详解回流和重绘及优化

回流和重绘可以说是每一个web开发者都经常听到的两个词语，看了一些博客和书籍，整理了一些内容并且结合自己的体会，写了这篇文章，希望可以帮助到大家。

1. 浏览器的渲染过程

1.1 渲染过程

本文先从浏览器的渲染过程来从头到尾的讲解一下回流重绘，如果大家想直接看如何减少回流和重绘，可以跳到后面。（这个渲染过程来自MDN）

从上面这个图上，我们可以看到，浏览器渲染过程如下：

解析HTML，生成DOM树，解析CSS，生成CSSOM树
将DOM树和CSSOM树结合，生成渲染树(Render Tree)
Layout(回流):根据生成的渲染树，进行回流(Layout)，得到节点的几何信息（位置，大小）
Painting(重绘):根据渲染树以及回流得到的几何信息，得到节点的绝对像素
Display:将像素发送给GPU，展示在页面上。

1.2 生成渲染树

渲染过程看起来很简单，让我们来具体了解下每一步具体做了什么。

为了构建渲染树，浏览器主要完成了以下工作：
1. 从DOM树的根节点开始遍历每个可见节点。
2. 对于每个可见的节点，找到CSSOM树中对应的规则，并应用它们。
3. 根据每个可见节点以及其对应的样式，组合生成渲染树
什么是不可见节点
1. 一些不会渲染输出的节点，比如script、meta、link等。
2. 一些通过css进行隐藏的节点。比如display:none。注意，利用visibility和opacity隐藏的节点，还是会显示在渲染树上的（因为还占据文档空间）。只有display:none的节点才不会显示在渲染树上。
注意：渲染树只包含可见的节点

2. 回流和重绘

2.1 回流

前面我们通过构造渲染树，我们将可见DOM节点以及它对应的样式结合起来，可是我们还需要计算它们在设备视口(viewport)内的确切位置和大小，这个计算的阶段就是回流。
为了弄清每个对象在网站上的确切大小和位置，浏览器从渲染树的根节点开始遍历，我们可以以下面这个实例来表示：

 1 <!DOCTYPE html>
 2 <html>
 3   <head>
 4     <meta name="viewport" content="width=device-width,initial-scale=1">
 5     <title>Critial Path: Hello world!</title>
 6   </head>
 7   <body>
 8     <div style="width: 50%">
 9       <div style="width: 50%">Hello world!</div>
10     </div>
11   </body>
12 </html>

我们可以看到，第一个div将节点的显示尺寸设置为视口宽度的50%，第二个div将其尺寸设置为父节点的50%。而在回流这个阶段，我们就需要根据视口具体的宽度，将其转为实际的像素值（如下图）

2.2 重绘

最终，我们通过构造渲染树和回流阶段，我们知道了哪些节点是可见的，以及可见节点的样式和具体的几何信息(位置、大小)，那么我们就可以将渲染树的每个节点都转换为屏幕上的实际像素，这个阶段就叫做重绘节点。

2.3 何时发生回流重绘

既然知道了浏览器的渲染过程后，我们就来探讨下，何时会发生回流重绘。
我们前面知道了，回流这一阶段主要是计算节点的位置和几何信息，那么当页面布局和几何信息发生变化的时候，就需要回流。比如以下情况：

添加或删除可见的DOM元素
元素的位置发生变化
元素的尺寸发生变化（包括外边距、内边框、边框大小、高度和宽度等）
内容发生变化，比如文本变化或图片被另一个不同尺寸的图片所替代。
页面一开始渲染的时候（这肯定避免不了）
浏览器的窗口尺寸变化（因为回流是根据视口的大小来计算元素的位置和大小的）

注意：回流一定会触发重绘，而重绘不一定会回流.
根据改变的范围和程度，渲染树中或大或小的部分需要重新计算，有些改变会触发整个页面的重排，比如，滚动条出现的时候或者修改了根节点。

3. 浏览器的优化机制

现代的浏览器都是很聪明的，由于每次重排都会造成额外的计算消耗，因此大多数浏览器都会通过队列化修改并批量执行来优化重排过程。浏览器会将修改操作放入到队列里，直到过了一段时间或者操作达到了一个阈值，才清空队列。但是！当你获取布局信息的操作的时候，会强制队列刷新，比如当你访问以下属性或者使用以下方法：

offsetTop、offsetLeft、offsetWidth、offsetHeight
scrollTop、scrollLeft、scrollWidth、scrollHeight
clientTop、clientLeft、clientWidth、clientHeight
getComputedStyle()
getBoundingClientRect
具体可以访问这个网站：https://gist.github.com/paulirish/5d52fb081b3570c81e3a

以上属性和方法都需要返回最新的布局信息，因此浏览器不得不清空队列，触发回流重绘来返回正确的值。因此，我们在修改样式的时候，最好避免使用上面列出的属性，他们都会刷新渲染队列。如果要使用它们，最好将值缓存起来。

4. 减少回流和重绘

好了，到了我们今天的重头戏，前面说了这么多背景和理论知识，接下来让我们谈谈如何减少回流和重绘。

4.1 最小化重绘和重排

由于重绘和重排可能代价比较昂贵，因此最好就是可以减少它的发生次数。为了减少发生次数，我们可以合并多次对DOM和样式的修改，然后一次处理掉。考虑这个例子

1 const el = document.getElementById('test');
2 el.style.padding = '5px';
3 el.style.borderLeft = '1px';
4 el.style.borderRight = '2px'

例子中，有三个样式属性被修改了，每一个都会影响元素的几何结构，引起回流。当然，大部分现代浏览器都对其做了优化，因此，只会触发一次重排。但是如果在旧版的浏览器或者在上面代码执行的时候，有其他代码访问了布局信息(上文中的会触发回流的布局信息)，那么就会导致三次重排。
因此，我们可以合并所有的改变然后依次处理，比如我们可以采取以下的方式：

使用cssText

1  const el = document.getElementById('test');
2  el.style.cssText += 'border-left: 1px; border-right: 2px;   padding: 5px;

修改CSS的class

1 const el = document.getElementById('test');
2 el.className += ' active';

4.2 批量修改DOM

当我们需要对DOM对一系列修改的时候，可以通过以下步骤减少回流重绘次数：

使元素脱离文档流
对其进行多次修改
将元素带回到文档中。

该过程的第一步和第三步可能会引起回流，但是经过第一步之后，对DOM的所有修改都不会引起回流，因为它已经不在渲染树了。

有三种方式可以让DOM脱离文档流：

隐藏元素，应用修改，重新显示
使用文档片段(document fragment)在当前DOM之外构建一个子树，再把它拷贝回文档。
将原始元素拷贝到一个脱离文档的节点中，修改节点后，再替换原始的元素。

考虑我们要执行一段批量插入节点的代码：

 1 function appendDataToElement(appendToElement, data) {
 2     let li;
 3     for (let i = 0; i < data.length; i++) {
 4         li = document.createElement('li');
 5         li.textContent = 'text';
 6         appendToElement.appendChild(li);
 7     }
 8 }
 9 
10 const ul = document.getElementById('list');
11 appendDataToElement(ul, data);

如果我们直接这样执行的话，由于每次循环都会插入一个新的节点，会导致浏览器回流一次。

我们可以使用这三种方式进行优化:

方式1: 隐藏元素，应用修改，重新显示
这个会在展示和隐藏节点的时候，产生两次重绘

 1 function appendDataToElement(appendToElement, data) {
 2     let li;
 3     for (let i = 0; i < data.length; i++) {
 4         li = document.createElement('li');
 5         li.textContent = 'text';
 6         appendToElement.appendChild(li);
 7     }
 8 }
 9 const ul = document.getElementById('list');
10 ul.style.display = 'none';
11 appendDataToElement(ul, data);
12 ul.style.display = 'block';

方式2：使用文档片段(document fragment)在当前DOM之外构建一个子树，再把它拷贝回文档

1 const ul = document.getElementById('list');
2 const fragment = document.createDocumentFragment();
3 appendDataToElement(fragment, data);
4 ul.appendChild(fragment);

方式3：将原始元素拷贝到一个脱离文档的节点中，修改节点后，再替换原始的元素。

1 const ul = document.getElementById('list');
2 const clone = ul.cloneNode(true);
3 appendDataToElement(clone, data);
4 ul.parentNode.replaceChild(clone, ul);

4.3 避免触发同步布局事件

上文我们说过，当我们访问元素的一些属性的时候，会导致浏览器强制清空队列，进行强制同步布局。举个例子，比如说我们想将一个p标签数组的宽度赋值为一个元素的宽度，我们可能写出这样的代码：

1 function initP() {
2     for (let i = 0; i < paragraphs.length; i++) {
3         paragraphs[i].style.width = box.offsetWidth + 'px';
4     }
5 }

这段代码看上去是没有什么问题，可是其实会造成很大的性能问题。在每次循环的时候，都读取了box的一个offsetWidth属性值，然后利用它来更新p标签的width属性。这就导致了每一次循环的时候，浏览器都必须先使上一次循环中的样式更新操作生效，才能响应本次循环的样式读取操作。每一次循环都会强制浏览器刷新队列。我们可以优化为:

1 const width = box.offsetWidth;
2 function initP() {
3     for (let i = 0; i < paragraphs.length; i++) {
4         paragraphs[i].style.width = width + 'px';
5     }
6 }

4.4 对于复杂动画效果,使用绝对定位让其脱离文档流

对于复杂动画效果，由于会经常的引起回流重绘，因此，我们可以使用绝对定位，让它脱离文档流。否则会引起父元素以及后续元素频繁的回流。

4.5 css3硬件加速（GPU加速）

比起考虑如何减少回流重绘，我们更期望的是，根本不要回流重绘。这个时候，css3硬件加速就闪亮登场啦！！

划重点：使用css3硬件加速，可以让transform、opacity、filters这些动画不会引起回流重绘。但是对于动画的其它属性，比如background-color这些，还是会引起回流重绘的，不过它还是可以提升这些动画的性能。

常见的触发硬件加速的css属性：

transform
opacity
filters
Will-change

如果你为太多元素使用css3硬件加速，会导致内存占用较大，会有性能问题。
在GPU渲染字体会导致抗锯齿无效。这是因为GPU和CPU的算法不同。因此如果你不在动画结束的时候关闭硬件加速，会产生字体模糊。