有時候，我們就是會不由自主地寫出一些低效的程式碼，嚴重影響頁面執行的效率。或者我們接手的專案中，前人寫出來的程式碼千奇百怪，比如為了一個 Canvas 特效需要同時繪製 600 個三角形，又比如 Coding.net 的任務中心需要同時 watch 上萬個變數的變化等等。那麼，如果我們遇到了一個比較低效的頁面，應該如何去優化它呢？
優化前的準備：知己知彼
在一切開始之前，我們先開啟 F12 皮膚，熟悉一下我們接下來要用到的工具：Timeline：
嗯沒錯就是它。下面逐一介紹一下吧。區域 1 是一個縮圖，可以看到除了時間軸以外被上下分成了四塊，分別代表 FPS、CPU 時間、網路通訊時間、堆疊佔用；這個縮圖可以橫向縮放，白色區域是下面可以看到的時間段（灰色當然是不可見的啦）。區域 2 可以看一些互動事件，例如你滾動了一下頁面，那麼這裡會出現一個 scroll 的線段，線段覆蓋的範圍就是滾動經過的時間。區域 3 則是具體的事件列表了。
一開始沒有記錄的時候，所有的區域都是空的。開始統計和結束統計都很簡單，左上角那坨黑色的圓圈就是。它右邊那個長得像“禁止通行”的按鈕是用來清除現有記錄的。當有資料的時候，我們把滑鼠滾輪向上滾，可以看到區域被放大了：
短短的時間裡，瀏覽器做了這麼多事情。對於一般的螢幕，原則上來說一秒要往螢幕上繪製 60 幀，所以理論上講我們一幀內的計算時間不能超過 16 毫秒，然而瀏覽器除了執行我們的程式碼以外，還要乾點別的（例如計算 CSS，播放音訊……），所以其實我們能用的只有 10~12 毫秒左右。
差不多熟悉操作了，那麼就來一下實戰吧！假如有一天，你接手了這樣一段程式碼：
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<!-- 一段小動畫：點選按鈕之後會有一個爆炸的粒子效果 --> <!DOCTYPE html> <html> <head> <meta charset="utf-8"> <title>Test</title> <style> .main { position: relative; width: 500px; height: 500px; background: #000; overflow: hidden; } .circle { position: absolute; border-radius: 50%; border: 1px solid #FFF; width: 8px; height: 8px; } </style> </head> <body> <div class="main"></div> <hr> <button onclick="showAnimation()">點我</button> <script src="jquery.min.js"></script> <script src="animation.js"></script> </body> </html> |
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// animation.js // 粒子總數 var COUNT = 500; // 重力 var G = -0.1; // 摩擦力 var F = -0.04; function init() { for (var i = 0; i < COUNT; i++) { var d = Math.random() * 2 * Math.PI; var v = Math.random() * 5; var circle = $('<div id="circle-' + i + '" class="circle" data-x="250" data-y="250" data-d="' + d + '" data-v="' + v + '"></div>'); circle.appendTo($('.main')); } } function updateCircle() { for (var i = 0; i < COUNT; i++) { var x = parseFloat($('#circle-' + i).attr('data-x')); var y = parseFloat($('#circle-' + i).attr('data-y')); var d = parseFloat($('#circle-' + i).attr('data-d')); var v = parseFloat($('#circle-' + i).attr('data-v')); var vx = v * Math.cos(d); var vy = v * Math.sin(d); if (Math.abs(vx) < 1e-9) vx = 0; // 速度分量改變 vx += F * Math.cos(d); vy += F * Math.sin(d) + G; // 計算新速度 v = Math.sqrt(vx * vx + vy * vy); if (vy > 0) d = Math.acos(vx / v); else d = -Math.acos(vx / v); // 位移分量改變 x += vx; y += vy; $('#circle-' + i).attr('data-x', x); $('#circle-' + i).attr('data-y', y); $('#circle-' + i).attr('data-d', d); $('#circle-' + i).attr('data-v', v); $('#circle-' + i).css({'top': 400 - y, 'left': x}); } } var interval = null; function showAnimation() { if (interval) clearInterval(interval); $('.main').html(''); init(); interval = setInterval(updateCircle, 1000 / 60); } |
效果如下（右上角的 FPS 計數器是 Chrome 除錯工具自帶的）：
只有 10 FPS……10 FPS……坑爹呢這是！
好吧，開啟 Timeline，按下記錄按鈕，點一下頁面中的“點我”，稍微過一會兒停止記錄，就會得到一些資料。放大一些，對 jQuery 比較熟悉的同學可以看出來，這些大部分是 jQuery 的函式。我們點一下那個 updateCircle 的區塊，然後看下面：
這裡告訴我們，這個函式執行了多久、函式程式碼在哪兒。我們點一下那個連結，於是就跳到了 Source 頁：
是不是很震撼，之前這個頁面只是用來 Debug 的，沒想到現在居然帶了精確到行的執行時間統計。當然，這個時間是當前這一行在“剛才我們點選的區塊對應的執行時間段”中執行的時間。所以我們就拿最慢的幾句話來下手吧！
優化一：減少 DOM 操作
看到這幾行程式碼，第一反應是：mdzz。本來 DOM 操作就慢，還要在字串和 float 之間轉來轉去。果斷改掉！於是用一個單獨的陣列來存 x、y、d、v 這些屬性。
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var objects = []; // 在 init 函式中 objects.push({ x: 250, y: 250, d: d, v: v }); // 在 updateCircle 函式中 var x = objects[i].x; var y = objects[i].y; var d = objects[i].d; var v = objects[i].v; // …. objects[i].x = x; objects[i].y = y; objects[i].d = d; objects[i].v = v; |
效果顯著！我們再來看一下精確到行的資料：
優化二：減少不必要的運算
所以最耗時的那句話已經變成了計算 vx 和 vy，畢竟三角函式演算法比較複雜嘛，可以理解。至於後面的三角函式為什麼那麼快，我猜可能是 Chrome 的 V8 引擎將其快取了（這句話不保證正確性）。然而不知道大家有沒有發現，其實計算 d完全沒必要！我們只需要存 vx 和 vy 即可，不需要存 v 和 d！
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// init var vx = v * Math.cos(d); var vy = v * Math.sin(d); objects.push({ x: 250, y: 250, vx: vx, vy: vy }); // updateCircle var vx = objects[i].vx; var vy = objects[i].vy; // 計算新速度 var v = Math.sqrt(vx * vx + vy * vy); if (Math.abs(vx) < 1e-9) vx = 0; // 速度分量改變 vx += F * vx / v; vy += F * vy / v + G; // …. objects[i].vx = vx; objects[i].vy = vy; |
只有加減乘除和開平方運算，每次比原來的時間又少了兩毫秒。從流暢的角度來說其實已經可以滿幀執行了，然而為什麼我還是覺得偶爾會有點卡呢？
優化三：替換 setInterval
既然偶爾會掉幀，那麼就看看是怎麼掉的唄~原則上來說，在每一次瀏覽器進行繪製之前，Timeline 裡面應該有一個叫 Paint 的事件，就像這樣：
看到這些綠色的東西了沒？就是它們！看上面的時間軸，雖然程式碼中 setInterval 的長度是 1000/16 毫秒，但是其實根本不能保證！所以我們需要使用 requestAnimationFrame 來代替它。這是瀏覽器自帶的專門為動畫服務的函式，瀏覽器會自動優化這個函式的呼叫時機。並且如果頁面被隱藏，瀏覽器還會自動暫停呼叫，有效地減少了 CPU 的開銷。
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// 在 updateCircle 最後加一句 requestAnimationFrame(updateCircle); // 去掉全部跟 setInterval 有關的句子，把 showAnimation 最後一句直接改成這個 updateCircle(); |
我們至少可以保證，我們每算一次，螢幕上就會顯示一次，因此不會掉幀（前提是每計算一次的時間小於 12ms）。但是雖然計算時間少了，瀏覽器重計算樣式、繪製影象的時間可是一點都沒變。能不能再做優化呢？
優化四：使用硬體加速、避免反覆查詢元素
如果我們用 transform 來代替 left 和 top 來對元素進行定位，那麼瀏覽器會為這個元素單獨創立一個合成層，專門使用 GPU 進行渲染，這樣可以把重計算的代價降到最低。有興趣的同學可以研究一下“CSS 硬體加速”的機制。同時，我們可以快取一下 jQuery 的元素（或者 DOM 元素），這樣不用每次都重新查詢，也能稍微提高一點效率。如果把元素快取在 objects 陣列中，那麼連 id 都不用寫了！
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// init var circle = $('<div class="circle"></div>'); objects.push({ x: 250, y: 250, vx: vx, vy: vy, // 其實可以只存 DOM，不存 jQuery 物件 circle: circle[0] }); // updateCircle 裡面 for 迴圈的最後一句話替換掉 objects[i].circle.style.transform = 'translate(' + x + 'px, ' + (400 - y) + 'px)'; |
看起來是不是很爽了？
其實，優化是無止境的，例如我在 init 函式中完全可以不用 jQuery，改用 createDocumentFragment 來拼接元素，這樣初始化的時間就可以急劇縮短；調換 updateCircle 中的幾個語句的順序，在 V8 引擎下效率可能會有一定的提升；甚至還可以結合 Profile 皮膚來分析記憶體佔用，檢視瀏覽器繪圖的細節……然而個人感覺並用不到這麼極限的優化。對於一個專案來說，如果單純為了優化而寫一些奇怪的程式碼，是很不合算的。
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P.S. 全部的程式碼在這裡，歡迎吐槽：