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web性能优化之渲染性能优化

系统理解页面渲染的过程和潜在优化点

引子: 笔者在业务开发过程中,需要一个vue版的无限滚动组件,从github上找了一些组件后发现效果都不太好(主要是卡顿),最后自己查阅一些渲染性能优化的文章后,基于iScroll二次开发了一个组件,自己觉得效果还不错,主要是利用了硬件渲染加速和dom元素的复用,有同样需求的朋友可以试一下。(https://github.com/zuolei828/vue-virtual-infinite-scroll)
针对这次组件的优化,记录一下渲染性能优化的比较系统的知识,个人能力所限,很多方面理解的可能不对,欢迎大家指正!


一个web页面的性能优化,包括加载(loading)性能优化以及渲染(rendering)性能优化,关于加载性能的优化在另一篇文章中讨论(加载优化),这里来整理一下渲染性能优化的相关知识。

浏览器多进程模型

为了方便后面优化知识的阐述,这里先简单介绍下浏览器的多进程模型(以chrome为例)。

主要进程如图所示:

  • Browser进程:浏览器的主进程,负责浏览器界面的显示,各个页面的管理,其他各种进程的管理;
  • Renderer进程:页面的渲染进程,负责页面的渲染工作,Blink的工作主要在这个进程中完成(主要分成render主线程和合成器线程);
  • NPAPI插件进程:每种类型的插件只会有一个进程,每个插件进程可以被多个Render进程共享;
  • GPU进程:最多只有一个,当且仅当GPU硬件加速打开的时候才会被创建,主要用于对3D加速调用的实现;
  • Pepper插件进程:同NPAPI插件进程,不同的是为Pepper插件而创建的进程

页面渲染过程

页面渲染中每一帧的渲染最多进行了如下五个步骤。

  • JavaScript:通常我们会使用 JavaScript 来实现页面视觉变化的效果。比如做一个动画或者往页面里添加一些 DOM 元素等。
  • Style:计算样式,这个过程是根据 CSS 选择器,对每个 DOM 元素匹配对应的 CSS 样式。
  • Layout:在知道对一个元素应用哪些样式之后,浏览器即可开始计算它要占据的空间大小及其在屏幕的位置。网页的布局模式意味着一个元素可能影响其他元素,例如 body 元素的宽度一般会影响其子元素的宽度以及树中各处的节点,因此对于浏览器来说,布局过程是经常发生的。
  • Paint:绘制是填充像素的过程。它涉及绘出文本、颜色、图像、边框和阴影,基本上包括元素的每个可视部分。绘制一般是在多个层(Layer)上完成的。
  • Composite:由于页面的各部分可能被绘制到多层,由此它们需要按正确顺序绘制到屏幕上,以便正确渲染页面。对于与另一元素重叠的元素来说,这点特别重要,因为一个错误可能使一个元素错误地出现在另一个元素的上层。

换成这个图来看渲染引擎的处理流程

这个过程比较复杂,详细的留在后面介绍Composite优化的时候再阐述。先简单说一下中间步骤,DOM树构建完成后,等待JS和CSS一起合成了Render树,每一个DOM节点对应一个Render Object,根据RenderObject的样式属性,可能将多个或者单个的object转换成RenderLayer,通常,渲染引擎的软件渲染到这就结束了,在开启硬件加速后,某些RenderLayer才会被转换成GraphicsLayer,最后利用GPU来进行合成和最终呈现。

如何检测render性能

上面说的渲染的五个步骤中的每一个都有可能造成卡顿,当然根据css属性的不同,可能会跳过layout或者paint阶段(具体每个css属性影响哪些阶段,请查看css触发器,注意chrome现在用的是blink内核),那么如何知道页面runtime中触发了哪些步骤以及各自性能了,最好的方法就是使用chrome devtool中的performance来记录分析。
打开chrome开发者工具,切换到performance tab,点击record按钮,这时你对页面的操作就会被记录下来,点击stop后就能看到性能火焰图等信息了,点击Frames中的一帧,下方的Main区域就会集中到这一帧的运行过程,如下图所示。(红圈区域即为选中一帧)

黄色为JS,紫色为Style和Layout,绿色为Paint和Composite部分,选中每个部分会显示各自的花费时间等信息,可以看出这个图片中JS运行的时间太长。目前的显示设备一般刷新率是60FPS,所以理想中每帧的时间最好为16毫秒,利用performance就能很直观的看出渲染中哪一步骤出现问题,下面介绍如何对每个步骤进行优化。

优化JS执行

JS 经常会触发视觉变化。有时是直接通过样式操作,有时是会产生视觉变化的计算,例如搜索数据或将其排序。时机不当或长时间运行的 JS 可能是导致性能问题的常见原因。通常可以通过以下几个方法来优化JS的执行。

  • 对于动画效果的实现,避免使用 setTimeout 或 setInterval,请使用 requestAnimationFrame。
  • 将长时间运行的 JavaScript 从主线程移到 Web Worker。
  • 使用微任务来执行对多个帧的 DOM 更改。

使用requestAnimationFrame来执行视觉变化

先看一张图

为了避免显示撕裂,开启垂直同步后,显示器每16ms(假设为60HZ)会发出一个VSync信号,浏览器收到信号后开启一帧的渲染,中间过程可能只用CPU完成软件渲染,也可能利用GPU硬件渲染,最终将渲染结果绘制到帧缓冲区,在下一个VSync信号到来时,显示器显示最新的渲染结果,并通知开启下一帧渲染。
在16ms的间隔中,如果一帧没有渲染完,那么这一帧就会被丢弃,显示器还是显示之前的画面,就会造成掉帧;同时如果16ms内如果完成多次渲染,显示器也只会更新一次画面,多次的渲染就会造成CPU和GPU的资源浪费。所以最理想的情况就是每16ms只渲染一次,一些老的框架会使用setTimeout来实现出这个间隔,但是会出现下图的问题。

由于不能保证renderer主线程的运行时间,有可能setTimeout的回调会正好在间隔的中间被执行,如果渲染不能在下次间隔前完成,还是会造成卡帧。为了保证每次渲染都在一帧的开始来执行,requestAnimationFrame是唯一正确的方法,但是在使用时候也要注意一点,在requestAnimationFrame的回调执行之前,如果多次调用requestAnimationFrame,也会导致下一帧开始时多次执行这个回调,造成结果的不正确,所以需要加一下类似下面代码的控制。

function onScroll (evt) {

  // Store the scroll value for laterz.
  lastScrollY = window.scrollY;

  // Prevent multiple rAF callbacks.
  if (scheduledAnimationFrame)
    return;

  scheduledAnimationFrame = true;
  requestAnimationFrame(readAndUpdatePage);
}

window.addEventListener('scroll', onScroll);

分割长时间的JS的执行

由于长时间的JS执行会阻塞渲染,要尽量缩减一帧中JS的执行时间,不需要DOM权限的操作可以移到web worker中,但是通常我们的JS代码都会造成视觉变化,所以可以将一个耗时任务拆分成若干微任务,并利用requestAnimationFrame来执行,如下代码所示。

var taskList = breakBigTaskIntoMicroTasks(monsterTaskList);
requestAnimationFrame(processTaskList);

function processTaskList(taskStartTime) {
  var taskFinishTime;

  do {
    // Assume the next task is pushed onto a stack.
    var nextTask = taskList.pop();

    // Process nextTask.
    processTask(nextTask);

    // Go again if there’s enough time to do the next task.
    taskFinishTime = window.performance.now();
  } while (taskFinishTime - taskStartTime < 3 && taskList.length > 0);

  if (taskList.length > 0)
    requestAnimationFrame(processTaskList);

}

优化样式的计算过程

通过添加和删除元素,更改属性、类或通过动画来更改 DOM,全都会导致浏览器重新计算元素样式。计算样式通过两个阶段来完成,首先浏览器计算出给指定元素应用哪些类、伪选择器和 ID,然后从匹配选择器中获取所有样式规则,并计算出此元素的最终样式。在Chrome的Performance记录区域,可以看到每一帧的渲染中,都有一个recalculate style的紫色矩形,记录的就是此次重新计算的耗时及影响到的元素数量等信息。通常采用下述两个方法来优化计算过程:

  • 降低选择器的复杂性
  • 减少必须计算其样式的元素数量

有时候我们喜欢用p:nth-of-type(2),:nth-child(n)等选择器来书写css内容,因为这样方便我们在一个父元素的所有子元素中找出一个特例来修改样式,但是这样会增加计算的复杂度,浏览器要知道其它所有子元素的情形,通常还是建议给元素一个明确的类选择器,例如BEM。

优化布局

布局是浏览器计算各元素几何信息的过程:元素的大小以及在页面中的位置。如何优化需要做到以下几点。

  1. 尽可能避免触发布局
    因为布局几乎总是作用到整个文档。 如果有大量元素,将需要很长时间来算出所有元素的位置和尺寸。修改元素的几何属性(大小,位置等)都会导致整个文档重新布局,这个时候可以利用tranform的位移,放大缩小等操作来避免重新布局(前提是开启了硬件加速),这部分会在后面的composite优化部分详细描述,下面看两个demo
    demo1(更改top属性导致重新布局)
    demo2(利用translate不会导致重新布局)


    利用performance分析能看出demo2没有触发layout

  2. 使用flex布局而不是浮动
    早些年因为兼容性的问题,喜欢用float来实现布局,现在请使用flexbox,布局的性能会得到显著提升,看一下两个demo
    demo1(使用float布局)
    demo2(使用flex布局)
    利用performance来分析,为了模拟手机上的效果,请将cpu 4x down降速

    float是26.77ms

    flex是13.43ms
    提升了一倍,看下flexbox目前的兼容性

    非IE的情况下,大家请安心使用吧(吐槽下,为啥还有人用IE),再贴一张最近一年桌面浏览器占有率

  3. 避免强制同步布局
    回忆下帧的渲染步骤,JS先运行,然后计算样式,再来布局,然而,JS可以强制布局提前,这被称为强制同步布局,看下代码。

// Schedule our function to run at the start of the frame.
requestAnimationFrame(logBoxHeight);

 function logBoxHeight() {
     box.classList.add('super-big');
    // Gets the height of the box in pixels and   logs it out.
     console.log(box.offsetHeight);
 }

JS运行时,来自上一帧的浏览器的布局信息是已知的,但是例子中的回调方法先增加了一个类,这个时候浏览器必须先应用样式修改,再重新布局,然后才能输出高度信息。通常上一帧的布局信息已经够用,这种强制同步布局会造成性能浪费。
4. 避免布局抖动
有一种情况会频繁的强制同步布局,看一下代码。

  function resizeAllParagraphsToMatchBlockWidth() {
    // Puts the browser into a read-write-read-write cycle.
      for (var i = 0; i < paragraphs.length; i++) {
        paragraphs[i].style.width = box.offsetWidth + 'px';
      }
  }

此代码循环处理一组段落,并设置每个段落的宽度以匹配一个称为“box”的元素的宽度。这看起来没有害处,但问题是循环的每次迭代读取一个样式值 (box.offsetWidth),然后立即使用此值来更新段落的宽度 (paragraphs[i].style.width)。在循环的下次迭代时,浏览器必须考虑样式已更改这一事实,因为 offsetWidth 是上次请求的(在上一次迭代中),因此它必须应用样式更改,然后运行布局。每次迭代都将出现此问题!

此示例的修正方法还是先读取值,然后写入值:
// Read.
  var width = box.offsetWidth;

  function resizeAllParagraphsToMatchBlockWidth() {
      for (var i = 0; i < paragraphs.length; i++) {
    // Now write.
        paragraphs[i].style.width = width + 'px';
      }
  }

优化绘制与合成

绘制是填充像素的过程,像素最终合成到用户的屏幕上。 它往往是渲染过程中运行时间最长的任务,应尽可能避免此任务。合成是将页面的已绘制部分放在一起以在屏幕上显示的过程。这两个过程通常需要放在一起优化,而且是渲染过程中最需要关注的优化点,所以一起来详细阐述下。在介绍优化之前,我们要了解一下Blink的渲染基础知识,再来回顾一下之前放的一张图。

这张图展示了Blink从最初的DOM树如何转换到最终的用于合成的Graphics Layer树,具体是如下步骤:

  1. Nodes 和 DOM树
    网页内容在Blink内部以Node为节点的树形结构存储,称为DOM树。网页中的每一个HTML 元素,包括元素之间的text都和一个Node相关联。DOM tree的最顶层Node 永远是Document Node.
  2. From Nodes to RenderObjects
    DOM树中每一个可视化的Node 节点都对应着一个RenderObject。RenderObject 也存储在一棵对应的树结构中,称为Render树。
    RenderObject 知道如何在一个显示设备上绘制(paint) Node 节点的内容。它通过调用GraphicsContext提供的绘制接口来完成绘制过程。GraphicsContext最终负责将像素写入一块bitmap,这块bitmap会被显示在屏幕上。在Chrome中,GraphicsContext 封装了Skia( 2D图形库)。
    之前对GraphicsContext的大多数调用都转变成对SkCanvas或SkPlatformCanvas的接口调用。不过为了把绘制的实际过程移出主线程(后面会详细讲),现在这些调用命令被替换成记录到SkPicture。SkPicture是一个能够记录command,最后可以replay这些command的有序数据结构,类似于display list。
  3. From RenderObjects to RenderLayers
    每一个RenderObject 都关联着RenderLayer。这种关联是通过祖先RenderObject 节点直接或间接地建立的。分享同一坐标系的RenderObject(比如被同一CSS transform属性影响的元素)必然位于同一RenderLayer。
    正是由于RenderLayer的存在,网页上的元素才可以按照正确的顺序合成,从而恰当的显示有交叠的内容,和半透明元素等效果。通常来讲,满足下列条件之一时,RenderObject就会创建RenderLayer:
  • 根节点
  • 有明确的CSS定位属性(relative, absolute)
  • 透明的(opacity 小于 1)
  • 有overflow, an alpha mask or reflection
  • 有CSS filter
  • 有2D加速Context或者3D(webGL)context的 canvas 元素对应的
  • 有video元素的

需要注意的是RenderObject和RenderLayer之间并不是一一对应的。 RenderObject 或者与它所创建的RenderLayer相关联(如果它创建了的话),或者与它的第一个拥有RenderLayer的祖先RenderObject创建的RenderLayer相关联。
RenderLayer 也会形成一个树型层次结构。这个树结构的根节点是与网页的根元素相对应的RenderLayer。每一个RenderLayer 节点的后代都是包含在父亲RenderLayer内的可视化的RenderLayer.
每一个RenderLayer的子节点都被存储在两个按升序排列的有序表中。negZOrderList 有序表中存储的子节点是z-index值为负的子RenderLayer,所以这些RenderLayer在当前RenderLayer的下面;posZOrderList有序表中存储的子节点是z-index值为正的RenderLayer,所以这些RenderLayer在当前RenderLayer的上面。
事实上,在老版本的chrome里(15年之前),有一个软件渲染路径的概念,就是不需要硬件加速的情况下,渲染到这里结束了,放一张图来简单了解一下。

所有的RenderLayer构建完成后,浏览器渲染进程调用Skia递归的将layer树绘制到共享内存中的单个位图,然后通过IPC传递到Browser Process,最终由Browser Process负责将位图drawing到屏幕。
4. From RenderLayers to GraphicsLayers
为了有效利用GPU硬件加速渲染,Blink又引入了一个新的GraphicsLayer,并且专门独立了一个专门的Compositor(合成器) Thread来管理GraphicsLayer以及协调帧的生命周期(后面会专门介绍这个合成器)。作为一个前端开发,你会经常听到用transform: translateZ(0)来开启所谓的硬件加速,实质上就是提升成了GraphicsLayer。
每一个RenderLayer或者拥有自己的GraphicsLayer(如果这个RenderLayer是compositing Layer的话),或者是使用它的第一个拥有GraphicsLayer的祖先节点的GraphicsLayer.
RenderLayer与GraphicsLayer的关系类似于RenderObject与RenderLayer之间的关系。每个GraphicsLayer都拥有一个GraphicsContext,与这个GraphicsLayer相对应的每个RenderLayer都绘制到这个GraphicsContext上。合成器会负责将多个的GraphicsContext输出的位图最终合成一个最终的image。
理论上讲,每一个RenderLayer都可以将自己绘制到一个单独的backing surface上以避免不必要的重绘。但是在实际中,这种做法会导致内存的大量浪费(尤其是VRAM)。在当前的Blink实现中,只有满足以下条件之一,RenderLayer才会拥有它自己的compositing layer。

  • layer 有3D或者perspective transform 属性值
  • layer是硬解码的video 元素使用的
  • layer是拥有3D context或2D加速context的Canvas标签使用的
  • layer是一个合成的插件使用的
  • layer使用了动画表示它的透明度,或者使用了动画形式的webkit 变换
  • layer 使用了加速的CSS 滤镜
  • 拥有compositing layer后代的layer
  • 渲染在compositing layer之上的layer(overlap)

最后一个overlap为啥会产生合成层了?看一个例子。

图中蓝色矩形覆盖在绿色矩形之上,同时它们的父元素是一个GraphicsLayer,假设绿色矩形也是一个GraphicsLayer,如果蓝色不是,那么它将和父元素公用一个合成层,既变成如下图情形。

绿色矩形覆盖了蓝色矩形,渲染的顺序就发生了错误,所以为了保证正确,overlap也必须提升为合成层。
5. Layer Squashing
overlap引起的合成层提升经常出现,就会导致有很多的合成层,岂不是会造成内存大量浪费,所以Blink专门有Layer Squashing(层压缩)的处理。看一下demo(层压缩)
打开chrome的Performance工具来分析,选中一帧后,会看到下方工具栏出现一个layer tab,选中这个tab就能看到页面对应的合成层信息。

红色圈中部分是显示有几个合成层,右侧绿色圈中部分显示这个合成层形成的原因和大小等信息。很明显,中间可视区域的深蓝色的矩形因为开启3D加速的原因被提升为合成层,绿色,红色,浅蓝三个矩形因为overlap的原因被提升成了合成层。
当我们把鼠标移到绿色矩形上,对应的CSS属性也修改成3Dtransform,所以绿色矩形也被提升为合成层,剩下的红色和浅蓝还是因为overlap被提升为另一个合成层,如下图所示。

每一个GraphicsLayer都有对应的Composite Layer,这样Chrome的合成器才知道如何对这个GraphicsLayer进行处理,下面我们就来阐述下什么是合成器。

合成器(Compositor)

Chrome的合成器是一个用来管理GraphicsLayer树和协调帧的生命周期的软件库。最初合成器也是被设计在渲染进程的主线程中的,现在合成器被拆成了两部分,一半在主线程里面,负责绘制(painting),主要工作就是把layer树的信息记录到SkPicture中,并没有实际上产生像素;另一半变成了单独的Compositor Thread(简称为cc),也被称为impl thread,这部分是真正的drawing,负责将painting中记录的layer信息经过光栅,合成等操作,最终显示到屏幕。下面分步骤来详细阐述合成器的工作。

  1. Recording: Painting from Blink’s Perspective
    兴趣区域(interest area)是要被记录到SkPicture中的viewport附近的区域。每当DOM元素改变,Blink会把兴趣区域中失效的部分layer树信息记录到 SkPicture-backed GraphicsContext。记住,这一步并没有真正的绘制像素,只是记录了可以replay出像素的命令的一个display list。
  2. The Commit: Handoff to the Compositor Thread
    合成器线程的一个关键特性就是它维护了主线程状态的一个复制,因此可以根据这个复制来生成帧而不用去询问主线程。主线程的状态信息就是一个LayerChromiumtree,对应的合成器线程复制的是CCLayerImpltree,这两棵树理论上是彼此独立的,这就意味着合成器线程可以在主线程阻塞的情况下使用当前的复制信息执行drawing内容到屏幕。
    而当主线程产生了新的兴趣区域,合成器线程如何知道去修改它所维持的树的状态了?合成器线程有一个专门的调度器,使用commit来定期同步两棵树的状态。commit会将主线程更新过的LayerChromiumtree的状态以及新的SkPicture命令传给合成器线程,并同时block主线程来达成同步。这也是主线程在一个帧的生成过程中的最后一步。由于合成器线程独立于主线程,而且专门负责实际的drawing,所以浏览器传来的用户输入都是直接传到合成器线程的,一些不需要主线程参与的交互,例如用户键盘输入等,合成器线程可以直接处理完成页面的更新,但是如果主线程注册了事件的回调,这时候合成器线程就必须将更新的CCLayerImpltree状态以及一些额外任务反向commit给主线程。
  3. Tree Activation
    当合成器线程通过主线程的commit同步到更新后的layer tree信息后,会检查哪些layer是失效的并且重新光栅化这些layer。这时active tree是合成器线程保留的上一帧的layer tree信息,而新光栅化的layer tree信息被称为pending tree。为了保持展示内容的一致性,只有当pending tree已经完全光栅化后才会转换成新的active tree,从pending到active的过程被称为tree activation。
    需要注意的非常重要的一点是有可能屏幕会滚动到当前的active tree之外,因为主线程只记录viewport周围的兴趣区域。这个时候合成器线程就会询问主线程去记录和commit新区域的信息,但是如果新的pending tree没能及时激活,用户就会滚动到一个所谓的 checkerboard zone。
    为了减轻checkerboard zone,chrome将pending tree的光栅化分成低分辨率的部分和高分辨率的部分,当要出现checkerboard zone的时候优先光栅化低分辨率的部分并激活用来展现,这也就是为什么有时候有些页面在快速滚动时候会变模糊(例如google地图)。这部分工作是一个专门的tile manager来管理的(下一节的内容)。
  4. Tiling
    光栅化整个页面的layer tree是非常浪费CPU和内存的,所以合成器线程将layer tree分割成多个小的tile,设定好各个tile的优先级(根据离viewport的远近等因素来设置),并且专门创建了tile worker线程(一个或者多个)来执行这些tile的光栅化。在chrome的performance分析中能看到页面的tile,如图所示,勾选rending选项中的红色区域,就能看到页面中绿色border的tile。
  5. Rasterization: Painting from cc/Skia’s perspective
    主线程记录的SkPicture的display list,合成器线程通过两种方式来转变成最终上传到GPU的纹理(texture)。一种是基于CPU、使用Skia库的Software Rasterization,首先绘制进位图里,然后再作为纹理上传至GPU。这一方式中,Compositor Thread会创建出一个或多个Compositor Tile Worker Thread,然后多线程并行执行SkPicture records中的绘画操作,以之前介绍的Graphics Layer为单位,绘制Graphics Layer里的Render Object。同时这一过程是将Layer拆分为多个小tile进行光栅化后写入进tile对应的位图中的。另一种则是基于GPU的Hardware Rasterization,也是基于tile worker线程,也是分tile进行,但是这个过程不是像Software Rasterization那样在CPU里绘制到位图里,然后再上传到GPU中作为纹理。而是借助Skia’s OpenGL backend (Ganesh) 直接在GPU中的纹理中进行绘画和光栅化,填充像素。
  6. Drawing on the GPU
    一旦所有的纹理已经被填充,GPU进程就能使用深度优先遍历来遍历layer树的信息,然后调用GL/D3D命令来draw每个layer到帧的缓冲池,当然实际上每个layer的drawing还是分成tiles来进行的。下面这张图展示了GPU进程如何进行drawing。

好了,到这里整个Compositor的部分阐述完了,我们也就知道了如何对帧渲染步骤中的绘制和合成来进行优化了–将页面频繁变化的部分提升到合成层,通常使用transform: translateZ(0),利用GPU渲染加速来进行合成。总结下,主要有以下几个优点。

  • 合成层的位图,会交由 GPU 合成,比 CPU 处理要快
  • 当需要 repaint 时,只需要 repaint 本身,不会影响到其他的层
  • 对于 transform 和 opacity 效果,不会触发 layout 和 paint

当然,不能盲目的增加合成层数量,因为增加一个合成层就意味着更多的内存分配(特别是GPU内存)和更复杂的合成管理。我们应该专注于那些频繁变化的区域来进行优化。


帧的整个渲染步骤的优化都阐述完了,下面贴一张完整的流程图来总结一下。

注意并不是每一帧中这些步骤都会发生,最多的步骤如下:

  1. Frame Start. 合成器线程收到来自浏览器的Vsync信号和Input data,一帧开始。
  2. Input event handlers. Input data被合成器线程传给了主线程,注册的事件回调被执行,注意这里合成器线程做了优化,保证一帧中最多只会触发一次event handler,所以自带了requestAnimationFrame的节流效果。
  3. requestAnimationFrame. 如果之前注册了raf回调,会在这里执行,这是最完美的执行更新视觉的地方。唯一要注意的就是避免发生强制布局,即导致样式计算和布局提前(红线所示)。
  4. Parse HTML. 新增的html会在这里被解析,生成对应DOM元素。大部分你会在page load和appendChild之类操作后见到它。
  5. Recalc Styles. 如果你在JS执行过程中修改了样式或者改动了DOM,那么便会执行这一步,重新计算指定元素及其子元素的样式。
  6. Layout. 如果有涉及元素位置信息的DOM改动或者样式改动,那么浏览器会重新计算所有元素的位置、尺寸信息。
  7. Update Layer Tree. 这一步实际上是更新Render Layer的层叠顺序关系,保证层叠的正确。
  8. Paint. paint操作实际上有两步,第一步是主进程将layer tree的相关信息记录到SkPicture中,类似一个display list;第二部是合成器线程replay这个记录list来光栅化和填充上传纹理。主线程的paint只是第一步。
  9. Composite. 这里其实也分两步,主线程这里计算出每个Graphics Layers的合成时所需要的data,包括位移(Translation)、缩放(Scale)、旋转(Rotation)、Alpha 混合等操作的参数,然后就是图中我们看到的第一个commit,主线程通知合成器线程去同步layer tree的信息。然后主线程此时会去执行requestIdleCallback。这一步并没有真正对Graphics Layers完成位图的composite。
  10. Raster Scheduled and Rasterize。 第8步生成的SkPicture records在这个阶段被执行。合成器线程创建出若干个Compositor Tile Worker Thread,利用CPU软件光栅化或者GPU的硬件光栅化,最终将纹理写入了GPU内存中。
  11. Frame End. 合成器线程已经完成paint和composite的工作,这时会发送一个commit给GPU进程,告诉他可以进行draw了,同时会传达主线程一个commit done,如果一个帧中视觉的变化没有主线程参与,这里合成器线程也会同步更新后的合成器layer tree信息给主线程。
  12. draw. GPU进程按照深度优先遍历将最后的纹理draw到帧缓冲区,等待显示器的下一个Vsync到来时去显示。

结语

整个浏览器页面渲染的过程以及优化都阐述完了,性能优化是一门艺术,本文也只是很浅显的探讨了其中的一些基本概念和设计思想,如果想深入理解具体的架构和实现过程,还是要去阅读一下chrome的内核源码。对于我们前端开发来说,切忌的是为了优化而优化,实际开发过程中碰到了页面卡顿的情况,利用performance来分析找出卡顿的原因,针对卡顿的步骤不断进行改进测试,才是正确的优化方法。

参考引用

最后一次编辑于  03-15  (未经腾讯允许,不得转载)
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