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优化JavaScript的执行效率

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页面里的动画效果大多是通过JavaScript触发的。有些是直接修改DOM元素样式属性而产生的,有些则是由数据计算而产生的,比如搜索或排序。错误的执行时机和太长的时间消耗,是常见的导致JavaScript性能低下的原因。你需要尽量减少这两方面对你的JavaScript代码带来的执行性能的影响。

TL;DR

  • 对于动画效果的实现,避免使用setTimeout或setInterval,请使用requestAnimationFrame。

  • 把耗时长的JavaScript代码放到Web Workers中去做。

  • 把DOM元素的更新划分为多个小任务,分别在多个frame中去完成。

  • 使用Chrome DevTools的Timeline和JavaScript Profiler来分析JavaScript的性能。

JavaScript性能分析是一门艺术活,因为你所写的JavaScript代码跟实际执行的代码完全是两回事。现代浏览器都会使用JIT编译器和其他优化手段来使你的JavaScript代码能尽可能执行得更快,这个编译和优化的过程会对代码产生极大的改动。

尽管如此,在优化JavaScript程序的执行速度方面,还是有一些你力所能及的事。

使用requestAnimationFrame

假设页面上有一个动画效果,你想在动画刚刚发生的那一刻的时候做点什么,比如运行一段JavaScript程序。那么唯一能保证这个运行时机的,就是requestAnimationFrame

JavaScript代码:
  1. /**

  2. * If run as a requestAnimationFrame callback, this

  3. * will be run at the start of the frame.

  4. */

  5. function updateScreen(time){

  6. // Make visual updates here.

  7. }

  8. requestAnimationFrame(updateScreen);

很多框架和示例代码都是用setTimeoutsetInterval来实现页面中的动画效果。这种实现方式的问题是,你在setTimeoutsetInterval中指定的回调函数的执行时机是无法保证的。它将在这一帧动画的_某个时间点_被执行,很可能是在帧结束的时候。这就意味这我们可能失去这一帧的信息,也就是发生jank。

setTimeout causing the browser to miss a frame.

事实上,jQuery中animate函数就是用setTimeout来实现的动画的!我建议你去给它打个补丁,用requestAnimationFrame来取代setTimeout

降低代码复杂度或者使用Web Workers

JavaScript代码是运行在浏览器的主线程上的。与此同时,浏览器的主线程还负责样式计算、布局,甚至绘制(多数情况下)的工作。可以想象,如果JavaScript代码运行时间过长,就会阻塞主线程上其他的渲染工作,很可能就会导致帧丢失。

因此,你需要认真规划一下你的JavaScript程序的运行时机和运行耗时。比如,如果你要在一个动画(比如页面滚动)执行过程中运行JavaScript程序,那么理想情况是把这段JavaScript程序的运行耗时控制在3-4毫秒以内。如果长于这个时间,那么就有帧丢失的风险。另一方面,在浏览器空闲的时候,你可以有更多时间来运行JavaScript程序。

大多数情况下,你可以把纯计算工作放到Web Workers中做(如果这些计算工作不会涉及DOM元素的存取)。一般来说,JavaScript中的数据处理工作,比如排序或搜索,一般都适合这种处理方式。

JavaScript代码:
  1. var dataSortWorker =newWorker("sort-worker.js");

  2. dataSortWorker.postMesssage(dataToSort);

  3. // The main thread is now free to continue working on other things...

  4. dataSortWorker.addEventListener('message',function(evt){

  5. var sortedData = e.data;

  6. // Update data on screen...

  7. });

正如前面提到的,并不是所有的JavaScript代码都适合这种方式,因为Web Workers无法访问DOM元素。如果你的JavaScript代码需要存取DOM元素,也就是说必须在主线程上运行,那么可以考虑批处理的方式:把任务细分为若干个小任务,每个小任务耗时很少,各自放在一个requestAnimationFrame中回调运行。

JavaScript代码:
  1. var taskList = breakBigTaskIntoMicroTasks(monsterTaskList);

  2. requestAnimationFrame(processTaskList);

  3. function processTaskList(taskStartTime){

  4.  var taskFinishTime;

  5.  do{

  6.    // Assume the next task is pushed onto a stack.

  7.    var nextTask = taskList.pop();

  8.    // Process nextTask.

  9.    processTask(nextTask);

  10.    // Go again if there’s enough time to do the next task.

  11.    taskFinishTime = window.performance.now();

  12.  }while(taskFinishTime - taskStartTime <3);

  13.  if(taskList.length >0)

  14.    requestAnimationFrame(processTaskList);

  15. }

如果采用划分小任务的方式,那么你需要确保给用户呈现一个好的UX/UI,使得用户能感知到当前浏览器正在处理一个任务,比如使用一个进度条或者指示器。不管怎样,这种方式能使释放浏览器的主线程,使你的web应用总能对用户交互保持响应。

了解JavaScript的“帧税”

当我们评价一个框架、库或者自己写的JavaScript代码时,很重要的一点就是要分析每一帧中JavaScript代码运行的消耗。对性能很敏感的动画效果(比如渐变或滚动)来说,这一点尤其重要。

对于JavaScript代码的性能分析,最好的方式就是使用Chrom的DevTools。一般来说,通过它你能获取到这些细节:

Chrome DevTools' Timeline providing low JS execution detail.

如果你发现了运行时间很长的JavaScript代码,那么你可以开启DevTools中顶部的JavaScript profiler选项:

Enabling the JS profiler in DevTools.

但是,这个选项本身的运行也会有一些消耗。因此,确保只有在你需要查看更多运行时细节的时候才开启它。开启这个选项之后,再执行一次页面分析动作,你会看到更多细节:

Chrome DevTools' Timeline providing high JS execution detail.

有了这些信息,你就能分析出JavaScript代码对于页面渲染性能的影响了,从而发现并修复JavaScript代码中性能低下的部分。至于如何修复,就像前面说的,你可以删除它或者把它放到Web Worker中去,以释放主线程来响应其他任务。

避免对JavaScript代码进行微优化

对于一个任务,如果换一种实现方式,浏览器的执行速度可以快100倍的话,是非常酷的。比如,读取一个元素的offsetTop属性就比计算它的getBoundingClientRect()要快。但一般情况下,在每一帧中运行的JavaScript代码之中调用这些函数的次数都是有限的。因此,在这些微优化上花再大的精力,整体上JavaScript代码的性能可能也就获得若干毫秒的提升。这是不划算的。

但是,如果你是做一个游戏,或者计算密集型的web应用,那么这条建议可能不适合你。因为你很可能要在一帧中执行很多计算工作,这种情况下需要争取做一切可能的性能优化。

简而言之:慎用微优化。因为一般来说它对你的web应用效果不大。


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