高性能 CSS3 动画

Question

高性能移动Web相较PC的场景需要考虑的因素也相对更多更复杂，我们总结为以下几点： 流量、功耗与流畅度。 在PC时代我们更多的是考虑体验上的流畅度，而在Mobile端本身丰富的场景下，需要额外关注对用户基站网络流量使用的情况，设备耗电量的情况。

关于流畅度，主要体现在前端动画中，在现有的前端动画体系中，通常有两种模式：JS动画与CSS3动画。 JS动画是通过JS动态改写样式实现动画能力的一种方案，在PC端兼容低端浏览器中不失为一种推荐方案。 而在移动端，我们选择性能更优浏览器原生实现方案：CSS3动画。

然而，CSS3 动画在移动多终端设备场景下，相比PC会面对更多的性能问题，主要体现在动画的卡顿与闪烁。

目前对提升移动端CSS3动画体验的主要方法有几点：

尽可能多的利用硬件能力，如使用3D变形来开启GPU加速

-webkit-transform: translate3d(0, 0, 0);
-moz-transform: translate3d(0, 0, 0);
-ms-transform: translate3d(0, 0, 0);
transform: translate3d(0, 0, 0);

如动画过程有闪烁（通常发生在动画开始的时候），可以尝试下面的Hack：

-webkit-backface-visibility: hidden;
-moz-backface-visibility: hidden;
-ms-backface-visibility: hidden;
backface-visibility: hidden;

-webkit-perspective: 1000;
-moz-perspective: 1000;
-ms-perspective: 1000;
perspective: 1000;

如下面一个元素通过 translate3d 右移 500px 的动画流畅度会明显优于使用 left 属性：

#ball-1 {
  transition: -webkit-transform .5s ease;
  -webkit-transform: translate3d(0, 0, 0);
}
#ball-1.slidein {
  -webkit-transform: translate3d(500px, 0, 0);
}


#ball-2 {
  transition: left .5s ease;
  left: 0;
}
#ball-2.slidein {
  left: 500px;
}

注：3D变形会消耗更多的内存与功耗，应确实有性能问题时才去使用它，兼在权衡

尽可能少的使用 box-shadows 与 gradients

box-shadows 与 gradients 往往都是页面的性能杀手，尤其是在一个元素同时都使用了它们，所以拥抱扁平化设计吧。

尽可能的让动画元素不在文档流中，以减少重排

position: fixed;
position: absolute;

优化 DOM layout 性能

我们从实例开始描述这个主题：

var newWidth = aDiv.offsetWidth + 10;
aDiv.style.width = newWidth + 'px';
var newHeight = aDiv.offsetHeight + 10;
aDiv.style.height = newHeight + 'px';

var newWidth = aDiv.offsetWidth + 10;
var newHeight = aDiv.offsetHeight + 10;
aDiv.style.width = newWidth + 'px';
aDiv.style.height = newHeight + 'px';

这是两段能力上完全等同的代码，显式的差异正如我们所见，只有执行顺序的区别。但真是如此吗？下面是加了说明注释的代码版本，很好的阐述了其中的进一步差异：

// 触发两次 layout
var newWidth = aDiv.offsetWidth + 10;   // Read
aDiv.style.width = newWidth + 'px';     // Write
var newHeight = aDiv.offsetHeight + 10; // Read
aDiv.style.height = newHeight + 'px';   // Write

// 只触发一次 layout
var newWidth = aDiv.offsetWidth + 10;   // Read
var newHeight = aDiv.offsetHeight + 10; // Read
aDiv.style.width = newWidth + 'px';     // Write
aDiv.style.height = newHeight + 'px';   // Write

从注释中可找到规律，连续的读取offsetWidth/Height属性与连续的设置width/height属性，相比分别读取设置单个属性可少触发一次layout。

从结论看似乎与执行队列有关，没错，这是浏览器的优化策略。所有可触发layout的操作都会被暂时放入 layout-queue 中，等到必须更新的时候，再计算整个队列中所有操作影响的结果，如此就可只进行一次的layout，从而提升性能。

关键一，可触发layout的操作，哪些操作下会layout的更新（也称为reflow或者relayout）？

我们从浏览器的源码实现入手，以开源 Webkit/Blink 为例， 对layout的更新，Webkit 主要通过 Document::updateLayout 与 Document::updateLayoutIgnorePendingStylesheets 两个方法：

void Document::updateLayout()
{
    ASSERT(isMainThread());

    FrameView* frameView = view();
    if (frameView && frameView->isInLayout()) {
        ASSERT_NOT_REACHED();
        return;
    }

    if (Element* oe = ownerElement())
        oe->document()->updateLayout();

    updateStyleIfNeeded();

    StackStats::LayoutCheckPoint layoutCheckPoint;

    if (frameView && renderer() && (frameView->layoutPending() || renderer()->needsLayout()))
        frameView->layout();

    if (m_focusedNode && !m_didPostCheckFocusedNodeTask) {
        postTask(CheckFocusedNodeTask::create());
        m_didPostCheckFocusedNodeTask = true;
    }
}


void Document::updateLayoutIgnorePendingStylesheets()
{
    bool oldIgnore = m_ignorePendingStylesheets;

    if (!haveStylesheetsLoaded()) {
        m_ignorePendingStylesheets = true;

        HTMLElement* bodyElement = body();
        if (bodyElement && !bodyElement->renderer() && m_pendingSheetLayout == NoLayoutWithPendingSheets) {
            m_pendingSheetLayout = DidLayoutWithPendingSheets;
            styleResolverChanged(RecalcStyleImmediately);
        } else if (m_hasNodesWithPlaceholderStyle)
            recalcStyle(Force);
    }

    updateLayout();

    m_ignorePendingStylesheets = oldIgnore;
}

从 updateLayoutIgnorePendingStylesheets 方法的内部实现可知，其也是对 updateLayout 方法的扩展，并且在现有的 layout 更新模式中，大部分场景都是调用 updateLayoutIgnorePendingStylesheets 来进行layout的更新。

搜索 Webkit 实现中调用 updateLayoutIgnorePendingStylesheets 方法的代码, 得到以下可导致触发 layout 的操作：

• Element: clientHeight, clientLeft, clientTop, clientWidth, focus(), getBoundingClientRect(), getClientRects(), innerText, offsetHeight, offsetLeft, offsetParent, offsetTop, offsetWidth, outerText, scrollByLines(), scrollByPages(), scrollHeight, scrollIntoView(), scrollIntoViewIfNeeded(), scrollLeft, scrollTop, scrollWidth
• Frame, HTMLImageElement: height, width
• Range: getBoundingClientRect(), getClientRects()
• SVGLocatable: computeCTM(), getBBox()
• SVGTextContent: getCharNumAtPosition(), getComputedTextLength(), getEndPositionOfChar(), getExtentOfChar(), getNumberOfChars(), getRotationOfChar(), getStartPositionOfChar(), getSubStringLength(), selectSubString()
• SVGUse: instanceRoot
• window: getComputedStyle(), scrollBy(), scrollTo(), scrollX, scrollY, webkitConvertPointFromNodeToPage(), webkitConvertPointFromPageToNode()

进一步深入 Layout，那上文中必须更新的必要条件是什么？ 在 Stoyan Stefanov 的 Rendering: repaint, reflow/relayout, restyle 一文中已做比较详细的解答，可移步了解~

相关阅读

• Rendering: repaint, reflow/relayout, restyle
• How (not) to trigger a layout in WebKit