詳解盒子端CSS動(dòng)畫性能提升
目錄
- 流暢動(dòng)畫的標(biāo)準(zhǔn)
- 盒子端動(dòng)畫優(yōu)化
- 動(dòng)畫性能上報(bào)分析
- 研究結(jié)論
- Web 每一幀的渲染
- 優(yōu)化動(dòng)畫步驟
- 1.精簡(jiǎn) DOM ,合理布局
- 2.使用 transform 代替 left、top,減少使用耗性能樣式
- 3.控制頻繁動(dòng)畫的層級(jí)關(guān)系
- 4. 使用 will-change 可以在元素屬性真正發(fā)生變化之前提前做好對(duì)應(yīng)準(zhǔn)備
- 5. 使用 dev-tool 時(shí)間線 timeline 觀察,找出導(dǎo)致高耗時(shí)、掉幀的關(guān)鍵操作
- 總結(jié)一下
流暢動(dòng)畫的標(biāo)準(zhǔn)
理論上說(shuō),F(xiàn)PS 越高,動(dòng)畫會(huì)越流暢,目前大多數(shù)設(shè)備的屏幕刷新率為 60 次/秒,所以通常來(lái)講 FPS 為 60frame/s 時(shí)動(dòng)畫效果最好,也就是每幀的消耗時(shí)間為 16.67ms。
直觀感受,不同幀率的體驗(yàn)
- 幀率能夠達(dá)到 50 ~ 60 FPS 的動(dòng)畫將會(huì)相當(dāng)流暢,讓人倍感舒適;
- 幀率在 30 ~ 50 FPS 之間的動(dòng)畫,因各人敏感程度不同,舒適度因人而異;
- 幀率在 30 FPS 以下的動(dòng)畫,讓人感覺(jué)到明顯的卡頓和不適感;
- 幀率波動(dòng)很大的動(dòng)畫,亦會(huì)使人感覺(jué)到卡頓。
盒子端動(dòng)畫優(yōu)化
在騰訊視頻客廳盒子端,Web 動(dòng)畫未進(jìn)行優(yōu)化之前,一些復(fù)雜動(dòng)畫的幀率僅有 10 ~ 30 FPS,卡頓感非常明顯,帶來(lái)很不好的用戶體驗(yàn)。
而進(jìn)行優(yōu)化之后,能將 10 ~ 30 FPS的動(dòng)畫優(yōu)化至 30 ~ 60 FPS,雖然不算優(yōu)化到最完美,但是當(dāng)前盒子硬件的條件下,已經(jīng)算是非常大的進(jìn)步。
盒子端 Web 動(dòng)畫性能比較
首先先給出在盒子端不同類型的Web 動(dòng)畫的性能比較。經(jīng)過(guò)對(duì)比,在盒子端 CSS 動(dòng)畫的性能要優(yōu)于 Javascript 動(dòng)畫,而在 CSS 動(dòng)畫里,使用 GPU 硬件加速的動(dòng)畫性能要優(yōu)于不使用硬件加速的性能。
所以在盒子端,實(shí)現(xiàn)一個(gè) Web 動(dòng)畫,優(yōu)先級(jí)是:
GPU 硬件加速 CSS 動(dòng)畫 > 非硬件加速 CSS 動(dòng)畫 > Javascript 動(dòng)畫
動(dòng)畫性能上報(bào)分析
要有優(yōu)化,就必須得有數(shù)據(jù)做為支撐。對(duì)比優(yōu)化前后是否有提升。而對(duì)于動(dòng)畫而言,衡量一個(gè)動(dòng)畫的標(biāo)準(zhǔn)也就是 FPS 值。
所以現(xiàn)在的關(guān)鍵是如何計(jì)算出每個(gè)動(dòng)畫運(yùn)行時(shí)的幀率,這里我使用的是requestAnimationFrame這個(gè)函數(shù)近似的得到動(dòng)畫運(yùn)行時(shí)的幀率。
考慮到盒子都是安卓系統(tǒng),且大多版本較低且硬件性能堪憂,導(dǎo)致一是許多高級(jí) API 無(wú)法使用,二是這里只是近似得到動(dòng)畫幀率
原理是,正常而言requestAnimationFrame這個(gè)方法在一秒內(nèi)會(huì)執(zhí)行 60 次,也就是不掉幀的情況下。假設(shè)動(dòng)畫在時(shí)間 A 開(kāi)始執(zhí)行,在時(shí)間 B 結(jié)束,耗時(shí) x ms。而中間requestAnimationFrame一共執(zhí)行了 n 次,則此段動(dòng)畫的幀率大致為:n / (B - A)。
核心代碼如下,能近似計(jì)算每秒頁(yè)面幀率,以及我們額外記錄一個(gè)allFrameCount,用于記錄 rAF 的執(zhí)行次數(shù),用于計(jì)算每次動(dòng)畫的幀率 :
var rAF = function () { return (window.requestAnimationFrame ||window.webkitRequestAnimationFrame ||function (callback) { window.setTimeout(callback, 1000 / 60);} );}(); var frame = 0;var allFrameCount = 0;var lastTime = Date.now();var lastFameTime = Date.now(); var loop = function () { var now = Date.now(); var fs = (now - lastFameTime); var fps = Math.round(1000 / fs); lastFameTime = now; // 不置 0,在動(dòng)畫的開(kāi)頭及結(jié)尾記錄此值的差值算出 FPS allFrameCount++; frame++; if (now > 1000 + lastTime) {var fps = Math.round((frame * 1000) / (now - lastTime));// console.log("fps", fps); 每秒 FPSframe = 0;lastTime = now; }; rAF(loop);}
研究結(jié)論
所以,我們的目標(biāo)就是在使用 GPU 硬件加速的基礎(chǔ)之上,更深入的去優(yōu)化 CSS 動(dòng)畫,先給出最后的一個(gè)優(yōu)化步驟方案:
1.精簡(jiǎn) DOM ,合理布局
2.使用 transform 代替 left、top,減少使用耗性能樣式
3.控制頻繁動(dòng)畫的層級(jí)關(guān)系
4.考慮使用 will-change
5.使用 dev-tool 時(shí)間線 timeline 觀察,找出導(dǎo)致高耗時(shí)、掉幀的關(guān)鍵操作
下文會(huì)有每一步驟的具體分析解釋。
Web 每一幀的渲染
要想達(dá)到 60 FPS,每幀的預(yù)算時(shí)間僅比 16 毫秒多一點(diǎn) (1 秒/ 60 = 16.67 毫秒)。但實(shí)際上,瀏覽器有整理工作要做,因此您的所有工作需要盡量在 10 毫秒內(nèi)完成。
而每一幀,如果有必要,我們能控制的部分,也是像素至屏幕管道中的關(guān)鍵步驟如下:
完整的像素管道JS / CSS > 樣式 > 布局 > 繪制 > 合成:
1.JavaScript。一般來(lái)說(shuō),我們會(huì)使用 JavaScript 來(lái)實(shí)現(xiàn)一些視覺(jué)變化的效果。比如用 jQuery 的 animate 函數(shù)做一個(gè)動(dòng)畫、對(duì)一個(gè)數(shù)據(jù)集進(jìn)行排序或者往頁(yè)面里添加一些 DOM 元素等。當(dāng)然,除了 JavaScript,還有其他一些常用方法也可以實(shí)現(xiàn)視覺(jué)變化效果,比如:CSS Animations、Transitions 和 Web Animation API。
2.樣式計(jì)算。此過(guò)程是根據(jù)匹配選擇器(例如 .headline 或 .nav > .nav__item)計(jì)算出哪些元素應(yīng)用哪些 CSS 3. 規(guī)則的過(guò)程。從中知道規(guī)則之后,將應(yīng)用規(guī)則并計(jì)算每個(gè)元素的最終樣式。
3.布局。在知道對(duì)一個(gè)元素應(yīng)用哪些規(guī)則之后,瀏覽器即可開(kāi)始計(jì)算它要占據(jù)的空間大小及其在屏幕的位置。網(wǎng)頁(yè)的布局模式意味著一個(gè)元素可能影響其他元素,例如 <body> 元素的寬度一般會(huì)影響其子元素的寬度以及樹(shù)中各處的節(jié)點(diǎn),因此對(duì)于瀏覽器來(lái)說(shuō),布局過(guò)程是經(jīng)常發(fā)生的。
4.繪制。繪制是填充像素的過(guò)程。它涉及繪出文本、顏色、圖像、邊框和陰影,基本上包括元素的每個(gè)可視部分。繪制一般是在多個(gè)表面(通常稱為層)上完成的。
5.合成。由于頁(yè)面的各部分可能被繪制到多層,由此它們需要按正確順序繪制到屏幕上,以便正確渲染頁(yè)面。對(duì)于與另一元素重疊的元素來(lái)說(shuō),這點(diǎn)特別重要,因?yàn)橐粋€(gè)錯(cuò)誤可能使一個(gè)元素錯(cuò)誤地出現(xiàn)在另一個(gè)元素的上層。
當(dāng)然,不一定每幀都總是會(huì)經(jīng)過(guò)管道每個(gè)部分的處理。我們的目標(biāo)就是,每一幀的動(dòng)畫,對(duì)于上述的管道流程,能避免則避免,不能避免則最大限度優(yōu)化。
優(yōu)化動(dòng)畫步驟
先給出一個(gè)步驟,調(diào)優(yōu)一個(gè)動(dòng)畫,有一定的指導(dǎo)原則可以遵循,一步一步深入動(dòng)畫:
1.精簡(jiǎn) DOM ,合理布局
這個(gè)沒(méi)什么好說(shuō)的,如果可以,精簡(jiǎn) DOM 結(jié)構(gòu)在任何時(shí)候都是對(duì)頁(yè)面有幫助的。
2.使用 transform 代替 left、top,減少使用耗性能樣式
現(xiàn)代瀏覽器在完成以下四種屬性的動(dòng)畫時(shí),消耗成本較低:
- position(位置):transform: translate(npx, npx)
- scale(比例縮放):transform: scale(n)
- rotation(旋轉(zhuǎn)) :transform: rotate(ndeg)
- opacity(透明度):opacity: 0...1
如果可以,盡量只使用上述四種屬性去控制動(dòng)畫。
不同樣式在消耗性能方面是不同的,改變一些屬性的開(kāi)銷比改變其他屬性要多,因此更可能使動(dòng)畫卡頓。
例如,與改變?cè)氐奈谋绢伾啾?,改變?cè)氐腷ox-shadow將需要開(kāi)銷大很多的繪圖操作。 改變?cè)氐膚idth可能比改變其transform要多一些開(kāi)銷。如box-shadow屬性,從渲染角度來(lái)講十分耗性能,原因就是與其他樣式相比,它們的繪制代碼執(zhí)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。
這就是說(shuō),如果一個(gè)耗性能嚴(yán)重的樣式經(jīng)常需要重繪,那么你就會(huì)遇到性能問(wèn)題。其次你要知道,沒(méi)有不變的事情,在今天性能很差的樣式,可能明天就被優(yōu)化,并且瀏覽器之間也存在差異。
開(kāi)啟 GPU 硬件加速
歸根結(jié)底,上述四種屬性的動(dòng)畫消耗較低的原因是會(huì)開(kāi)啟了 GPU 硬件加速。動(dòng)畫元素生成了自己的圖形層(GraphicsLayer)。
通常而言,開(kāi)啟 GPU 加速的方法我們可以使用
will-change: transform
這會(huì)使聲明了該樣式屬性的元素生成一個(gè)圖形層,告訴瀏覽器接下來(lái)該元素將會(huì)進(jìn)行 transform 變換,讓瀏覽器提前做好準(zhǔn)備。
使用will-change并不一定會(huì)有性能的提升,因?yàn)榧词篂g覽器預(yù)料到會(huì)有這些更改,依然會(huì)為這些屬性運(yùn)行布局和繪制流程,所以提前告訴瀏覽器,也并不會(huì)有太多性能上的提升。這樣做的好處是,創(chuàng)建新的圖層代價(jià)很高,而等到需要時(shí)匆忙地創(chuàng)建,不如一開(kāi)始直接創(chuàng)建好。
對(duì)于 Safari 及一些舊版本瀏覽器,它們不能識(shí)別will-change,則需要使用某種 translate 3D 進(jìn)行 hack,通常會(huì)使用
transform: translateZ(0)
所以,正常而言,在生產(chǎn)環(huán)境下,我們可能需要使用如下代碼,開(kāi)啟硬件加速:
{ will-change: transform; transform: translateZ(0);}
3.控制頻繁動(dòng)畫的層級(jí)關(guān)系
動(dòng)畫層級(jí)的控制的意思是盡量讓需要進(jìn)行 CSS 動(dòng)畫的元素的z-index保持在頁(yè)面最上方,避免瀏覽器創(chuàng)建不必要的圖形層(GraphicsLayer),能夠很好的提升渲染性能。
OK,這里又提到了圖形層(GraphicsLayer),這是一個(gè)瀏覽器渲染原理相關(guān)的知識(shí)(WebKit/blink內(nèi)核下)。它能對(duì)動(dòng)畫進(jìn)行加速,但同時(shí)也存在相應(yīng)的加速坑!
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),瀏覽器為了提升動(dòng)畫的性能,為了在動(dòng)畫的每一幀的過(guò)程中不必每次都重新繪制整個(gè)頁(yè)面。在特定方式下可以觸發(fā)生成一個(gè)合成層,合成層擁有單獨(dú)的 GraphicsLayer。
需要進(jìn)行動(dòng)畫的元素包含在這個(gè)合成層之下,這樣動(dòng)畫的每一幀只需要去重新繪制這個(gè) Graphics Layer 即可,從而達(dá)到提升動(dòng)畫性能的目的。
那么一個(gè)元素什么時(shí)候會(huì)觸發(fā)創(chuàng)建一個(gè) Graphics Layer 層?從目前來(lái)說(shuō),滿足以下任意情況便會(huì)創(chuàng)建層:
- 硬件加速的 iframe 元素(比如 iframe 嵌入的頁(yè)面中有合成層)
- 硬件加速的插件,比如 flash 等等
- 使用加速視頻解碼的<video>元素
- 3D 或者 硬件加速的 2D Canvas 元素
- 3D 或透視變換 (perspective、transform) 的 CSS 屬性
- 對(duì)自己的 opacity 做 CSS 動(dòng)畫或使用一個(gè)動(dòng)畫變換的元素
- 擁有加速 CSS 過(guò)濾器的元素
- 元素有一個(gè)包含復(fù)合層的后代節(jié)點(diǎn)(換句話說(shuō),就是一個(gè)元素?fù)碛幸粋€(gè)子元素,該子元素在自己的層里)
- 元素有一個(gè) z-index 較低且包含一個(gè)復(fù)合層的兄弟元素
本小點(diǎn)中說(shuō)到的動(dòng)畫層級(jí)的控制,原因就在于上面生成層的最后一條:
元素有一個(gè) z-index 較低且包含一個(gè)復(fù)合層的兄弟元素。
這里是存在坑的地方,首先我們要明確兩點(diǎn):
1.我們希望我們的動(dòng)畫得到 GPU 硬件加速,所以我們會(huì)利用類似transform: translateZ()這樣的方式生成一個(gè) Graphics Layer 層。
2.Graphics Layer 雖好,但不是越多越好,每一幀的渲染內(nèi)核都會(huì)去遍歷計(jì)算當(dāng)前所有的 Graphics Layer ,并計(jì)算他們下一幀的重繪區(qū)域,所以過(guò)量的 Graphics Layer 計(jì)算也會(huì)給渲染造成性能影響。
記住這兩點(diǎn)之后,回到上面我們說(shuō)的坑。
假設(shè)我們有一個(gè)輪播圖,有一個(gè) ul 列表,結(jié)構(gòu)如下:
<div><div>輪播圖</div><ul><li>列表li</li><li>列表li</li><li>列表li</li><li>列表li</li></ul></div>
假設(shè)給他們定義如下 CSS:
.swiper { position: static; animation: 10s move infinite;} .list { position: relative;} @keyframes move { 100% {transform: translate3d(10px, 0, 0); }}
由于給.swiper添加了translate3d(10px, 0, 0)動(dòng)畫,所以它會(huì)生成一個(gè) Graphics Layer,如下圖所示,用開(kāi)發(fā)者工具可以打開(kāi)層的展示,圖形外的黃色邊框即代表生成了一個(gè)獨(dú)立的復(fù)合層,擁有獨(dú)立的 Graphics Layer 。
但是!在上面的圖中,我們并沒(méi)有給下面的list也添加任何能觸發(fā)生成 Graphics Layer 的屬性,但是它也同樣也有黃色的邊框,生成了一個(gè)獨(dú)立的復(fù)合層。
原因在于上面那條元素有一個(gè) z-index 較低且包含一個(gè)復(fù)合層的兄弟元素。我們并不希望list元素也生成 Graphics Layer ,但是由于 CSS 層級(jí)定義原因,下面的 list 的層級(jí)高于上面的 swiper,所以它被動(dòng)的也生成了一個(gè) Graphics Layer 。
使用 Chrome,我們也可以觀察到這種層級(jí)關(guān)系,可以看到.list的層級(jí)高于.swiper:
所以,下面我們修改一下 CSS ,改成:
.swiper { position: relative; z-index: 100;} .list { position: relative;}
這里,我們明確使得.swiper的層級(jí)高于.list,再打開(kāi)開(kāi)發(fā)者工具觀察一下:
可以看到,這一次,.list元素已經(jīng)沒(méi)有了黃色外邊框,說(shuō)明此時(shí)沒(méi)有生成 Graphics Layer 。再看看層級(jí)圖:
此時(shí),層級(jí)關(guān)系才是我們希望看到的,.list元素沒(méi)有觸發(fā)生成 Graphics Layer 。而我們希望需要硬件加速的.swiper保持在最上方,每次動(dòng)畫過(guò)程中只會(huì)獨(dú)立重繪這部分的區(qū)域。
總結(jié)
這個(gè)坑最早見(jiàn)于張?jiān)讫埌l(fā)布的這篇文章CSS3硬件加速也有坑,這里還要總結(jié)補(bǔ)充的是:
GPU 硬件加速也會(huì)有坑,當(dāng)我們希望使用利用類似transform: translate3d()這樣的方式開(kāi)啟 GPU 硬件加速,一定要注意元素層級(jí)的關(guān)系,盡量保持讓需要進(jìn)行 CSS 動(dòng)畫的元素的z-index保持在頁(yè)面最上方。
Graphics Layer 不是越多越好,每一幀的渲染內(nèi)核都會(huì)去遍歷計(jì)算當(dāng)前所有的 Graphics Layer ,并計(jì)算他們下一幀的重繪區(qū)域,所以過(guò)量的 Graphics Layer 計(jì)算也會(huì)給渲染造成性能影響。
可以使用 Chrome ,用上面介紹的兩個(gè)工具對(duì)自己的頁(yè)面生成的 Graphics Layer 和元素層級(jí)進(jìn)行觀察然后進(jìn)行相應(yīng)修改。
上面觀察頁(yè)面層級(jí)的 chrome 工具非常吃內(nèi)存?好像還是一個(gè)處于實(shí)驗(yàn)室的功能,分析稍微大一點(diǎn)的頁(yè)面容易直接卡死,所以要多學(xué)會(huì)使用第一種觀察黃色邊框的方式查看頁(yè)面生成的 Graphics Layer 這種方式。
4. 使用 will-change 可以在元素屬性真正發(fā)生變化之前提前做好對(duì)應(yīng)準(zhǔn)備
// 示例.example { will-change: transform;}
上面已經(jīng)提到過(guò) will-change 了。
will-change 為 web 開(kāi)發(fā)者提供了一種告知瀏覽器該元素會(huì)有哪些變化的方法,這樣瀏覽器可以在元素屬性真正發(fā)生變化之前提前做好對(duì)應(yīng)的優(yōu)化準(zhǔn)備工作。 這種優(yōu)化可以將一部分復(fù)雜的計(jì)算工作提前準(zhǔn)備好,使頁(yè)面的反應(yīng)更為快速靈敏。
值得注意的是,用好這個(gè)屬性并不是很容易:
在一些低端盒子上,will-change會(huì)導(dǎo)致很多小問(wèn)題,譬如會(huì)使圖片模糊,有的時(shí)候很容易適得其反,所以使用的時(shí)候還需要多加測(cè)試。
不要將 will-change 應(yīng)用到太多元素上:瀏覽器已經(jīng)盡力嘗試去優(yōu)化一切可以優(yōu)化的東西了。有一些更強(qiáng)力的優(yōu)化,如果與 will-change 結(jié)合在一起的話,有可能會(huì)消耗很多機(jī)器資源,如果過(guò)度使用的話,可能導(dǎo)致頁(yè)面響應(yīng)緩慢或者消耗非常多的資源。
有節(jié)制地使用:通常,當(dāng)元素恢復(fù)到初始狀態(tài)時(shí),瀏覽器會(huì)丟棄掉之前做的優(yōu)化工作。但是如果直接在樣式表中顯式聲明了 will-change 屬性,則表示目標(biāo)元素可能會(huì)經(jīng)常變化,瀏覽器會(huì)將優(yōu)化工作保存得比之前更久。所以最佳實(shí)踐是當(dāng)元素變化之前和之后通過(guò)腳本來(lái)切換 will-change 的值。
不要過(guò)早應(yīng)用 will-change 優(yōu)化:如果你的頁(yè)面在性能方面沒(méi)什么問(wèn)題,則不要添加 will-change 屬性來(lái)榨取一丁點(diǎn)的速度。 will-change 的設(shè)計(jì)初衷是作為最后的優(yōu)化手段,用來(lái)嘗試解決現(xiàn)有的性能問(wèn)題。它不應(yīng)該被用來(lái)預(yù)防性能問(wèn)題。過(guò)度使用 will-change 會(huì)導(dǎo)致生成大量圖層,進(jìn)而導(dǎo)致大量的內(nèi)存占用,并會(huì)導(dǎo)致更復(fù)雜的渲染過(guò)程,因?yàn)闉g覽器會(huì)試圖準(zhǔn)備可能存在的變化過(guò)程,這會(huì)導(dǎo)致更嚴(yán)重的性能問(wèn)題。
給它足夠的工作時(shí)間:這個(gè)屬性是用來(lái)讓頁(yè)面開(kāi)發(fā)者告知瀏覽器哪些屬性可能會(huì)變化的。然后瀏覽器可以選擇在變化發(fā)生前提前去做一些優(yōu)化工作。所以給瀏覽器一點(diǎn)時(shí)間去真正做這些優(yōu)化工作是非常重要的。使用時(shí)需要嘗試去找到一些方法提前一定時(shí)間獲知元素可能發(fā)生的變化,然后為它加上 will-change 屬性。
5. 使用 dev-tool 時(shí)間線 timeline 觀察,找出導(dǎo)致高耗時(shí)、掉幀的關(guān)鍵操作
1)對(duì)比屏幕快照,觀察每一幀包含的內(nèi)容及具體的操作
2)找到掉幀的那一幀,分析該幀內(nèi)不同步驟的耗時(shí)占比,進(jìn)行有針對(duì)性的優(yōu)化
3)觀察是否存在內(nèi)存泄漏
對(duì)于 timeline 的使用用法,這里有個(gè)非常好的教程,通俗易懂,可以看看:
瀏覽器渲染優(yōu)化 Udacity 課程
總結(jié)一下
對(duì)于盒子端 CSS 動(dòng)畫的性能,很多方面仍處于探索中,本文大量?jī)?nèi)容在之前文章已經(jīng)出現(xiàn)過(guò),這里更多的是歸納總結(jié)提煉成可參照?qǐng)?zhí)行的流程。
本文的優(yōu)化方案研究同樣適用于 PC Web 及移動(dòng) Web
以上就是詳解盒子端CSS動(dòng)畫性能提升的詳細(xì)內(nèi)容,更多關(guān)于盒子端CSS動(dòng)畫性能提升的資料請(qǐng)關(guān)注其它相關(guān)文章!
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