為什么DOM操作很慢-orlion

一直都聽說DOM很慢，要盡量少的去操作DOM，于是就想進一步去探究下為什么大家都會這樣說，在網上學習了一些資料，這邊整理出來。

　　首先，DOM對象本身也是一個js對象，所以嚴格來說，并不是操作這個對象慢，而是說操作了這個對象后，會觸發一些瀏覽器行為，比如布局（layout）和繪制（paint）。下面主要先介紹下這些瀏覽器行為，闡述一個頁面是怎么最終被呈現出來的，另外還會從代碼的角度，來說明一些不好的實踐以及一些優化方案。

　　瀏覽器是如何呈現一張頁面的

　　一個瀏覽器有許多模塊，其中負責呈現頁面的是渲染引擎模塊，比較熟悉的有WebKit和Gecko等，這里也只會涉及這個模塊的內容。

　　先用文字大致闡述下這個過程：

　　其中DOM tree和Render tree上的節點并非一一對應，比如一個"display:none"的節點就只會存在于DOM tree上，而不會出現在Render tree上，因為這個節點不需要被繪制。

　　上圖是Webkit的基本流程，在術語上和Gecko可能會有不同，這里貼上Gecko的流程圖，不過文章下面的內容都會統一使用Webkit的術語。

　　影響頁面呈現的因素有許多，比如link的位置會影響首屏呈現等。但這里主要集中討論與layout相關的內容。

　　paint是一個耗時的過程，然而layout是一個更耗時的過程，我們無法確定layout一定是自上而下或是自下而上進行的，甚至一次layout會牽涉到整個文檔布局的重新計算。

　　但是layout是肯定無法避免的，所以我們主要是要最小化layout的次數。

　　什么情況下瀏覽器會進行layout

　　在考慮如何最小化layout次數之前，要先了解什么時候瀏覽器會進行layout。

　　layout（reflow）一般被稱為布局，這個操作是用來計算文檔中元素的位置和大小，是渲染前重要的一步。在HTML第一次被加載的時候，會有一次layout之外，js腳本的執行和樣式的改變同樣會導致瀏覽器執行layout，這也是本文的主要要討論的內容。

　　一般情況下，瀏覽器的layout是lazy的，也就是說：在js腳本執行時，是不會去更新DOM的，任何對DOM的修改都會被暫存在一個隊列中，在當前js的執行上下文完成執行后，會根據這個隊列中的修改，進行一次layout。

　　然而有時希望在js代碼中立刻獲取最新的DOM節點信息，瀏覽器就不得不提前執行layout，這是導致DOM性能問題的主因。

　　如下的操作會打破常規，并觸發瀏覽器執行layout：

　　我們來通過一個例子直觀的感受下：

// Readvar h1 = element1.clientHeight;// Write (invalidates layout)element1.style.height = (h1 * 2) + 'px';// Read (triggers layout)var h2 = element2.clientHeight;// Write (invalidates layout)element2.style.height = (h2 * 2) + 'px';// Read (triggers layout)var h3 = element3.clientHeight;// Write (invalidates layout)element3.style.height = (h3 * 2) + 'px';

　　clientHeight，這個屬性是需要計算得到的，于是就會觸發瀏覽器的一次layout。我們來利用chrome（v47.0）的開發者工具看下（截圖中的timeline record已經經過篩選，僅顯示layout）：

　　上面的例子中，代碼首先修改了一個元素的樣式，接下來讀取另一個元素的clientHeight屬性，由于之前的修改導致當前DOM被標記為臟，為了保證能準確的獲取這個屬性，瀏覽器會進行一次layout（我們發現chrome的開發者工具良心的提示了我們這個性能問題）。

　　優化這段代碼很簡單，預先讀取所需要的屬性，在一起修改即可。

// Readvar h1 = element1.clientHeight; 
var h2 = element2.clientHeight; 
var h3 = element3.clientHeight;// Write (invalidates layout)element1.style.height = (h1 * 2) + 'px'; 
element2.style.height = (h2 * 2) + 'px'; 
element3.style.height = (h3 * 2) + 'px';

　　看下這次的情況：

　　下面再介紹一些其他的優化方案。

　　最小化layout的方案

　　上面提到的一個批量讀寫是一個，主要是因為獲取一個需要計算的屬性值導致的，那么哪些值是需要計算的呢？

　　這個鏈接里有介紹大部分需要計算的屬性：http://gent.ilcore.com/2011/03/how-not-to-trigger-layout-in-webkit.html

　　再來看看別的情況：

　　面對一系列DOM操作

　　針對一系列DOM操作（DOM元素的增刪改），可以有如下方案：

　　比如（僅以documentFragment為例）：

var fragment = document.createDocumentFragment(); 
for (var i=0; i < items.length; i++){ 
 var item = document.createElement("li");
 item.appendChild(document.createTextNode("Option " + i);
 fragment.appendChild(item);
}
list.appendChild(fragment);

　　這類優化方案的核心思想都是相同的，就是先對一個不在Render tree上的節點進行一系列操作，再把這個節點添加回Render tree，這樣無論多么復雜的DOM操作，最終都只會觸發一次layout。

　　面對樣式的修改

　　針對樣式的改變，我們首先需要知道并不是所有樣式的修改都會觸發layout，因為我們知道layout的工作是計算RenderObject的尺寸和大小信息，那么我如果只是改變一個顏色，是不會觸發layout的。

　　這里有一個網站CSS triggers，詳細列出了各個CSS屬性對瀏覽器執行layout和paint的影響。

　　像下面這種情況，和上面講優化的部分是一樣的，注意下讀寫即可。

elem.style.height = "100px"; // mark invalidated elem.style.width = "100px"; 
elem.style.marginRight = "10px";
elem.clientHeight // force layout here

　　但是要提一下動畫，這邊講的是js動畫，比如：

function animate (from, to) { 
 if (from === to) return
 requestAnimationFrame(function () {
 from += 5
 element1.style.height = from + "px"
 animate(from, to)
 })
}
animate(100, 500)

　　動畫的每一幀都會導致layout，這是無法避免的，但是為了減少動畫帶來的layout的性能損失，可以將動畫元素絕對定位，這樣動畫元素脫離文本流，layout的計算量會減少很多。

　　使用requestAnimationFrame

　　任何可能導致重繪的操作都應該放入requestAnimationFrame

　　在現實項目中，代碼按模塊劃分，很難像上例那樣組織批量讀寫。那么這時可以把寫操作放在requestAnimationFrame的callback中，統一讓寫操作在下一次paint之前執行。

// Readvar h1 = element1.clientHeight;// WriterequestAnimationFrame(function() { 
 element1.style.height = (h1 * 2) + 'px';
});// Readvar h2 = element2.clientHeight;// WriterequestAnimationFrame(function() { 
 element2.style.height = (h2 * 2) + 'px';
});

　　可以很清楚的觀察到Animation Frame觸發的時機，MDN上說是在paint之前觸發，不過我估計是在js腳本交出控制權給瀏覽器進行DOM的invalidated check之前執行。

　　其他注意點

　　除了由于觸發了layout而導致性能問題外，這邊再列出一些其他細節：

　　緩存選擇器的結果，減少DOM查詢。這里要特別提下HTMLCollection。HTMLCollection是通過document.getElementByTagName得到的對象類型，和數組類型很類似但是每次獲取這個對象的一個屬性，都相當于進行一次DOM查詢：

var divs = document.getElementsByTagName("div"); 
for (var i = 0; i < divs.length; i++){ //infinite loop 
 document.body.appendChild(document.createElement("div"));
}

　　比如上面的這段代碼會導致無限循環，所以處理HTMLCollection對象的時候要做些緩存。

　　另外，減少DOM元素的嵌套深度并優化css，去除無用的樣式對減少layout的計算量有一定幫助。

　　在DOM查詢時，querySelector和querySelectorAll應該是最后的選擇，它們功能最強大，但執行效率很差，如果可以的話，盡量用其他方法替代。

　　下面兩個jsperf的鏈接，可以對比下性能。

　　1）https://jsperf.com/getelementsbyclassname-vs-queryselectorall/162

　　2）http://jsperf.com/getelementbyid-vs-queryselector/218

　　自己對View層的想法

　　上面的內容理論方面的東西偏多，從實踐的角度來看，上面討論的內容，正好是View層需要處理的事情。已經有一個庫FastDOM來做這個事情，不過它的代碼是這樣的：

fastdom.read(function() { 
 console.log('read');
});
fastdom.write(function() { 
 console.log('write');
});

　　問題很明顯，會導致callback hell，并且也可以預見到像FastDOM這樣的imperative的代碼缺乏擴展性，關鍵在于用了requestAnimationFrame后就變成了異步編程的問題了。要讓讀寫狀態同步，那必然需要在DOM的基礎上寫個Wrapper來內部控制異步讀寫，不過都到了這份上，感覺可以考慮直接上React了……

　　總之，盡量注意避免上面說到的問題，但如果用庫，比如jQuery的話，layout的問題出在庫本身的抽象上。像React引入自己的組件模型，用過virtual DOM來減少DOM操作，并可以在每次state改變時僅有一次layout，我不知道內部有沒有用requestAnimationFrame之類的，感覺要做好一個View層就挺有難度的，之后準備學學React的代碼。希望自己一兩年后會過來再看這個問題的時候，可以有些新的見解。

　　參考

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