CSS3 動畫卡頓性能優化的完美解決方案

來源：懂視網責編：小采時間：2020-11-27 22:07:25

CSS3 動畫卡頓性能優化的完美解決方案

CSS3 動畫卡頓性能優化的完美解決方案:為什么會卡頓？有一個前提必須要提，前端開發者們都知道，瀏覽器是單線程運行的。但是我們要明確以下幾個概念：單線程，主線程和合成線程。雖然說瀏覽器執行js是單線程執行（注意，是執行，并不是說瀏覽器只有1個線程，而是運行時，runing），但實際上瀏覽

推薦度：

點擊下載本文 文檔為doc格式

導讀CSS3 動畫卡頓性能優化的完美解決方案:為什么會卡頓？有一個前提必須要提，前端開發者們都知道，瀏覽器是單線程運行的。但是我們要明確以下幾個概念：單線程，主線程和合成線程。雖然說瀏覽器執行js是單線程執行（注意，是執行，并不是說瀏覽器只有1個線程，而是運行時，runing），但實際上瀏覽

為什么會卡頓？

有一個前提必須要提，前端開發者們都知道，瀏覽器是單線程運行的。但是我們要明確以下幾個概念：單線程，主線程和合成線程。
雖然說瀏覽器執行js是單線程執行（注意，是執行，并不是說瀏覽器只有1個線程，而是運行時，runing），但實際上瀏覽器的2個重要的執行線程，這 2 個線程協同工作來渲染一個網頁：主線程和合成線程。
一般情況下，主線程負責：運行 JavaScript；計算 HTML 元素的 CSS 樣式；頁面的布局；將元素繪制到一個或多個位圖中；將這些位圖交給合成線程。
相應地，合成線程負責：通過 GPU 將位圖繪制到屏幕上；通知主線程更新頁面中可見或即將變成可見的部分的位圖；計算出頁面中哪部分是可見的；計算出當你在滾動頁面時哪部分是即將變成可見的；當你滾動頁面時將相應位置的元素移動到可視區域。

那么為什么會造成動畫卡頓呢？

原因就是主線程和合成線程的調度不合理。
下面來詳細說一下調度不合理的原因：

在使用height，width，margin，padding作為transition的值時，會造成瀏覽器主線程的工作量較重，例如從margin-left：-20px渲染到margin-left:0，主線程需要計算樣式margin-left:-19px,margin-left:-18px，一直到margin-left:0，而且每一次主線程計算樣式后，合成進程都需要繪制到GPU然后再渲染到屏幕上，前后總共進行20次主線程渲染，20次合成線程渲染，20+20次，總計40次計算。

主線程的渲染流程，可以參考瀏覽器渲染網頁的流程：

使用 HTML 創建文檔對象模型（DOM）
使用 CSS 創建 CSS 對象模型（CSSOM）
基于 DOM 和 CSSOM 執行腳本（Scripts）
合并 DOM 和 CSSOM 形成渲染樹（Render Tree）
使用渲染樹布局（Layout）所有元素
渲染（Paint）所有元素

也就是說，主線程每次都需要執行Scripts，Render Tree ,Layout和Paint這四個階段的計算。

而如果使用transform的話，例如tranform:translate(-20px,0)到transform:translate(0,0)，主線程只需要進行一次tranform:translate(-20px,0)到transform:translate(0,0)，然后合成線程去一次將-20px轉換到0px，這樣的話，總計1+20計算。

可能會有人說，這才提升了19次，有什么好性能提升的？
假設一次10ms。
那么就減少了約190ms的耗時。
會有人說，辣雞，才190ms，無所謂。
那么如果margin-left是從-200px到0呢，一次10ms，10ms*199≈2s。
還會有人說，辣雞，也就2s，無所謂。
你忘了單線程這回事了嗎？
如果網頁有3個動畫，3*2s=6s，就是6s的性能提升。
由于數據是猜測的，所以暫時不考慮其真實性

為了增強本文的說服力，下面我就用一個實例來證實下我的觀點，大家一起看一下

前端時間用 animation 實現 H5 頁面中首頁動畫過渡，很簡單的一個效果，首頁加載一個客服頭像，先放大，停留 700ms 后再縮小至頂部。代碼如下：

<!DOCTYPE html>
<html>
<head lang="zh-cn">
 <meta charset="utf-8">
 <meta name="viewport" content="width=device-width,initial-scale=1.0,maximum-scale=1.0,user-scalable=1" >
 <script type="text/javascript" src="http://apps.bdimg.com/libs/jquery/2.1.1/jquery.min.js"></script>
 <title>首頁加載動畫</title>
 <head>
 <style>
 .welcome-main{
 display: none; 
 padding-bottom: 40px; 
 }
 .top-info{ 
 width: 100%; 
 position: absolute; 
 left: 0; 
 top: 93px; 
 }
 .wec-img{
 width: 175px; 
 height: 175px; 
 position: relative; 
 padding: 23px; 
 box-sizing: border-box; 
 margin: 0 auto; 
 }
 .wec-img:before{ 
 content: ''; 
 position: absolute; 
 left: 0; 
 top: 0; 
 width: 100%; 
 height: 100%; 
 background: url("./images/kf-welcome-loading.png"); 
 background-size: 100%; 
 }
 .wec-img .img-con{
 width: 100%; 
 height: 100%; 
 border-radius: 50%; 
 /*box-sizing: border-box;*/
 background: url("./images/kf_1.jpg"); 
 background-size: 100%; 
 padding: 1px; 
 }
 .wec-img .img-con img{
 width: 100%; 
 height: 100%; 
 border-radius: 50%; 
 }
 .loaded .wec-img{
 -webkit-transform-origin: center top; 
 } 
 .loading.welcome-main{
 display: block;
 }
 .loading .wec-img{
 -webkit-animation:fadeIn .3s ease both;
 }
 .loading .wec-img:before{
 -webkit-animation:rotate .6s .2s linear both; 
 }
 .loaded .top-info{
 -webkit-animation:mainpadding 1s 0s ease both; 
 }
 .loaded .wec-img{
 -webkit-animation:imgSmall 1s 0s ease both; }
 @-webkit-keyframes mainpadding{
 0%{-webkit-transform:translateY(0) 
 }
 100%{-webkit-transform:translateY(-87px) 
 }
 } 
 @-webkit-keyframes imgSmall{
 0%{
 width: 175px; 
 height: 175px; 
 padding: 23px; 
 }
 100%{ 
 width: 60px; 
 height: 60px; 
 padding: 0; 
 }
 } 
 @-webkit-keyframes fadeIn{
 0%{opacity:0;-webkit-transform:scale(.3)}
 100%{opacity:1;-webkit-transform:scale(1)}
 } 
 @-webkit-keyframes rotate{
 0%{opacity:0;-webkit-transform:rotate(0deg);}
 50%{opacity:1;-webkit-transform:rotate(180deg);}
 100%{opacity:0;-webkit-transform:rotate(360deg);}
 } 
 </style>
 <body>
 <div class="welcome-main">
 <div class="top-info">
 <div class="wec-img"><p class="img-con"><img src="" alt=""></p></div>
 </div>
 </div>
 <script>
 $('.welcome-main').addClass('loading');
 setTimeout(function(){
 $('.hi.fst').removeClass('loading');
 $('.welcome-main').addClass('loaded');
 },700);
 </script>
 </body>
 </html>

在 chrome 上測試 ok，但在提測給 QA 的時候發現部分機型，如華為(系統4.2)，oppo(系統5.1)的出現卡頓情況。

百思不得其解，后來參考文章深入瀏覽器理解 CSS animations 和 transitions 的性能問題一文，將圖片縮放中動畫元素改成 transform，如下

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

果然啊，卡頓問題解決了。

文章深入瀏覽器理解 CSS animations 和 transitions 的性能問題是這么解釋的，現代的瀏覽器通常會有兩個重要的執行線程，這 2 個線程協同工作來渲染一個網頁：主線程和合成線程。

一般情況下，主線程負責：運行 JavaScript；計算 HTML 元素的 CSS 樣式；頁面的布局；將元素繪制到一個或多個位圖中；將這些位圖交給合成線程。

相應地，合成線程負責：通過 GPU 將位圖繪制到屏幕上；通知主線程更新頁面中可見或即將變成可見的部分的位圖；計算出頁面中哪部分是可見的；計算出當你在滾動頁面時哪部分是即將變成可見的；當你滾動頁面時將相應位置的元素移動到可視區域。

假設我們要一個元素的 height 從 100 px 變成 200 px，就像這樣：

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

主線程和合成線程將按照下面的流程圖執行相應的操作。注意在橘黃色方框的操作可能會比較耗時，在藍色框中的操作是比較快速的。

而使用 transform:scale 實現

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

此時流程如下：

也就是說，使用 transform，瀏覽器只需要一次生成這個元素的位圖，并在動畫開始的時候將它提交給 GPU 去處理。之后，瀏覽器不需要再做任何布局、繪制以及提交位圖的操作。從而，瀏覽器可以充分利用 GPU 的特長去快速地將位圖繪制在不同的位置、執行旋轉或縮放處理。

為了從數量級上去證實這個理論，我打開 chrome 的 Timeline 查看頁面 FPS

其中，當用 height 做動畫元素時，在切換過程的 FPS 只有 44，我們知道每秒 60 幀是最適合人眼的交互，小于 60，人眼能明顯感覺到，這就是為什么卡頓的原因。

rendering 和 painting 所花的時間如下：

再來看看用 transform:scale

FPS 達到 66，且 rendering 和 painting 時間減少了 3 倍。

到此為止問題是解決了，隔了幾天，看到一篇解決 Chrome 動畫”卡頓”的辦法，發現還能通過開啟硬件加速的方式優化動畫，于是又試了一遍。

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);

驚人的事情發生了，FPS 達到 72：