重繪與重排
前言，最近利用碎片時間拜讀了一下尼古拉斯的另一鉅作《高效能JavaScript》，今天寫的文章從“老生常談”的頁面重繪和重排入手，去探究這兩個概念在頁面效能提升上的作用。
一.重排 & 重繪
1.2 有經驗的大佬對這個概念一定不會陌生，“瀏覽器輸入URL發生了什麼”。估計大家已經爛熟於心了，從計算機網路到JS引擎，一路飛奔到瀏覽器渲染引擎。 經驗越多就能理解的越深。感興趣的同學可以看一下這篇文章，深度和廣度俱佳 從輸入 URL 到頁面載入的過程？如何由一道題完善自己的前端知識體系！
切回正題，我們繼續探討何為重排。瀏覽器下載完頁面所有的資源後，就要開始構建DOM樹，於此同時還會構建渲染樹(Render Tree)。（其實在構建渲染樹之前，和DOM樹同期會構建Style Tree。DOM樹與Style Tree合併為渲染樹）
- DOM樹
表示頁面的結構 - 渲染樹
表示頁面的節點如何顯示
一旦渲染樹構建完成，就要開始繪製（paint）頁面元素了。當DOM的變化引發了元素幾何屬性的變化，比如改變元素的寬高，元素的位置，導致瀏覽器不得不重新計算元素的幾何屬性，並重新構建渲染樹，這個過程稱為“重排”。完成重排後，要將重新構建的渲染樹渲染到螢幕上，這個過程就是“重繪”。簡單的說，重排負責元素的幾何屬性更新，重繪負責元素的樣式更新。而且，重排必然帶來重繪，但是重繪未必帶來重排。比如，改變某個元素的背景，這個就不涉及元素的幾何屬性，所以只發生重繪。
1.3.重排和重繪的代價究竟多大
重排和重繪的代價有多大？我們再回到前文那個過橋的例子上，細心的你可能會發現了，千倍的時間差並不是由於“過橋”一手造成的，每次“過橋”其實都伴隨著重排和重繪，而耗能的絕大部分也正是在這裡!
var times = 15000;
// code1 每次過橋+重排+重繪
console.time(1);
for(var i = 0; i < times; i++) {
document.getElementById('myDiv1').innerHTML += 'a';
}
console.timeEnd(1);
// code2 只過橋
console.time(2);
var str = '';
for(var i = 0; i < times; i++) {
var tmp = document.getElementById('myDiv2').innerHTML;
str += 'a';
}
document.getElementById('myDiv2').innerHTML = str;
console.timeEnd(2);
// code3
console.time(3);
var _str = '';
for(var i = 0; i < times; i++) {
_str += 'a';
}
document.getElementById('myDiv3').innerHTML = _str;
console.timeEnd(3);
// 1: 2874.619ms
// 2: 11.154ms
// 3: 1.282ms
資料是不會撒謊的，看到了吧，多次訪問DOM對於重排和重繪來說，耗時簡直不值一提了。
二. 重排觸發機制
上面已經提到了，重排發生的根本原理就是元素的幾何屬性發生了改變，那麼我們就從能夠改變元素幾何屬性的角度入手
- 新增或刪除可見的DOM元素
- 元素位置改變
- 元素本身的尺寸發生改變
- 內容改變
- 頁面渲染器初始化
- 瀏覽器視窗大小發生改變
三. 如何進行效能優化
重繪和重排的開銷是非常昂貴的，如果我們不停的在改變頁面的佈局，就會造成瀏覽器耗費大量的開銷在進行頁面的計算，這樣的話，我們頁面在使用者使用起來，就會出現明顯的卡頓。現在的瀏覽器其實已經對重排進行了優化，比如如下程式碼：
var div = document.querySelector('.div');
div.style.width = '200px';
div.style.background = 'red';
div.style.height = '300px';
比較久遠的瀏覽器，這段程式碼會觸發頁面2次重排，在分別設定寬高的時候，觸發2次，當代的瀏覽器對此進行了優化，這種思路類似於現在流行的MVVM框架使用的虛擬DOM，對改變的DOM節點進行依賴收集，確認沒有改變的節點，就進行一次更新。但是瀏覽器針對重排的優化雖然思路和虛擬DOM接近，但是還是有本質的區別。大多數瀏覽器通過佇列化修改並批量執行來優化重排過程。也就是說上面那段程式碼其實在現在的瀏覽器優化下，只構成一次重排。
但是還是有一些特殊的元素幾何屬性會造成這種優化失效。比如：
-
offsetTop, offsetLeft，... scrollTop, scrollLeft, ... clientTop, clientLeft, ... getComputedStyle() (currentStyle in IE)
為什麼造成優化失效呢？仔細看這些屬性，都是需要實時回饋給使用者的幾何屬性或者是佈局屬性，當然不能再依靠瀏覽器的優化，因此瀏覽器不得不立即執行渲染佇列中的“待處理變化”，並隨之觸發重排返回正確的值。
接下來深入的介紹幾種效能優化的小TIPS
3.1 最小化重繪和重排
既然重排&重繪是會影響頁面的效能，尤其是糟糕的JS程式碼更會將重排帶來的效能問題放大。既然如此，我們首先想到的就是減少重排重繪。
3.1.1. 改變樣式
考慮下面這個例子：
// javascript
var el = document.querySelector('.el');
el.style.borderLeft = '1px';
el.style.borderRight = '2px';
el.style.padding = '5px';
這個例子其實和上面那個例子是一回事兒，在最糟糕的情況下，會觸發瀏覽器三次重排。然鵝更高效的方式就是合併所有的改變一次處理。這樣就只會修改DOM節點一次，比如改為使用cssText屬性實現：
var el = document.querySelector('.el');
el.style.cssText = 'border-left: 1px; border-right: 2px; padding: 5px';
沿著這個思路，聰明的老鐵一定就說了，你直接改個類名不也妥妥的。沒錯，還有一種減少重排的方法就是切換類名，而不是使用內聯樣式的cssText方法。使用切換類名就變成了這樣：
// css
.active {
padding: 5px;
border-left: 1px;
border-right: 2px;
}
// javascript
var el = document.querySelector('.el');
el.className = 'active';
3.1.2 批量修改DOM
如果我們需要對DOM元素進行多次修改，怎麼去減少重排和重繪的次數呢？有的同學又要說了，利用上面修改樣式的方法不就行了嗎。回過頭看一下造成頁面重排的幾個要點裡，可以明確的看到，造成元素幾何屬性發生改變就會觸發重排，現在需要增加10個節點，必然涉及到DOM的修改，這個時候就需要利用批量修改DOM這種優化方式了，這裡也能看到，改變樣式最小化重繪和重排這種優化方式適用於單個存在的節點。
批量修改DOM元素的核心思想是：
- 讓該元素脫離文件流
- 對其進行多重改變
- 將元素帶回文件中
打個比方，我們主機硬碟出現了故障，常見的辦法就是把硬碟卸下來，用專業的工具測試哪裡有問題，待修復後再安裝上去。要是直接在主機板上面用螺絲刀弄來弄去，估計主機板一會兒也要壞了...
這個過程引發倆次重排，第一步和第三步，如果沒有這兩步，可以想象一下，第二步每次對DOM的增刪都會引發一次重排。那麼知道批量修改DOM的核心思想後，我們再瞭解三種可以使元素可以脫離文件流的方法，注意，這裡不使用css中的浮動&絕對定位，這是風馬牛不相及的概念。
- 隱藏元素，進行修改後，然後再顯示該元素
- 使用文件片段建立一個子樹，然後再拷貝到文件中
- 將原始元素拷貝到一個獨立的節點中，操作這個節點，然後覆蓋原始元素
看一下下面這個程式碼示例：
// html
<ul id="mylist">
<li><a href="https://www.mi.com">xiaomi</a></li>
<li><a href="https://www.miui.com">miui</a></li>
</ul>
// javascript 現在需要新增帶有如下資訊的li節點
let data = [
{
name: 'tom',
url: 'https://www.baidu.com',
},
{
name: 'ann',
url: 'https://www.techFE.com'
}
]
首先，我們先寫一個通用的用於將新資料更新到指定節點的方法：
// javascript
function appendNode($node, data) {
var a, li;
for(let i = 0, max = data.length; i < max; i++) {
a = document.createElement('a');
li = document.createElement('li');
a.href = data[i].url;
a.appendChild(document.createTextNode(data[i].name));
li.appendChild(a);
$node.appendChild(li);
}
}
首先我們忽視所有的重排因素，大家肯定會這麼寫：
let ul = document.querySelector('#mylist');
appendNode(ul, data);
使用這種方法，在沒有任何優化的情況下，每次插入新的節點都會造成一次重排（這幾部分我們都先討論重排，因為重排是效能優化的第一步）。考慮這個場景，如果我們新增的節點數量眾多，而且佈局複雜，樣式複雜，那麼能想到的是你的頁面一定非常卡頓。我們利用批量修改DOM的優化手段來進行重構
1）隱藏元素，進行修改後，然後再顯示該元素
let ul = document.querySelector('#mylist');
ul.style.display = 'none';
appendNode(ul, data);
ul.style.display = 'block';
這種方法造成倆次重排，分別是控制元素的顯示與隱藏。對於複雜的，數量巨大的節點段落可以考慮這種方法。為啥使用display屬性呢，因為display為none的時候，元素就不在文件流了，還不熟悉的老鐵，手動Google一下，display:none, opacity: 0, visibility: hidden的區別
2）使用文件片段建立一個子樹，然後再拷貝到文件中
let fragment = document.createDocumentFragment(); appendNode(fragment, data); ul.appendChild(fragment);
我是比較喜歡這種方法的，文件片段是一個輕量級的document物件，它設計的目的就是用於更新，移動節點之類的任務，而且文件片段還有一個好處就是，當向一個節點新增文件片段時，新增的是文件片段的子節點群，自身不會被新增進去。不同於第一種方法，這個方法並不會使元素短暫消失造成邏輯問題。上面這個例子，只在新增文件片段的時候涉及到了一次重排。
3）將原始元素拷貝到一個獨立的節點中，操作這個節點，然後覆蓋原始元素
let old = document.querySelector('#mylist');
let clone = old.cloneNode(true);
appendNode(clone, data);
old.parentNode.replaceChild(clone, old);
可以看到這種方法也是隻有一次重排。總的來說，使用文件片段，可以操作更少的DOM（對比使用克隆節點），最小化重排重繪次數。
3.1.3 快取佈局資訊
快取佈局資訊這個概念，在《高效能JavaScript》DOM效能優化中，多次提到類似的思想，比如我現在要得到頁面ul節點下面的100個li節點，最好的辦法就是第一次獲取後就儲存起來，減少DOM的訪問以提升效能，快取佈局資訊也是同樣的概念。前面有講到，當訪問諸如offsetLeft，clientTop這種屬性時，會衝破瀏覽器自有的優化————通過佇列化修改和批量執行的方法，減少重排/重繪版次。所以我們應該儘量減少對佈局資訊的查詢次數，查詢時，將其賦值給區域性變數，使用區域性變數參與計算。
看以下樣例：
將元素div向右下方平移，每次移動1px，起始位置100px, 100px。效能糟糕的程式碼：
div.style.left = 1 + div.offsetLeft + 'px'; div.style.top = 1 + div.offsetTop + 'px';
這樣造成的問題就是，每次都會訪問div的offsetLeft，造成瀏覽器強制重新整理渲染佇列以獲取最新的offsetLeft值。更好的辦法就是，將這個值儲存下來，避免重複取值
current = div.offsetLeft; div.style.left = 1 + ++current + 'px'; div.style.top = 1 + ++current + 'px';
四、總結
重排和重繪是DOM程式設計中耗能的主要原因之一，平時涉及DOM程式設計時可以參考以下幾點：
- 儘量不要在佈局資訊改變時做查詢（會導致渲染佇列強制重新整理）
- 同一個DOM的多個屬性改變可以寫在一起（減少DOM訪問，同時把強制渲染佇列重新整理的風險降為0）
- 如果要批量新增DOM，可以先讓元素脫離文件流，操作完後再帶入文件流，這樣只會觸發一次重排（fragment元素的應用）
- 將需要多次重排的元素，position屬性設為absolute或fixed，這樣此元素就脫離了文件流，它的變化不會影響到其他元素。例如有動畫效果的元素就最好設定為絕對定位。