CSS3动画卡顿性能优化的示例分析

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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，10ms*199≈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：




  
  
  
  首页加载动画

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

@-webkit-keyframes imgSmall{
 0%{
   -webkit-transform:scale(1);
 }
 100%{
   -webkit-transform:scale(.465);
 }
}

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：

div {
  height: 100px;
  transition: height 1s linear;
}
 
div:hover {
  height: 200px;
}

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。

CSS3动画卡顿性能优化的示例分析

而使用 transform:scale 实现

div {
  transform: scale(0.5);
  transition: transform 1s linear;
}
 
div:hover {
  transform: scale(1.0);
}

此时流程如下：

CSS3动画卡顿性能优化的示例分析

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

CSS3动画卡顿性能优化的示例分析

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。

CSS3动画卡顿性能优化的示例分析

rendering 和 painting 所花的时间如下：

CSS3动画卡顿性能优化的示例分析

再来看看用 transform:scale

CSS3动画卡顿性能优化的示例分析

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。

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

惊人的事情发生了，FPS 达到 72：

CSS3动画卡顿性能优化的示例分析

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