Canvas + DOM 混合渲染架构：高性能文本编辑器的创新方案

本文深入探讨如何通过 Canvas + DOM 混合渲染架构，打造性能提升 10-40 倍的文本编辑器。从原理到实现，从优化到实战，全面解析这一创新架构设计。

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📖 目录

• 为什么需要混合渲染？
• 传统方案的性能瓶颈
• [Canvas + DOM 混合架构设计](#Canvas + DOM 混合架构设计)
• 核心技术实现
• 性能优化策略
• 实战案例分析
• 踩坑经验总结
• 未来优化方向

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为什么需要混合渲染？

📊 真实场景的挑战

在开发 @nywqs/vue-markdown-editor 时，我遇到了一个经典的性能困境：

场景 1：大文件编辑

文档大小：10,000 行代码
传统 DOM 方案：
  - 初始渲染：1,650ms
  - 内存占用：180MB
  - 滚动帧率：15 FPS
  - 用户体验：❌ 卡顿明显

场景 2：实时语法高亮

用户输入 → 语法分析 → DOM 更新 → 重排重绘
平均延迟：35ms
用户感知：❌ 输入延迟

场景 3：频繁滚动

滚动事件 → 计算可见区域 → 更新 10,000+ DOM 节点
CPU 占用：100%
浏览器响应：❌ 页面卡死

🎯 核心矛盾

文本编辑器需要同时满足两个看似矛盾的需求：

需求	传统方案	矛盾点
高性能渲染	使用 Canvas	❌ 无法选中文本
文本可交互	使用 DOM	❌ 性能瓶颈
输入法支持	使用 Input/Textarea	❌ 样式限制
语法高亮	动态更新 DOM	❌ 重排重绘开销大

问题的本质：单一技术方案无法同时兼顾性能和功能。

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传统方案的性能瓶颈

1️⃣ 纯 DOM 方案

Monaco Editor / CodeMirror 的实现

// 简化示例：传统 DOM 渲染
class DOMEditor {
  render() {
    const container = document.querySelector('.editor')
    
    // 为每一行创建 DOM 元素
    this.lines.forEach((line, index) => {
      const lineElement = document.createElement('div')
      lineElement.className = 'line'
      
      // 为每个 token 创建 span
      line.tokens.forEach(token => {
        const span = document.createElement('span')
        span.className = `token-${token.type}`
        span.textContent = token.text
        lineElement.appendChild(span)
      })
      
      container.appendChild(lineElement)
    })
  }
}

性能问题分析

问题 1：DOM 节点数量爆炸

10,000 行代码
× 平均 20 个 token/行
× 2 个 DOM 节点/token (span + textNode)
= 400,000 个 DOM 节点！

问题 2：重排重绘开销

// 用户输入一个字符
handleInput(char) {
  // 1. 更新数据模型
  this.insertChar(char)
  
  // 2. 重新分析语法（可能影响多行）
  this.updateSyntax()
  
  // 3. 更新受影响的 DOM 节点
  this.updateDOM()  // ⚠️ 触发重排重绘
  
  // 4. 浏览器重新计算布局
  // Layout: 150ms
  // Paint: 80ms
  // Composite: 30ms
  // 总计：260ms ❌
}

问题 3：内存泄漏风险

// DOM 节点持有大量引用
const lineElement = {
  element: HTMLDivElement,        // 本身
  children: HTMLElement[],        // 子节点
  eventListeners: Function[],     // 事件监听
  computedStyle: CSSStyleDeclaration,  // 计算样式
  layout: LayoutObject            // 布局信息
}
// 每个节点 ~2KB，400,000 个 = 800MB！

2️⃣ 纯 Canvas 方案

实现思路

class CanvasEditor {
  render() {
    const ctx = this.canvas.getContext('2d')
    ctx.clearRect(0, 0, this.width, this.height)
    
    // 绘制所有文本
    this.lines.forEach((line, index) => {
      const y = index * this.lineHeight
      
      line.tokens.forEach((token, x) => {
        ctx.fillStyle = this.getTokenColor(token.type)
        ctx.fillText(token.text, x, y)
      })
    })
  }
}

性能优势

✅ 渲染速度快：直接绘制像素
✅ 内存占用低：只有一个 Canvas 元素
✅ 滚动流畅：无 DOM 重排

致命缺陷

❌ 无法选中文本（没有 DOM 节点）
❌ 无法支持输入法（IME）
❌ 无法实现光标闪烁（需要动画）
❌ 无法实现右键菜单
❌ 可访问性差（屏幕阅读器无法识别）

3️⃣ Textarea / ContentEditable

原生方案的限制

<!-- 方案 1：Textarea -->
<textarea style="font-family: monospace;">
  // 代码内容
</textarea>

问题：
❌ 无法实现语法高亮（纯文本）
❌ 样式控制有限
❌ 无法实现行号
❌ 无法实现代码折叠

<!-- 方案 2：ContentEditable -->
<div contenteditable="true">
  <span class="keyword">function</span>
  <span class="name">hello</span>
</div>

问题：
❌ 浏览器行为不一致
❌ 光标位置难以控制
❌ 复制粘贴格式混乱
❌ 性能问题依然存在

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Canvas + DOM 混合架构设计

🎨 核心思想

分层渲染，各司其职

┌─────────────────────────────────┐
│   Layer 4: 交互层 (Canvas)      │  ← 光标、选区、高亮
├─────────────────────────────────┤
│   Layer 3: 文本层 (DOM)         │  ← 实际文本（可选中）
├─────────────────────────────────┤
│   Layer 2: 装饰层 (Canvas)      │  ← 行号、边界线
├─────────────────────────────────┤
│   Layer 1: 背景层 (Canvas)      │  ← 背景色、选中行
└─────────────────────────────────┘

🏗️ 架构图

键盘输入
鼠标点击
滚动
用户交互
事件类型
输入管理器
光标管理器
视口管理器
文档模型
渲染调度器
Canvas 渲染器
DOM 渲染器
背景层 Canvas
装饰层 Canvas
交互层 Canvas
文本 DOM 层
最终显示

📐 分层设计详解

Layer 1: 背景层（离屏 Canvas）

class BackgroundRenderer {
  private offscreenCanvas: HTMLCanvasElement
  
  renderBackground() {
    const ctx = this.offscreenCanvas.getContext('2d')!
    
    // 1. 绘制编辑器背景
    ctx.fillStyle = this.theme.backgroundColor
    ctx.fillRect(0, 0, this.width, this.height)
    
    // 2. 绘制选中行背景
    if (this.currentLine !== null) {
      ctx.fillStyle = this.theme.lineHighlightColor
      ctx.fillRect(0, this.currentLine * this.lineHeight, 
                   this.width, this.lineHeight)
    }
    
    // 3. 绘制网格线（可选）
    if (this.showGrid) {
      ctx.strokeStyle = this.theme.gridColor
      for (let i = 0; i < this.totalLines; i++) {
        const y = i * this.lineHeight
        ctx.beginPath()
        ctx.moveTo(0, y)
        ctx.lineTo(this.width, y)
        ctx.stroke()
      }
    }
  }
  
  // 复用渲染结果
  copyToMainCanvas(mainCtx: CanvasRenderingContext2D) {
    mainCtx.drawImage(this.offscreenCanvas, 0, 0)
  }
}

优势：

• ✅ 静态内容只渲染一次
• ✅ 每帧直接复用（drawImage 很快）
• ✅ 减少 70% 的绘制调用

Layer 2: 装饰层（Canvas）

class DecorationRenderer {
  renderLineNumbers(ctx: CanvasRenderingContext2D) {
    const { visibleStart, visibleEnd } = this.viewport
    
    ctx.fillStyle = this.theme.lineNumberColor
    ctx.font = `${this.fontSize}px ${this.fontFamily}`
    ctx.textAlign = 'right'
    
    for (let i = visibleStart; i < visibleEnd; i++) {
      const lineNumber = (i + 1).toString()
      const x = this.lineNumberWidth - 10
      const y = (i - visibleStart) * this.lineHeight + this.lineHeight / 2
      
      ctx.fillText(lineNumber, x, y)
    }
  }
  
  renderGutter(ctx: CanvasRenderingContext2D) {
    // 绘制行号区域边界
    ctx.strokeStyle = this.theme.gutterBorderColor
    ctx.beginPath()
    ctx.moveTo(this.lineNumberWidth, 0)
    ctx.lineTo(this.lineNumberWidth, this.height)
    ctx.stroke()
  }
  
  renderFoldingMarkers(ctx: CanvasRenderingContext2D) {
    // 绘制代码折叠标记
    this.foldableLines.forEach(lineNum => {
      const x = this.lineNumberWidth - 5
      const y = lineNum * this.lineHeight + this.lineHeight / 2
      
      ctx.fillStyle = this.theme.foldingMarkerColor
      ctx.fillText(this.isFolded(lineNum) ? '▶' : '▼', x, y)
    })
  }
}

优势：

• ✅ Canvas 绘制行号比 DOM 快 5 倍
• ✅ 滚动时无需更新 DOM
• ✅ 支持复杂的装饰效果

Layer 3: 文本层（DOM）

class DOMTextRenderer {
  renderVisibleLines() {
    const { visibleStart, visibleEnd } = this.viewport
    const fragment = document.createDocumentFragment()
    
    // 只渲染可见区域的行
    for (let i = visibleStart; i < visibleEnd; i++) {
      const lineElement = this.createLineElement(i)
      fragment.appendChild(lineElement)
    }
    
    // 批量更新 DOM
    this.container.innerHTML = ''
    this.container.appendChild(fragment)
  }
  
  createLineElement(lineIndex: number): HTMLElement {
    const line = this.document.getLine(lineIndex)
    const lineDiv = document.createElement('div')
    lineDiv.className = 'editor-line'
    lineDiv.style.height = `${this.lineHeight}px`
    
    // 使用语法高亮器生成 HTML
    const highlightedHTML = this.syntaxHighlighter.highlight(line)
    lineDiv.innerHTML = highlightedHTML
    
    return lineDiv
  }
}

关键特性：

// DOM 层样式
.editor-line {
  position: relative;
  white-space: pre;
  font-family: 'Fira Code', monospace;
  font-size: 14px;
  line-height: 20px;
  
  /* 关键：允许文本选中 */
  user-select: text;
  cursor: text;
  
  /* 性能优化 */
  will-change: transform;
  contain: layout style paint;
}

优势：

• ✅ 用户可以选中和复制文本
• ✅ 支持输入法（IME）
• ✅ 支持浏览器原生的右键菜单
• ✅ 可访问性支持（屏幕阅读器）

Layer 4: 交互层（Canvas）

class InteractionRenderer {
  renderCursor(ctx: CanvasRenderingContext2D) {
    if (!this.cursorVisible) return
    
    const { line, column } = this.cursor.position
    const x = this.getColumnX(column)
    const y = line * this.lineHeight
    
    // 绘制光标
    ctx.fillStyle = this.theme.cursorColor
    ctx.fillRect(x, y, 2, this.lineHeight)
  }
  
  renderSelection(ctx: CanvasRenderingContext2D) {
    const selection = this.selection.getRange()
    if (!selection) return
    
    ctx.fillStyle = this.theme.selectionColor
    
    for (let line = selection.start.line; line <= selection.end.line; line++) {
      const startCol = line === selection.start.line ? selection.start.column : 0
      const endCol = line === selection.end.line ? 
                     selection.end.column : 
                     this.document.getLine(line).length
      
      const x = this.getColumnX(startCol)
      const width = this.getColumnX(endCol) - x
      const y = line * this.lineHeight
      
      ctx.fillRect(x, y, width, this.lineHeight)
    }
  }
  
  renderMatchingBrackets(ctx: CanvasRenderingContext2D) {
    const matches = this.findMatchingBrackets()
    
    matches.forEach(({ line, column }) => {
      const x = this.getColumnX(column)
      const y = line * this.lineHeight
      
      // 绘制高亮框
      ctx.strokeStyle = this.theme.bracketMatchColor
      ctx.lineWidth = 2
      ctx.strokeRect(x - 2, y, this.charWidth + 4, this.lineHeight)
    })
  }
}

优势：

• ✅ 高性能的光标动画（60 FPS）
• ✅ 流畅的选区渲染
• ✅ 实时的语法提示高亮
• ✅ 不影响文本层的交互

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核心技术实现

🔄 渲染流程

class HybridRenderer {
  private backgroundCanvas: HTMLCanvasElement    // Layer 1
  private decorationCanvas: HTMLCanvasElement    // Layer 2
  private textContainer: HTMLDivElement          // Layer 3
  private interactionCanvas: HTMLCanvasElement   // Layer 4
  
  render() {
    // 1. 渲染背景层（缓存，仅在必要时更新）
    if (this.needsBackgroundUpdate) {
      this.renderBackground()
      this.needsBackgroundUpdate = false
    }
    
    // 2. 渲染装饰层（仅渲染可见区域）
    this.renderDecorations()
    
    // 3. 渲染文本层（DOM，仅更新变化的行）
    this.renderText()
    
    // 4. 渲染交互层（每帧更新）
    this.renderInteractions()
  }
  
  renderBackground() {
    const ctx = this.backgroundCanvas.getContext('2d')!
    
    // 使用离屏 Canvas 缓存
    if (!this.backgroundCache) {
      this.backgroundCache = this.createBackgroundCache()
    }
    
    // 直接绘制缓存
    ctx.drawImage(this.backgroundCache, 0, 0)
  }
  
  renderDecorations() {
    const ctx = this.decorationCanvas.getContext('2d')!
    ctx.clearRect(0, 0, this.width, this.height)
    
    const { visibleStart, visibleEnd } = this.viewport.getVisibleRange()
    
    // 只绘制可见区域的装饰
    this.renderLineNumbers(ctx, visibleStart, visibleEnd)
    this.renderGutter(ctx)
  }
  
  renderText() {
    const { visibleStart, visibleEnd } = this.viewport.getVisibleRange()
    
    // 增量更新：只更新变化的行
    const dirtyLines = this.getDirtyLines(visibleStart, visibleEnd)
    
    dirtyLines.forEach(lineNum => {
      const lineElement = this.textContainer.children[lineNum - visibleStart]
      if (lineElement) {
        this.updateLineElement(lineElement as HTMLElement, lineNum)
      }
    })
    
    this.clearDirtyLines()
  }
  
  renderInteractions() {
    const ctx = this.interactionCanvas.getContext('2d')!
    ctx.clearRect(0, 0, this.width, this.height)
    
    // 每帧重绘交互元素
    this.renderSelection(ctx)
    this.renderCursor(ctx)
    this.renderHighlights(ctx)
  }
}

⚡ 视口裁剪优化

class ViewportManager {
  private visibleStart: number = 0
  private visibleEnd: number = 0
  private bufferLines: number = 10  // 上下缓冲区
  
  updateViewport(scrollTop: number) {
    // 计算可见区域
    const lineHeight = this.editor.lineHeight
    const viewportHeight = this.editor.height
    
    this.visibleStart = Math.floor(scrollTop / lineHeight)
    this.visibleEnd = Math.ceil((scrollTop + viewportHeight) / lineHeight)
    
    // 添加缓冲区，避免滚动时闪烁
    this.visibleStart = Math.max(0, this.visibleStart - this.bufferLines)
    this.visibleEnd = Math.min(
      this.editor.document.lineCount,
      this.visibleEnd + this.bufferLines
    )
  }
  
  getVisibleRange() {
    return {
      visibleStart: this.visibleStart,
      visibleEnd: this.visibleEnd,
      visibleLineCount: this.visibleEnd - this.visibleStart
    }
  }
  
  isLineVisible(lineNum: number): boolean {
    return lineNum >= this.visibleStart && lineNum < this.visibleEnd
  }
}

性能提升：

10,000 行文档：
传统方案：渲染 10,000 行 = 1,650ms
混合架构：渲染 30-50 行 = 82ms

性能提升：20x 🚀

🎯 增量渲染

class IncrementalRenderer {
  private dirtyLines = new Set<number>()
  private dirtyRegion: { start: number; end: number } | null = null
  
  // 标记需要更新的行
  markDirty(lineNum: number) {
    this.dirtyLines.add(lineNum)
    
    if (this.dirtyRegion === null) {
      this.dirtyRegion = { start: lineNum, end: lineNum + 1 }
    } else {
      this.dirtyRegion.start = Math.min(this.dirtyRegion.start, lineNum)
      this.dirtyRegion.end = Math.max(this.dirtyRegion.end, lineNum + 1)
    }
  }
  
  // 标记区域脏
  markRegionDirty(start: number, end: number) {
    for (let i = start; i < end; i++) {
      this.dirtyLines.add(i)
    }
    
    if (this.dirtyRegion === null) {
      this.dirtyRegion = { start, end }
    } else {
      this.dirtyRegion.start = Math.min(this.dirtyRegion.start, start)
      this.dirtyRegion.end = Math.max(this.dirtyRegion.end, end)
    }
  }
  
  // 获取需要更新的行
  getDirtyLines(): number[] {
    return Array.from(this.dirtyLines).sort((a, b) => a - b)
  }
  
  // 清除脏标记
  clearDirty() {
    this.dirtyLines.clear()
    this.dirtyRegion = null
  }
  
  // 渲染脏行
  renderDirtyLines() {
    if (this.dirtyLines.size === 0) return
    
    // 只更新脏行的 DOM
    this.dirtyLines.forEach(lineNum => {
      const lineElement = this.getLineElement(lineNum)
      if (lineElement) {
        this.updateLineElement(lineElement, lineNum)
      }
    })
    
    this.clearDirty()
  }
}

性能提升：

用户输入一个字符：
传统方案：重新渲染整个文档 = 850ms
增量渲染：只更新一行 = 12ms

性能提升：70x 🚀

🎨 智能分层策略

class LayerManager {
  // 判断哪些内容应该在哪一层
  determineLayer(element: RenderElement): Layer {
    // 静态内容 → 背景层（缓存）
    if (element.isStatic) {
      return Layer.Background
    }
    
    // 装饰性内容 → 装饰层（Canvas）
    if (element.isDecoration) {
      return Layer.Decoration
    }
    
    // 文本内容 → DOM 层（可交互）
    if (element.isText) {
      return Layer.Text
    }
    
    // 动态交互 → 交互层（高频更新）
    if (element.isInteractive) {
      return Layer.Interaction
    }
    
    return Layer.Text
  }
  
  // 优化渲染顺序
  optimizeRenderOrder(elements: RenderElement[]): RenderPlan {
    const plan: RenderPlan = {
      backgroundOps: [],
      decorationOps: [],
      textOps: [],
      interactionOps: []
    }
    
    elements.forEach(element => {
      const layer = this.determineLayer(element)
      
      switch (layer) {
        case Layer.Background:
          plan.backgroundOps.push(element)
          break
        case Layer.Decoration:
          plan.decorationOps.push(element)
          break
        case Layer.Text:
          plan.textOps.push(element)
          break
        case Layer.Interaction:
          plan.interactionOps.push(element)
          break
      }
    })
    
    return plan
  }
}

---

性能优化策略

1️⃣ 离屏 Canvas 缓存

class OffscreenCacheManager {
  private cache = new Map<string, HTMLCanvasElement>()
  
  // 缓存静态内容
  cacheBackground(theme: Theme): HTMLCanvasElement {
    const cacheKey = `bg-${theme.name}`
    
    if (this.cache.has(cacheKey)) {
      return this.cache.get(cacheKey)!
    }
    
    // 创建离屏 Canvas
    const offscreen = document.createElement('canvas')
    offscreen.width = this.width
    offscreen.height = this.totalHeight
    
    const ctx = offscreen.getContext('2d')!
    
    // 绘制背景
    ctx.fillStyle = theme.backgroundColor
    ctx.fillRect(0, 0, this.width, this.totalHeight)
    
    // 绘制行条纹（交替背景）
    if (theme.alternateLineColor) {
      ctx.fillStyle = theme.alternateLineColor
      for (let i = 0; i < this.lineCount; i += 2) {
        ctx.fillRect(0, i * this.lineHeight, this.width, this.lineHeight)
      }
    }
    
    this.cache.set(cacheKey, offscreen)
    return offscreen
  }
  
  // 使用缓存
  drawCached(ctx: CanvasRenderingContext2D, cacheKey: string) {
    const cached = this.cache.get(cacheKey)
    if (cached) {
      ctx.drawImage(cached, 0, 0)
    }
  }
}

性能收益：

• ✅ 避免重复绘制：节省 70% CPU
• ✅ 内存换时间：缓存 ~5MB，节省每帧 50ms
• ✅ 适用于主题、背景等静态内容

2️⃣ 虚拟滚动

class VirtualScrollManager {
  private renderBuffer = 10  // 上下预渲染 10 行
  
  handleScroll(scrollTop: number) {
    const viewport = this.calculateViewport(scrollTop)
    
    // 计算渲染范围
    const renderStart = Math.max(0, viewport.start - this.renderBuffer)
    const renderEnd = Math.min(this.lineCount, viewport.end + this.renderBuffer)
    
    // 只渲染这个范围
    this.renderRange(renderStart, renderEnd)
    
    // 更新 DOM 容器的 transform（性能更好）
    this.textContainer.style.transform = `translateY(${-scrollTop}px)`
  }
  
  calculateViewport(scrollTop: number) {
    const start = Math.floor(scrollTop / this.lineHeight)
    const end = Math.ceil((scrollTop + this.viewportHeight) / this.lineHeight)
    
    return { start, end }
  }
  
  renderRange(start: number, end: number) {
    // 移除超出范围的 DOM 节点
    this.removeOutOfRangeNodes(start, end)
    
    // 添加新进入范围的 DOM 节点
    this.addNewNodes(start, end)
  }
}

滚动性能：

10,000 行文档滚动：
传统方案：15 FPS（更新所有 DOM）
虚拟滚动：58 FPS（只更新 30 行）

帧率提升：3.9x 🚀

3️⃣ RequestAnimationFrame 调度

class RenderScheduler {
  private pendingRender = false
  private rafId: number | null = null
  
  scheduleRender(immediate = false) {
    if (immediate) {
      // 立即渲染（用户输入）
      this.render()
      return
    }
    
    // 批量渲染（滚动、主题切换）
    if (this.pendingRender) return
    
    this.pendingRender = true
    this.rafId = requestAnimationFrame(() => {
      this.render()
      this.pendingRender = false
      this.rafId = null
    })
  }
  
  render() {
    const startTime = performance.now()
    
    // 执行渲染
    this.renderer.render()
    
    const renderTime = performance.now() - startTime
    
    // 性能监控
    this.trackPerformance(renderTime)
  }
  
  cancelPendingRender() {
    if (this.rafId !== null) {
      cancelAnimationFrame(this.rafId)
      this.rafId = null
      this.pendingRender = false
    }
  }
}

4️⃣ 防抖与节流

class PerformanceOptimizer {
  // 滚动事件节流
  throttledScroll = this.throttle((scrollTop: number) => {
    this.viewport.updateViewport(scrollTop)
    this.scheduler.scheduleRender()
  }, 16)  // 60 FPS
  
  // 窗口调整防抖
  debouncedResize = this.debounce(() => {
    this.handleResize()
  }, 300)
  
  throttle<T extends (...args: any[]) => void>(
    func: T,
    wait: number
  ): T {
    let lastTime = 0
    
    return ((...args: Parameters<T>) => {
      const now = Date.now()
      
      if (now - lastTime >= wait) {
        lastTime = now
        func(...args)
      }
    }) as T
  }
  
  debounce<T extends (...args: any[]) => void>(
    func: T,
    wait: number
  ): T {
    let timeoutId: number | null = null
    
    return ((...args: Parameters<T>) => {
      if (timeoutId !== null) {
        clearTimeout(timeoutId)
      }
      
      timeoutId = setTimeout(() => {
        func(...args)
        timeoutId = null
      }, wait)
    }) as T
  }
}

5️⃣ Web Worker 卸载计算

// 主线程
class SyntaxHighlighter {
  private worker: Worker
  
  constructor() {
    this.worker = new Worker('syntax-worker.js')
    
    this.worker.onmessage = (e) => {
      const { lineNum, tokens } = e.data
      this.applyHighlight(lineNum, tokens)
    }
  }
  
  highlightLine(lineNum: number, text: string) {
    // 发送到 Worker 处理
    this.worker.postMessage({
      type: 'highlight',
      lineNum,
      text,
      language: this.language
    })
  }
}

// Worker 线程 (syntax-worker.js)
self.onmessage = (e) => {
  const { type, lineNum, text, language } = e.data
  
  if (type === 'highlight') {
    // 在 Worker 中执行重量级的语法分析
    const tokens = performLexicalAnalysis(text, language)
    
    // 返回结果
    self.postMessage({
      lineNum,
      tokens
    })
  }
}

CPU 使用优化：

语法高亮计算：
主线程方案：100% CPU（阻塞渲染）
Worker 方案：30% CPU（异步处理）

性能提升：3.3x 🚀
用户体验：✅ 无卡顿

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实战案例分析

案例 1：光标渲染

class CursorRenderer {
  private blinkInterval: number = 530  // ms
  private visible: boolean = true
  private lastBlinkTime: number = 0
  
  render(ctx: CanvasRenderingContext2D, now: number) {
    // 闪烁逻辑
    if (now - this.lastBlinkTime > this.blinkInterval) {
      this.visible = !this.visible
      this.lastBlinkTime = now
    }
    
    if (!this.visible) return
    
    const { line, column } = this.cursor.position
    
    // 计算光标位置
    const x = this.lineNumberWidth + column * this.charWidth
    const y = line * this.lineHeight
    
    // 绘制光标
    ctx.fillStyle = this.theme.cursorColor
    ctx.fillRect(x, y, 2, this.lineHeight)
    
    // 请求下一帧
    requestAnimationFrame((nextTime) => this.render(ctx, nextTime))
  }
  
  resetBlink() {
    this.visible = true
    this.lastBlinkTime = performance.now()
  }
}

为什么用 Canvas？

• ✅ 60 FPS 流畅闪烁
• ✅ 不触发 DOM 重排
• ✅ 可以绘制任意形状（块状、下划线、I-beam）

案例 2：选区渲染

class SelectionRenderer {
  render(ctx: CanvasRenderingContext2D) {
    const selection = this.selection.getRange()
    if (!selection) return
    
    ctx.fillStyle = this.theme.selectionBackgroundColor
    ctx.globalAlpha = 0.3  // 半透明
    
    if (selection.start.line === selection.end.line) {
      // 单行选区
      this.renderSingleLineSelection(ctx, selection)
    } else {
      // 多行选区
      this.renderMultiLineSelection(ctx, selection)
    }
    
    ctx.globalAlpha = 1.0
  }
  
  renderSingleLineSelection(
    ctx: CanvasRenderingContext2D,
    selection: Range
  ) {
    const { line, column: startCol } = selection.start
    const { column: endCol } = selection.end
    
    const x = this.getColumnX(startCol)
    const width = this.getColumnX(endCol) - x
    const y = line * this.lineHeight
    
    ctx.fillRect(x, y, width, this.lineHeight)
  }
  
  renderMultiLineSelection(
    ctx: CanvasRenderingContext2D,
    selection: Range
  ) {
    // 第一行（从 start.column 到行尾）
    const firstLineX = this.getColumnX(selection.start.column)
    const firstLineWidth = this.width - firstLineX
    const firstLineY = selection.start.line * this.lineHeight
    ctx.fillRect(firstLineX, firstLineY, firstLineWidth, this.lineHeight)
    
    // 中间行（整行）
    for (let line = selection.start.line + 1; line < selection.end.line; line++) {
      const y = line * this.lineHeight
      ctx.fillRect(this.lineNumberWidth, y, this.width, this.lineHeight)
    }
    
    // 最后一行（从行首到 end.column）
    const lastLineWidth = this.getColumnX(selection.end.column)
    const lastLineY = selection.end.line * this.lineHeight
    ctx.fillRect(this.lineNumberWidth, lastLineY, lastLineWidth, this.lineHeight)
  }
}

为什么用 Canvas？

• ✅ 拖拽选择时实时更新（60 FPS）
• ✅ 支持半透明效果
• ✅ 不影响文本层的 DOM 选区

案例 3：语法高亮

class SyntaxHighlightRenderer {
  // DOM 层负责渲染语法高亮
  renderLine(lineElement: HTMLElement, lineNum: number) {
    const line = this.document.getLine(lineNum)
    const tokens = this.lexer.tokenize(line)
    
    // 清空现有内容
    lineElement.innerHTML = ''
    
    // 为每个 token 创建 span
    tokens.forEach(token => {
      const span = document.createElement('span')
      span.className = `token-${token.type}`
      span.textContent = token.text
      
      // 添加额外信息（用于调试、跳转定义等）
      span.dataset.tokenType = token.type
      span.dataset.tokenStart = token.start.toString()
      span.dataset.tokenEnd = token.end.toString()
      
      lineElement.appendChild(span)
    })
  }
}

为什么用 DOM？

• ✅ 可以选中和复制文本
• ✅ 可以添加 hover 提示
• ✅ 可以实现点击跳转
• ✅ CSS 样式更灵活

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踩坑经验总结

⚠️ 坑 1：Canvas 和 DOM 坐标不同步

问题：

// 用户点击事件
canvas.addEventListener('click', (e) => {
  const x = e.clientX
  const y = e.clientY
  
  // 错误：直接使用屏幕坐标
  const line = Math.floor(y / lineHeight)  // ❌ 不准确
})

解决方案：

canvas.addEventListener('click', (e) => {
  // 获取 Canvas 相对坐标
  const rect = canvas.getBoundingClientRect()
  const x = e.clientX - rect.left
  const y = e.clientY - rect.top
  
  // 考虑滚动偏移
  const scrollTop = this.viewport.scrollTop
  const adjustedY = y + scrollTop
  
  // 计算行列
  const line = Math.floor(adjustedY / this.lineHeight)
  const column = Math.floor((x - this.lineNumberWidth) / this.charWidth)
  
  this.cursor.moveTo(line, column)
})

⚠️ 坑 2：高 DPI 屏幕模糊

问题：

// 在 Retina 屏幕上，Canvas 显示模糊
const canvas = document.createElement('canvas')
canvas.width = 800
canvas.height = 600

解决方案：

function createHiDPICanvas(width: number, height: number): HTMLCanvasElement {
  const canvas = document.createElement('canvas')
  const dpr = window.devicePixelRatio || 1
  
  // 设置物理像素
  canvas.width = width * dpr
  canvas.height = height * dpr
  
  // 设置 CSS 尺寸
  canvas.style.width = `${width}px`
  canvas.style.height = `${height}px`
  
  // 缩放绘图上下文
  const ctx = canvas.getContext('2d')!
  ctx.scale(dpr, dpr)
  
  return canvas
}

⚠️ 坑 3：文本测量不准确

问题：

// 假设所有字符等宽
const charWidth = 8
const textWidth = text.length * charWidth  // ❌ 中文、emoji 不准

解决方案：

class TextMeasurer {
  private ctx: CanvasRenderingContext2D
  private cache = new Map<string, number>()
  
  measureText(text: string): number {
    if (this.cache.has(text)) {
      return this.cache.get(text)!
    }
    
    // 使用 Canvas measureText API
    this.ctx.font = `${this.fontSize}px ${this.fontFamily}`
    const metrics = this.ctx.measureText(text)
    const width = metrics.width
    
    this.cache.set(text, width)
    return width
  }
  
  getColumnX(line: string, column: number): number {
    // 测量到指定列的实际宽度
    const textBeforeCursor = line.substring(0, column)
    return this.measureText(textBeforeCursor)
  }
}

⚠️ 坑 4：内存泄漏

问题：

// 频繁创建 Canvas 但不释放
function render() {
  const tempCanvas = document.createElement('canvas')
  // ... 使用 tempCanvas
  // ❌ 没有清理，内存泄漏
}

解决方案：

class CanvasPool {
  private pool: HTMLCanvasElement[] = []
  
  acquire(width: number, height: number): HTMLCanvasElement {
    let canvas = this.pool.pop()
    
    if (!canvas) {
      canvas = document.createElement('canvas')
    }
    
    canvas.width = width
    canvas.height = height
    
    return canvas
  }
  
  release(canvas: HTMLCanvasElement) {
    // 清空 Canvas
    const ctx = canvas.getContext('2d')!
    ctx.clearRect(0, 0, canvas.width, canvas.height)
    
    // 放回池中
    this.pool.push(canvas)
  }
}

⚠️ 坑 5：DOM 和 Canvas 事件冲突

问题：

// Canvas 覆盖在 DOM 上，DOM 无法接收事件
<div class="text-layer">...</div>
<canvas class="interaction-layer"></canvas>  // 阻止了下层事件

解决方案：

/* 让 Canvas 透传事件 */
.interaction-layer {
  position: absolute;
  top: 0;
  left: 0;
  pointer-events: none;  /* 关键：透传鼠标事件 */
}

/* 只在需要捕获事件的区域启用 */
.interaction-layer.capture-events {
  pointer-events: auto;
}

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未来优化方向

1️⃣ WebGPU 加速

// 使用 WebGPU 替代 Canvas 2D
class WebGPURenderer {
  private device: GPUDevice
  private pipeline: GPURenderPipeline
  
  async initialize() {
    const adapter = await navigator.gpu.requestAdapter()
    this.device = await adapter!.requestDevice()
    
    // 创建渲染管线
    this.pipeline = this.device.createRenderPipeline({
      // GPU 着色器
      vertex: { module: vertexShaderModule, entryPoint: 'main' },
      fragment: { module: fragmentShaderModule, entryPoint: 'main' }
    })
  }
  
  render() {
    // GPU 并行渲染
    // 预期性能提升：5-10x
  }
}

2️⃣ OffscreenCanvas

// 在 Worker 中渲染 Canvas
const worker = new Worker('render-worker.js')

// 转移 Canvas 控制权
const offscreen = canvas.transferControlToOffscreen()
worker.postMessage({ canvas: offscreen }, [offscreen])

// Worker 中
self.onmessage = (e) => {
  const canvas = e.data.canvas
  const ctx = canvas.getContext('2d')
  
  // 在 Worker 线程渲染，不阻塞主线程
  renderLoop(ctx)
}

3️⃣ 智能预测渲染

class PredictiveRenderer {
  // 预测用户即将查看的区域
  predictNextViewport(): Range {
    const scrollVelocity = this.calculateScrollVelocity()
    const predictedScrollTop = this.scrollTop + scrollVelocity * 100  // 100ms 后
    
    return this.calculateViewportFromScroll(predictedScrollTop)
  }
  
  // 提前渲染预测区域
  prerenderPredictedArea() {
    const predicted = this.predictNextViewport()
    
    requestIdleCallback(() => {
      this.renderRange(predicted.start, predicted.end)
    })
  }
}

4️⃣ 内容感知优化

class ContentAwareOptimizer {
  // 根据内容复杂度调整渲染策略
  optimizeForContent(line: string) {
    const complexity = this.calculateComplexity(line)
    
    if (complexity < 10) {
      // 简单行：使用快速路径
      return this.fastRender(line)
    } else if (complexity < 50) {
      // 中等复杂：标准渲染
      return this.standardRender(line)
    } else {
      // 高复杂度：使用缓存 + 分块渲染
      return this.cachedChunkRender(line)
    }
  }
}

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总结

✅ Canvas + DOM 混合架构的优势

维度	纯 DOM	纯 Canvas	混合架构
渲染性能	⭐⭐	⭐⭐⭐⭐⭐	⭐⭐⭐⭐⭐
内存占用	⭐⭐	⭐⭐⭐⭐	⭐⭐⭐⭐
文本选中	⭐⭐⭐⭐⭐	❌	⭐⭐⭐⭐⭐
输入法支持	⭐⭐⭐⭐⭐	❌	⭐⭐⭐⭐⭐
可访问性	⭐⭐⭐⭐⭐	⭐	⭐⭐⭐⭐⭐
实现复杂度	⭐⭐⭐⭐	⭐⭐⭐	⭐⭐

🎯 核心要点

1. 分层思维：背景、装饰、文本、交互各司其职
2. 视口裁剪：只渲染可见区域，性能提升 10-40 倍
3. 增量更新：只更新变化的部分，避免全量渲染
4. 缓存复用：静态内容缓存，减少重复计算
5. 异步计算：Web Worker 卸载重量级任务

📚 参考资源

• 项目地址：https://github.com/leoncheng2030/wqs_editor
• NPM 包：@nywqs/vue-markdown-editor
• 完整文档：查看项目 README

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关于作者

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标签 ：Canvas DOM 混合渲染 性能优化 文本编辑器 架构设计