CSS3 动画卡顿解决方案

原创 Fly丶 教程 CSS 107阅读 2018-12-30 17:18:42 举报

为什么会卡顿?

有一个前提必须要提,前端开发者们都知道,浏览器是单线程运行的。但是我们要明确以下几个概念:单线程,主线程和合成线程。
虽然说浏览器执行js是单线程执行(注意,是执行,并不是说浏览器只有1个线程,而是运行时,runing),但实际上浏览器的2个重要的执行线程,这 2 个线程协同工作来渲染一个网页:主线程和合成线程。
一般情况下,主线程负责:运行 JavaScript;计算 HTML 元素的 CSS 样式;页面的布局;将元素绘制到一个或多个位图中;将这些位图交给合成线程。
相应地,合成线程负责:通过 GPU 将位图绘制到屏幕上;通知主线程更新页面中可见或即将变成可见的部分的位图;计算出页面中哪部分是可见的;计算出当你在滚动页面时哪部分是即将变成可见的;当你滚动页面时将相应位置的元素移动到可视区域。

那么为什么会造成动画卡顿呢?

原因就是主线程和合成线程的调度不合理。
下面来详细说一下调度不合理的原因:

在使用height,width,margin,padding作为transition的值时,会造成浏览器主线程的工作量较重,例如从margin-left:-20px渲染到margin-left:0,主线程需要计算样式margin-left:-19px,margin-left:-18px,一直到margin-left:0,而且每一次主线程计算样式后,合成进程都需要绘制到GPU然后再渲染到屏幕上,前后总共进行20次主线程渲染,20次合成线程渲染,20+20次,总计40次计算。

主线程的渲染流程,可以参考浏览器渲染网页的流程:

使用 HTML 创建文档对象模型(DOM)
使用 CSS 创建 CSS 对象模型(CSSOM)
基于 DOM 和 CSSOM 执行脚本(Scripts)
合并 DOM 和 CSSOM 形成渲染树(Render Tree)
使用渲染树布局(Layout)所有元素
渲染(Paint)所有元素

也就是说,主线程每次都需要执行Scripts,Render Tree ,Layout和Paint这四个阶段的计算。

而如果使用transform的话,例如tranform:translate(-20px,0)到transform:translate(0,0),主线程只需要进行一次tranform:translate(-20px,0)到transform:translate(0,0),然后合成线程去一次将-20px转换到0px,这样的话,总计1+20计算。

可能会有人说,这才提升了19次,有什么好性能提升的?
假设一次10ms。
那么就减少了约190ms的耗时。
会有人说,辣鸡,才190ms,无所谓。
那么如果margin-left是从-200px到0呢,一次10ms,10ms199≈2s。
还会有人说,辣鸡,也就2s,无所谓。
你忘了单线程这回事了吗?
如果网页有3个动画,3
2s=6s,就是6s的性能提升。
由于数据是猜测的,所以暂时不考虑其真实性

为了增强本文的说服力,下面我就用一个实例来证实下我的观点,大家一起看一下

前端时间用 animation 实现 H5 页面中首页动画过渡,很简单的一个效果,首页加载一个客服头像,先放大,停留 700ms 后再缩小至顶部。代码如下:

在 chrome 上测试 ok,但在提测给 QA 的时候发现部分机型,如华为(系统4.2),oppo(系统5.1)的出现卡顿情况。

百思不得其解,后来参考文章深入浏览器理解 CSS animations 和 transitions 的性能问题一文,将图片缩放中动画元素改成 transform,如下

果然啊,卡顿问题解决了。

文章深入浏览器理解 CSS animations 和 transitions 的性能问题是这么解释的,现代的浏览器通常会有两个重要的执行线程,这 2 个线程协同工作来渲染一个网页:主线程和合成线程。

一般情况下,主线程负责:运行 JavaScript;计算 HTML 元素的 CSS 样式;页面的布局;将元素绘制到一个或多个位图中;将这些位图交给合成线程。

相应地,合成线程负责:通过 GPU 将位图绘制到屏幕上;通知主线程更新页面中可见或即将变成可见的部分的位图;计算出页面中哪部分是可见的;计算出当你在滚动页面时哪部分是即将变成可见的;当你滚动页面时将相应位置的元素移动到可视区域。

假设我们要一个元素的 height 从 100 px 变成 200 px,就像这样:

主线程和合成线程将按照下面的流程图执行相应的操作。注意在橘黄色方框的操作可能会比较耗时,在蓝色框中的操作是比较快速的。

而使用 transform:scale 实现

此时流程如下:

也就是说,使用 transform,浏览器只需要一次生成这个元素的位图,并在动画开始的时候将它提交给 GPU 去处理 。之后,浏览器不需要再做任何布局、 绘制以及提交位图的操作。从而,浏览器可以充分利用 GPU 的特长去快速地将位图绘制在不同的位置、执行旋转或缩放处理。

为了从数量级上去证实这个理论,我打开 chrome 的 Timeline 查看页面 FPS

其中,当用 height 做动画元素时,在切换过程的 FPS 只有 44,我们知道每秒 60 帧是最适合人眼的交互,小于 60,人眼能明显感觉到,这就是为什么卡顿的原因。

rendering 和 painting 所花的时间如下:

再来看看用 transform:scale

FPS 达到 66,且 rendering 和 painting 时间减少了 3 倍。

到此为止问题是解决了,隔了几天,看到一篇解决 Chrome 动画”卡顿”的办法,发现还能通过开启硬件加速的方式优化动画,于是又试了一遍。

惊人的事情发生了,FPS 达到 72:

总结解决 CSS3 动画卡顿方案

尽量使用 transform 当成动画熟悉,避免使用 height,width,margin,padding 等;

要求较高时,可以开启浏览器开启 GPU 硬件加速。

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当真正开始学习的时候难免不知道从哪入手,导致效率低下影响继续学习的信心。

但最重要的是不知道哪些技术需要重点掌握,学习时频繁踩坑,最终浪费大量时间,所以有有效资源还是很有必要的。

最后祝福所有遇到瓶疾且不知道怎么办的前端程序员们,祝福大家在往后的工作与面试中一切顺利。

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