2px'); // reflow, repaint
// only 1 reflow and repaint will actually happen


然而，如前所述，改变元素的属性会触发强制性的重排。如果我们在上面的代码块中加入一行代码，用来访问元素的属性，就会发生这种现象。

var $body = $('body'); $body.css('padding', '1px'); $body.css('padding'); // reading a property, a forced reflow $body.css('color', 'red'); $body.css('margin', '2px');

其结果就是，重排发生了两次。因此，你应该把访问元素属性的操作都组织在一起，从而优化网页性能。（你可以在JSBin查到更为详细的例子）

有时，你必须触发一个强制性重排。比如，我们必须将同样的属性(比如左边距)两次赋值给同一个元素。起初，它应该设置为100px，且不带动效。接着，它必须通过过渡(transition)动效改变为50px。你现在可以在JSbin上学习这个例子，不过我会在这儿更详细地介绍它。

首先，我们创建一个带过渡效果的CSS类：.has-transition { -webkit-transition: margin-left 1s ease-out; -moz-transition: margin-left 1s ease-out; -o-transition: margin-left 1s ease-out; transition: margin-left 1s ease-out; }

然后继续执行：// our element that has a "has-transition" class by default var $targetElem = $('#targetElemId'); 

// remove the transition class
$targetElem.removeClass('has-transition');

// change the property expecting the transition to be   off, as the class is not there
// anymore
$targetElem.css('margin-left', 100);

// put the transition class back
$targetElem.addClass('has-transition');

// change the property
$targetElem.css('margin-left', 50);

然而，这个执行无法奏效。所有改变都被缓存，只在代码块末尾加以执行。我们需要的是强制性的重排，我们可以通过以下更改加以实现：

// remove the transition class $(this).removeClass('has-transition'); 

// change the property
$(this).css('margin-left', 100);

// trigger a forced reflow, so that changes in a    class/property get applied immediately
$(this)[0].offsetHeight; // an example, other   properties would work, too

// put the transition class back
$(this).addClass('has-transition');

// change the property
$(this).css('margin-left', 50);

现在代码如预期那样执行了。

有关性能优化的实际建议

总结现有的资料，我提出以下建议：

  • 创建有效的HTML和CSS文件，不要忘记指明文档的编码方式。样式应该包含在标签内，脚本代码则应该加在标签末端。
  • 尽量简化和优化CSS选择器（这种优化方式几乎被使用CSS预处理器的开发者统一忽视了）将嵌套程度保持在最低水平。以下是CSS选择器的性能排名（从最快者开始） 
1. 识别器:#id
2. 类:.class
3. 标签：div
4. 相邻兄弟选择器：a + i
5. 父类选择器：ul> li
6. 通用选择器：*
7. 属性选择：input[type="text"]
8. 伪类和伪元素：a:hover

你应该记住，浏览器在处理选择器时依照从右到左的原则，因此最右端的选择器应该是最快的：#id或则.class：div * {...} // bad .list li {...} // bad .list-item {...} // good #list .list-item {...} // good * 1.在你的脚本代码中，尽可能减少DOM操作。缓存所有东西，包括元素属性以及对象（如果它们被重用的话）。当进行复杂的操作时，使用“孤立”元素会更好，之后可以将其加到DOM中（所谓“孤立”元素是与DOM脱离，仅保存在内存中的元素）。

  • 2.如果你使用jQuery来选择元素，请遵从jQuery选择器最佳实践方案。

  • 3.为了改变元素的样式，修改“类”的属性是奏效的方法之一。执行这一改变时，处在DOM渲染树的位置越深越好（这还有助于将逻辑与表象脱离）。

  • 4.尽量只给位置绝对或者固定的元素添加动画效果。

  • 5.在使用滚动时禁用复杂的悬停动效（比如，在中添加一个额外的不悬停类）。读者可以阅读关于这个问题的一篇文章。

想了解更多的细节问题，大家也可以看看这两篇文章：

编程技巧