淺談CSS3 動畫卡頓解決方案

2024-07-11 08:59:45

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供稿：網友

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？

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.jpg");                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。

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：

總結解決 CSS3 動畫卡頓方案