浏览器渲染原理概述

无论使用框架还是原生 JS,浏览器都遵循自己的规则。理解这些规则,我们可以知道卡顿与流畅的交互之间的区别。

一、为什么要在16.67ms内渲染完一帧

JavaScript 在单线程上运行,必须将控制权让给浏览器才能绘制内容。

一帧内发生的事情如下:

  1. 脚本执行(Scripting) - JavaScript 引擎运行代码。
  2. 样式计算(Style Calculation ) - 浏览器确定适用的 CSS 规则,并计算最终样式,解析层叠、继承和计算值。
  3. 重排(Reflow/Layout) - 计算几何属性,如宽度、高度及位置。重排可能波及父子元素,导致高昂成本。
  4. 重绘(Repaint/Paint) - 为背景、边框、文本和阴影绘制像素。渐变或阴影等复杂视觉效果会拖慢此步骤。
  5. 合成(Composite) - 将已绘制的图层合成并绘制到屏幕上。此步骤远比重排或重绘廉价。

帧预算计算:一秒有 1000 毫秒,除以 60 帧/秒得 1000/60 = 16.67 毫秒/帧。若上述步骤执行时间超过此值,浏览器将丢帧,导致"卡顿"(jank)。

二、如何提高渲染性能

现代浏览器可以轻松处理简单页面,但是一旦添加动画或众多元素,性能限制就会显现。了解哪些属性会触发哪些渲染步骤,可以帮助我们提高渲染性能。

  • 脚本执行时间(Scripting time ),JavaScript 占用主线程的时间。这个阶段耗时长的话,会延迟重排和重绘。
  • 更改 top、left、width、height 或 margin 等属性会触发重排。
  • 更改仅影响绘制的属性,如 background-color、box-shadow、border-radius,会触发重绘但不会触发重排。
  • transform 或 opacity 通常由 GPU 处理,可以跳过重排和重绘。

三、FPS 监控

可以通过观察动画效果,或者使用 DevTools 中的 FPS meter(Cmd+Shift+P → "FPS meter"),运行Demo,会显示实时帧率。只有当我们将Demo 中的正方形数量最大化时,才会出现明显的差异。

结论

流畅的性能并非魔法。它来自于理解浏览器在做什么,并针对它进行性能分析。事实上,对于小型动画,浏览器已经可以渲染得很快了,性能差异可以忽略不计

参考文献:

Inside a 16.67 Millisecond Frame - Understand how rendering works through a practical example.

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