探索 CSS 動(dòng)畫

原理

現(xiàn)代瀏覽器在使用CSS3動(dòng)畫時(shí)，以下四種情形繪制的效率較高，分別是： * 改變位置 * 改變大小 * 旋轉(zhuǎn) * 改變透明度

層？重繪？回流和重布局？圖層重組？

首先要了解CSS的圖層的概念（Chrome瀏覽器）

瀏覽器在渲染一個(gè)頁(yè)面時(shí)，會(huì)將頁(yè)面分為很多個(gè)圖層，圖層有大有小，每個(gè)圖層上有一個(gè)或多個(gè)節(jié)點(diǎn)。在渲染DOM的時(shí)候，瀏覽器所做的工作實(shí)際上是： 1. 獲取DOM后分割為多個(gè)圖層 2. 對(duì)每個(gè)圖層的節(jié)點(diǎn)計(jì)算樣式結(jié)果（Recalculate style--樣式重計(jì)算） 3. 為每個(gè)節(jié)點(diǎn)生成圖形和位置（Layout--回流和重布局） 4. 將每個(gè)節(jié)點(diǎn)繪制填充到圖層位圖中（Paint Setup和Paint--重繪） 5. 圖層作為紋理上傳至GPU 6. 符合多個(gè)圖層到頁(yè)面上生成最終屏幕圖像（Composite Layers--圖層重組）

Chrome中滿足以下任意情況就會(huì)創(chuàng)建圖層： * 3D或透視變換（perspective transform）CSS屬性 * 使用加速視頻解碼的<video>節(jié)點(diǎn) * 擁有3D（WebGL）上下文或加速的2D上下文的<canvas>節(jié)點(diǎn) * 混合插件（如Flash） * 對(duì)自己的opacity做CSS動(dòng)畫或使用一個(gè)動(dòng)畫webkit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)（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（換句話說(shuō)就是該元素在復(fù)合層上面渲染）

需要注意的是，如果圖層中某個(gè)元素需要重繪，那么整個(gè)圖層都需要重繪。比如一個(gè)圖層包含很多節(jié)點(diǎn)，其中有個(gè)gif圖，gif圖的每一幀，都會(huì)重回整個(gè)圖層的其他節(jié)點(diǎn)，然后生成最終的圖層位圖。所以這需要通過(guò)特殊的方式來(lái)強(qiáng)制gif圖屬于自己一個(gè)圖層（translateZ(0)或者translate3d(0,0,0)），CSS3的動(dòng)畫也是一樣（好在絕大部分情況瀏覽器自己會(huì)為CSS3動(dòng)畫的節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建圖層）

層和CSS動(dòng)畫

簡(jiǎn)化一下上述過(guò)程，每一幀動(dòng)畫瀏覽器可能需要做如下工作： 1. 計(jì)算需要被加載到節(jié)點(diǎn)上的樣式結(jié)果（Recalculate style--樣式重計(jì)算） 2. 為每個(gè)節(jié)點(diǎn)生成圖形和位置（Layout--回流和重布局） 3. 將每個(gè)節(jié)點(diǎn)填充到圖層中（Paint Setup和Paint--重繪） 4. 組合圖層到頁(yè)面上（Composite Layers--圖層重組）

如果我們需要使得動(dòng)畫的性能提高，需要做的就是減少瀏覽器在動(dòng)畫運(yùn)行時(shí)所需要做的工作。最好的情況是，改變的屬性僅僅印象圖層的組合，變換（transform）和透明度（opacity）就屬于這種情況

現(xiàn)代瀏覽器如Chrome，F(xiàn)irefox，Safari和Opera都對(duì)變換和透明度采用硬件加速，但I(xiàn)E10+不是很確定是否硬件加速

觸發(fā)重布局的屬性

有些節(jié)點(diǎn)，當(dāng)你改變他時(shí)，會(huì)需要重新布局（這也意味著需要重新計(jì)算其他被影響的節(jié)點(diǎn)的位置和大小）。這種情況下，被影響的DOM樹越大（可見節(jié)點(diǎn)），重繪所需要的時(shí)間就會(huì)越長(zhǎng)，而渲染一幀動(dòng)畫的時(shí)間也相應(yīng)變長(zhǎng)。所以需要盡力避免這些屬性

一些常用的改變時(shí)會(huì)觸發(fā)重布局的屬性： 盒子模型相關(guān)屬性會(huì)觸發(fā)重布局： * width * height * padding * margin * display * border-width * border * min-height

定位屬性及浮動(dòng)也會(huì)觸發(fā)重布局： * top * bottom * left * right * position * float * clear

改變節(jié)點(diǎn)內(nèi)部文字結(jié)構(gòu)也會(huì)觸發(fā)重布局： * text-align * overflow-y * font-weight * overflow * font-family * line-height * vertival-align * white-space * font-size

這么多常用屬性都會(huì)觸發(fā)重布局，可以看到，他們的特點(diǎn)就是可能修改整個(gè)節(jié)點(diǎn)的大小或位置，所以會(huì)觸發(fā)重布局

別使用CSS類名做狀態(tài)標(biāo)記

如果在網(wǎng)頁(yè)中使用CSS的類來(lái)對(duì)節(jié)點(diǎn)做狀態(tài)標(biāo)記，當(dāng)這些節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)標(biāo)記類修改時(shí)，將會(huì)觸發(fā)節(jié)點(diǎn)的重繪和重布局。所以在節(jié)點(diǎn)上使用CSS類來(lái)做狀態(tài)比較是代價(jià)很昂貴的

觸發(fā)重繪的屬性

修改時(shí)只觸發(fā)重繪的屬性有： * color * border-style * border-radius * visibility * text-decoration * background * background-image * background-position * background-repeat * background-size * outline-color * outline * outline-style * outline-width * box-shadow

這樣可以看到，這些屬性都不會(huì)修改節(jié)點(diǎn)的大小和位置，自然不會(huì)觸發(fā)重布局，但是節(jié)點(diǎn)內(nèi)部的渲染效果進(jìn)行了改變，所以只需要重繪就可以了

手機(jī)就算重繪也很慢

在重繪時(shí)，這些節(jié)點(diǎn)會(huì)被加載到GPU中進(jìn)行重繪，這對(duì)移動(dòng)設(shè)備如手機(jī)的影響還是很大的。因?yàn)镃PU不如臺(tái)式機(jī)或筆記本電腦，所以繪畫巫妖的時(shí)間更長(zhǎng)。而且CPU與GPU之間的有較大的帶寬限制，所以紋理的上傳需要一定時(shí)間

觸發(fā)圖層重組的屬性

透明度竟然不會(huì)觸發(fā)重繪？

需要注意的是，上面那些觸發(fā)重繪的屬性里面沒(méi)有opacity（透明度），很奇怪不是嗎？實(shí)際上透明度的改變后，GPU在繪畫時(shí)只是簡(jiǎn)單的降低之前已經(jīng)畫好的紋理的alpha值來(lái)達(dá)到效果，并不需要整體的重繪。不過(guò)這個(gè)前提是這個(gè)被修改opacity本身必須是一個(gè)圖層，如果圖層下還有其他節(jié)點(diǎn)，GPU也會(huì)將他們透明化

強(qiáng)迫瀏覽器創(chuàng)建圖層

在Blink和WebKit的瀏覽器中，一當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)被設(shè)定了透明度的相關(guān)過(guò)渡效果或動(dòng)畫時(shí)，瀏覽器會(huì)將其作為一個(gè)單獨(dú)的圖層，但很多開發(fā)者使用translateZ(0)或者translate3d(0,0,0)去使瀏覽器創(chuàng)建圖層。這種方式可以消除在動(dòng)畫開始之前的圖層創(chuàng)建時(shí)間，使得動(dòng)畫盡快開始（創(chuàng)建圖層和繪制圖層還是比較慢的），而且不會(huì)隨著抗鋸齒而導(dǎo)出突變。不過(guò)這種方法需要節(jié)制，否則會(huì)因?yàn)閯?chuàng)建過(guò)多的圖層導(dǎo)致崩潰

Chrome中的抗鋸齒

Chrome中，非根圖層以及透明圖層使用grayscale antialiasing而不是subpixel antialiasing，如果抗鋸齒方法變化，這個(gè)效果將會(huì)非常顯著。如果你打算預(yù)處理一個(gè)節(jié)點(diǎn)而不打算等到動(dòng)畫開始，可以通過(guò)這種強(qiáng)迫瀏覽器創(chuàng)建圖層的方式進(jìn)行

transform變換是你的選擇

我們通過(guò)節(jié)點(diǎn)的transform可以修改節(jié)點(diǎn)的位置、旋轉(zhuǎn)、大小等。我們平常會(huì)使用left和top屬性來(lái)修改節(jié)點(diǎn)的位置，但正如上面所述，left和top會(huì)觸發(fā)重布局，修改時(shí)的代價(jià)相當(dāng)大。取而代之的更好方法是使用translate，這個(gè)不會(huì)觸發(fā)重布局

JS動(dòng)畫和CSS3動(dòng)畫的比較

我們經(jīng)常面臨一個(gè)抉擇：是使用JavaScript的動(dòng)畫還是使用CSS的動(dòng)畫，下面將對(duì)比一下這兩種方式

JS動(dòng)畫

缺點(diǎn)：JavaScript在瀏覽器的主線程中運(yùn)行，而其中還有很多其他需要運(yùn)行的JavaScript、樣式計(jì)算、布局、繪制等對(duì)其干擾。這也就導(dǎo)致了線程可能出現(xiàn)阻塞，從而造成丟幀的情況。

優(yōu)點(diǎn)：JavaScript的動(dòng)畫與CSS預(yù)先定義好的動(dòng)畫不同，可以在其動(dòng)畫過(guò)程中對(duì)其進(jìn)行控制：開始、暫停、回放、中止、取消都是可以做到的。而且一些動(dòng)畫效果，比如視差滾動(dòng)效果，只有JavaScript能夠完成

CSS動(dòng)畫

缺點(diǎn)：缺乏強(qiáng)大的控制能力。而且很難以有意義的方式結(jié)合到一起，使得動(dòng)畫變得復(fù)雜且易于出問(wèn)題。 優(yōu)點(diǎn)：瀏覽器可以對(duì)動(dòng)畫進(jìn)行優(yōu)化。它必要時(shí)可以創(chuàng)建圖層，然后在主線程之外運(yùn)行。

前瞻

Google目前正在探究通過(guò)JS的多線程（Web Workers）來(lái)提供更好的動(dòng)畫效果，而不會(huì)觸發(fā)重布局及樣式重計(jì)算

結(jié)論

動(dòng)畫給予了頁(yè)面豐富的視覺(jué)體驗(yàn)。我們應(yīng)該盡力避免使用會(huì)觸發(fā)重布局和重繪的屬性，以免失幀。最好提前申明動(dòng)畫，這樣能讓瀏覽器提前對(duì)動(dòng)畫進(jìn)行優(yōu)化。由于GPU的參與，現(xiàn)在用來(lái)做動(dòng)畫的最好屬性是如下幾個(gè)： * opacity * translate * rotate * scale

也許會(huì)有一些新的方式使得可以使用JavaScript做出更好的沒(méi)有限制的動(dòng)畫，而且不用擔(dān)心主線程的阻塞問(wèn)題。但在那之前，還是好好考慮下如何做出流暢的動(dòng)畫吧