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为什么说JavaScript中的DOM操作很慢

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JavaScript

一直都听说DOM很慢，要尽量少的去操作DOM，于是就想进一步去探究下为什么大家都会这样说，在网上学习了一些资料，这边整理出来。

首先，DOM对象本身也是一个js对象，所以严格来说，并不是操作这个对象慢，而是说操作了这个对象后，会触发一些浏览器行为，比如布局（layout）和绘制（paint）。下面主要先介绍下这些浏览器行为，阐述一个页面是怎么最终被呈现出来的，另外还会从代码的角度，来说明一些不好的实践以及一些优化方案。

浏览器是如何呈现一张页面的

一个浏览器有许多模块，其中负责呈现页面的是渲染引擎模块，比较熟悉的有WebKit和Gecko等，这里也只会涉及这个模块的内容。

先用文字大致阐述下这个过程：

解析HTML，并生成一棵DOM tree
解析各种样式并结合DOM tree生成一棵Render tree
对Render tree的各个节点计算布局信息，比如box的位置与尺寸
根据Render tree并利用浏览器的UI层进行绘制

其中DOM tree和Render tree上的节点并非一一对应，比如一个”display:none"的节点就只会存在于DOM tree上，而不会出现在Render tree上，因为这个节点不需要被绘制。

上图是Webkit的基本流程，在术语上和Gecko可能会有不同，这里贴上Gecko的流程图，不过文章下面的内容都会统一使用Webkit的术语。

影响页面呈现的因素有许多，比如link的位置会影响首屏呈现等。但这里主要集中讨论与layout相关的内容。

paint是一个耗时的过程，然而layout是一个更耗时的过程，我们无法确定layout一定是自上而下或是自下而上进行的，甚至一次layout会牵涉到整个文档布局的重新计算。

但是layout是肯定无法避免的，所以我们主要是要最小化layout的次数。

什么情况下浏览器会进行layout

在考虑如何最小化layout次数之前，要先了解什么时候浏览器会进行layout。

layout（reflow）一般被称为布局，这个操作是用来计算文档中元素的位置和大小，是渲染前重要的一步。在HTML第一次被加载的时候，会有一次layout之外，js脚本的执行和样式的改变同样会导致浏览器执行layout，这也是本文的主要要讨论的内容。

一般情况下，浏览器的layout是lazy的，也就是说：在js脚本执行时，是不会去更新DOM的，任何对DOM的修改都会被暂存在一个队列中，在当前js的执行上下文完成执行后，会根据这个队列中的修改，进行一次layout。

然而有时希望在js代码中立刻获取最新的DOM节点信息，浏览器就不得不提前执行layout，这是导致DOM性能问题的主因。

如下的操作会打破常规，并触发浏览器执行layout：

通过js获取需要计算的DOM属性
添加或删除DOM元素
resize浏览器窗口大小
改变字体
css伪类的激活，比如:hover
通过js修改DOM元素样式且该样式涉及到尺寸的改变

我们来通过一个例子直观的感受下：

// Readvar h1 = element1.clientHeight;// Write (invalidates layout)element1.style.height = (h1 * 2) + 'px';// Read (triggers layout)var h2 = element2.clientHeight;// Write (invalidates layout)element2.style.height = (h2 * 2) + 'px';// Read (triggers layout)var h3 = element3.clientHeight;// Write (invalidates layout)element3.style.height = (h3 * 2) + 'px';

clientHeight，这个属性是需要计算得到的，于是就会触发浏览器的一次layout。我们来利用chrome（v47.0）的开发者工具看下（截图中的timeline record已经经过筛选，仅显示layout）：

上面的例子中，代码首先修改了一个元素的样式，接下来读取另一个元素的clientHeight属性，由于之前的修改导致当前DOM被标记为脏，为了保证能准确的获取这个属性，浏览器会进行一次layout（我们发现chrome的开发者工具良心的提示了我们这个性能问题）。

优化这段代码很简单，预先读取所需要的属性，在一起修改即可。

// Readvar h1 = element1.clientHeight;  
var h2 = element2.clientHeight;  
var h3 = element3.clientHeight;// Write (invalidates layout)element1.style.height = (h1 * 2) + 'px';  
element2.style.height = (h2 * 2) + 'px';  
element3.style.height = (h3 * 2) + 'px';

看下这次的情况：

下面再介绍一些其他的优化方案。

最小化layout的方案

上面提到的一个批量读写是一个，主要是因为获取一个需要计算的属性值导致的，那么哪些值是需要计算的呢？

这个链接里有介绍大部分需要计算的属性：http://gent.ilcore.com/2011/03/how-not-to-trigger-layout-in-webkit.html

再来看看别的情况：

面对一系列DOM操作

针对一系列DOM操作（DOM元素的增删改），可以有如下方案：

documentFragment
display: none
cloneNode

比如（仅以documentFragment为例）：

var fragment = document.createDocumentFragment();  
for (var i=0; i < items.length; i++){  
  var item = document.createElement("li");
  item.appendChild(document.createTextNode("Option " + i);
  fragment.appendChild(item);
}
list.appendChild(fragment);

这类优化方案的核心思想都是相同的，就是先对一个不在Render tree上的节点进行一系列操作，再把这个节点添加回Render tree，这样无论多么复杂的DOM操作，最终都只会触发一次layout。

面对样式的修改

针对样式的改变，我们首先需要知道并不是所有样式的修改都会触发layout，因为我们知道layout的工作是计算RenderObject的尺寸和大小信息，那么我如果只是改变一个颜色，是不会触发layout的。

这里有一个网站CSS triggers，详细列出了各个CSS属性对浏览器执行layout和paint的影响。

像下面这种情况，和上面讲优化的部分是一样的，注意下读写即可。

elem.style.height = "100px"; // mark invalidated  elem.style.width = "100px";  
elem.style.marginRight = "10px";

elem.clientHeight // force layout here

但是要提一下动画，这边讲的是js动画，比如：

function animate (from, to) {  
  if (from === to) return

  requestAnimationFrame(function () {    from += 5
    element1.style.height = from + "px"
    animate(from, to)
  })
}

animate(100, 500)

动画的每一帧都会导致layout，这是无法避免的，但是为了减少动画带来的layout的性能损失，可以将动画元素绝对定位，这样动画元素脱离文本流，layout的计算量会减少很多。

使用requestAnimationFrame

任何可能导致重绘的操作都应该放入requestAnimationFrame

在现实项目中，代码按模块划分，很难像上例那样组织批量读写。那么这时可以把写操作放在requestAnimationFrame的callback中，统一让写操作在下一次paint之前执行。

// Readvar h1 = element1.clientHeight;// WriterequestAnimationFrame(function() {  
  element1.style.height = (h1 * 2) + 'px';
});// Readvar h2 = element2.clientHeight;// WriterequestAnimationFrame(function() {  
  element2.style.height = (h2 * 2) + 'px';
});

可以很清楚的观察到Animation Frame触发的时机，MDN上说是在paint之前触发，不过我估计是在js脚本交出控制权给浏览器进行DOM的invalidated check之前执行。

其他注意点

除了由于触发了layout而导致性能问题外，这边再列出一些其他细节：

缓存选择器的结果，减少DOM查询。这里要特别提下HTMLCollection。HTMLCollection是通过document.getElementByTagName得到的对象类型，和数组类型很类似但是每次获取这个对象的一个属性，都相当于进行一次DOM查询：

var divs = document.getElementsByTagName("div");  
for (var i = 0; i < divs.length; i++){  //infinite loop  
  document.body.appendChild(document.createElement("div"));
}

比如上面的这段代码会导致无限循环，所以处理HTMLCollection对象的时候要做些缓存。

另外，减少DOM元素的嵌套深度并优化css，去除无用的样式对减少layout的计算量有一定帮助。

在DOM查询时，querySelector和querySelectorAll应该是最后的选择，它们功能最强大，但执行效率很差，如果可以的话，尽量用其他方法替代。

下面两个jsperf的链接，可以对比下性能。

1）https://jsperf.com/getelementsbyclassname-vs-queryselectorall/162

2）http://jsperf.com/getelementbyid-vs-queryselector/218

自己对View层的想法

上面的内容理论方面的东西偏多，从实践的角度来看，上面讨论的内容，正好是View层需要处理的事情。已经有一个库FastDOM来做这个事情，不过它的代码是这样的：

fastdom.read(function() {  
  console.log('read');
});

fastdom.write(function() {  
  console.log('write');
});

问题很明显，会导致callback hell，并且也可以预见到像FastDOM这样的imperative的代码缺乏扩展性，关键在于用了requestAnimationFrame后就变成了异步编程的问题了。要让读写状态同步，那必然需要在DOM的基础上写个Wrapper来内部控制异步读写，不过都到了这份上，感觉可以考虑直接上React了……

总之，尽量注意避免上面说到的问题，但如果用库，比如jQuery的话，layout的问题出在库本身的抽象上。像React引入自己的组件模型，用过virtual DOM来减少DOM操作，并可以在每次state改变时仅有一次layout，我不知道内部有没有用requestAnimationFrame之类的，感觉要做好一个View层就挺有难度的，之后准备学学React的代码。希望自己一两年后会过来再看这个问题的时候，可以有些新的见解。