擁抱更底層技術——從CSS變數到Houdini

lhyt發表於2019-02-27
CSS變數

0. 前言

平時寫CSS，感覺有很多多餘的程式碼或者不好實現的方法，於是有了前處理器的解決方案，主旨是write less &do more。其實原生css中，用上css變數也不差，加上bem命名規則只要巢狀不深也能和less、sass的巢狀媲美。在一些動畫或者炫酷的特效中，不用js的話可能是用了css動畫、svg的animation、過渡，複雜動畫實現用了js的話可能用了canvas、直接修改style屬性。用js的，然後有沒有想過一個問題：“要是canvas那套放在dom上就爽了”。因為複雜的動畫頻繁操作了dom，違背了倒背如流的“效能優化之一：儘量少操作dom”的規矩，嘴上說著不要，手倒是很誠實地ele.style.prop = <newProp>，可是要實現效果這又是無可奈何或者大大減小工作量的方法。

我們都知道，瀏覽器渲染的流程:解析html和css（parse），樣式計算（style calculate），佈局（layout），繪製（paint），合併（composite），修改了樣式，改的環節越深代價越大。js改變樣式，首先是操作dom，整個渲染流程馬上重新走，可能走到樣式計算到合併環節之間，代價大，效能差。然後痛點就來了，瀏覽器有沒有能直接操作前面這些環節的方法呢而不是依靠js？有沒有方法不用js操作dom改變style或者切換class來改變樣式呢？

於是就有CSS Houdini了，它是W3C和那幾個頂級公司的工程師組成的小組，讓開發者可以通過新api操作CSS引擎，帶來更多的自由度，讓整個渲染流程都可以被開發者控制。上面的問題，不用js就可以實現曾經需要js的效果，而且只在渲染過程中，就已經按照開發者的程式碼渲染出結果，而不是渲染完成了再重新用js強行走一遍流程。

關於houdini最近動態可點選這裡
上次CSS大會知道了有Houdini的存在，那時候只有cssom，layout和paint api。前幾天突然發現，Animation api也有了，不得不說，以後很可能是Houdini遍地開花的時代，現在得進一步瞭解一下了。一句話：這是css in js到js in css的轉變

1. CSS變數

如果你用less、sass只為了人家有變數和巢狀，那用原生css也是差不多的，因為原生css也有變數：

比如定義一個全域性變數–color（css變數雙橫線開頭）

:root {
  --color: #f00;
}
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使用的時候只要var一下

.f{
  color: var(--color);
}
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我們的html：

<div class="f">123</div>
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於是，紅色的123就出來了。

css變數還和js變數一樣，有作用域的：

:root {
  --color: #f00;
}

.f {
  --color: #aaa
} 

.g{
  color: var(--color);
}

.ft {
  color: var(--color);
}
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html：

        <div className="f">
          <div className="ft">123</div>
        </div>
        <div className="">
          <div className="g">123</div>
        </div>
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於是，是什麼效果你應該也很容易就猜出來了：

image

css能搞變數的話，我們就可以做到修改一處牽動多處的變動。比如我們做一個像準星一樣的四個方向用準線鎖定滑鼠位置的效果：

image

用css變數的話，比傳統一個個元素設定style優雅多了：

<div id="shadow">
    <div class="x"></div>
    <div class="y"></div>
    <div class="x_"></div>
    <div class="y_"></div>
  </div>
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  :root{
    --x: 0px;
    --y: 0px;
  }
  body{
    margin: 0
  }
#shadow{
  width: 50%;
  height: 600px;
  border: #000 1px solid;
  position: relative;
  margin: 0;
}

.x, .y, .x_, .y_ {
  position: absolute;
  border: #f00 2px solid;
}

.x {
  top: 0;
  left: var(--x);
  height: 20px;
  width: 0;
}
.y {
  top: var(--y);
  left: 0;
  height: 0;
  width: 20px;
}
.x_ {
  top: 600px;
  left: var(--x);
  height: 20px;
  width: 0;
}
.y_ {
  top: var(--y);
  left: 100%;
  height: 0;
  width: 20px;
}
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const style = document.documentElement.style
shadow.addEventListener(`mousemove`, e => {
  style.setProperty(`--x`, e.clientX + `px`)
  style.setProperty(`--y`, e.clientY + `px`)
})
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那麼，對於github的404頁面這種內容和滑鼠位置有關的頁面，思路是不是一下子就出來了

2. CSS type OM

都有DOM了，那CSSOM也理所當然存在。我們平時改變css的時候，通常是直接修改style或者切換類，實際上就是操作DOM來間接操作CSSOM，而type om是一種把css的屬性和值存在attributeStyleMap物件中，我們只要直接操作這個物件就可以做到之前的js改變css的操作。另外一個很重要的點，attributeStyleMap存的是css的數值而不是字串，而且支援各種算數以及單位換算，比起操作字串，效能明顯更優。

接下來，基本脫離不了window下的CSS這個屬性。在使用的時候，首先，我們可以採取漸進式的做法： if(`CSS` in window){...}

2.1 單位

CSS.px(1); // 1px  返回的結果是：CSSUnitValue {value: 1, unit: "px"}
CSS.number(0); // 0  比如top：0，也經常用到
CSS.rem(2); //2rem
new CSSUnitValue(2, `percent`); // 還可以用建構函式，這裡的結果就是2%
// 其他單位同理
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2.2 數學運算

自己在控制檯輸入CSSMath，可以看見的提示，就是數學運算

new CSSMathSum(CSS.rem(10), CSS.px(-1)) // calc(10rem - 1px)，要用new不然報錯
new CSSMathMax(CSS.px(1),CSS.px(2)) // 顧名思義，就是較大值，單位不同也可以進行比較
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2.3 怎麼用

既然是新的東西，那就有它的使用規則。

  • 獲取值element.attributeStyleMap.get(attributeName)，返回一個CSSUnitValue物件
  • 設定值element.attributeStyleMap.set(attributeName, newValue)，設定值，傳入的值可以是css值字串或者是CSSUnitValue物件

當然，第一次get是返回null的，因為你都沒有set過。“那我還是要用一下getComputedStyle再set咯，這還不是和之前的差不多嗎？”

實際上，有一個類似的方法：element.computedStyleMap，返回的是CSSUnitValue物件，這就ok了。我們拿前面的第一部分CSS變數的程式碼測試一波

document.querySelector(`.x`).computedStyleMap().get(`height`) // CSSUnitValue {value: 20, unit: "px"}
document.querySelector(`.x`).computedStyleMap().set(`height`, CSS.px(0)) // 不見了
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3. paint API

paint、animation、layout API都是以worker的形式工作，具體有幾個步驟：

  • 建立一個worker.js，比如我們想用paint API，先在這個js檔案註冊這個模組registerPaint(`mypaint`, class)，這個class是一個類下面具體講到
  • 在html引入CSS.paintWorklet.addModule(`worker.js`)
  • 在css中使用，background: paint(mypaint)
    主要的邏輯，全都寫在傳入registerPaint的class裡面。paint API很像canvas那套，實際上可以當作自己畫一個img。既然是img，那麼在所有的能用到圖片url的地方都適合用paint API，比如我們來自己畫一個有點炫酷的背景(滿屏隨機顏色方塊)。有空的話可以想一下js怎麼做，再對比一下paint API的方案。
    image
// worker.js
class RandomColorPainter {
    // 可以獲取的css屬性，先寫在這裡
    // 我這裡定義寬高和間隔，從css獲取
    static get inputProperties() {
        return [`--w`, `--h`, `--spacing`];
      }
      /**
       * 繪製函式paint，最主要部分
       * @param {PaintRenderingContext2D} ctx 類似canvas的ctx
       * @param {PaintSize} PaintSize 繪製範圍大小(px) { width, height }
       * @param {StylePropertyMapReadOnly} props 前面inputProperties列舉的屬性，用get獲取
       */
    paint(ctx, PaintSize, props) {
        const w = props.get(`--w`) && +props.get(`--w`)[0].trim() || 30;
        const h = props.get(`--h`) && +props.get(`--h`)[0].trim() || 30;
        const spacing = +props.get(`--spacing`)[0].trim() || 10;
        
        for (let x = 0; x < PaintSize.width / w; x++) {
            for (let y = 0; y < PaintSize.height / h; y++) {
                ctx.fillStyle = `#${Math.random().toString(16).slice(2, 8)}`
                ctx.beginPath();
                ctx.rect(x * (w + spacing), y * (h + spacing), w, h);
                ctx.fill();
            }
        }
    }
}

registerPaint(`randomcolor`, RandomColorPainter);
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接著我們需要引入該worker：

CSS && CSS.paintWorklet.addModule(`worker.js`);

最後我們在一個class為paint的div應用樣式：

.paint{
  background-image: paint(randomcolor);
  width: 100%;
  height: 600px;
  color: #000;
  --w: 50;
  --h: 50;
  --spacing: 10;
}
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再想想用js+div，是不是要先動態生成n個，然後各種計算各種操作dom，想想就可怕。如果是canvas，這可是canvas背景，你又要在上面放一個div，而且還要定位一波。

注意： worker是沒有window的，所以想搞動畫的就不能內部消化了。不過可以靠外面的css變數，我們用js操作css變數可以解決，也比傳統的方法優雅

可以來我的githubio看看效果

4. 自定義屬性

支援情況 點選這裡檢視
首先，看一下支援度，目前瀏覽器並沒有完全穩定使用，所以需要跟著它的提示：Experimental Web Platform features” on chrome://flags，在chrome位址列輸入chrome://flags再找到Experimental Web Platform features並開啟。

CSS.registerProperty({
    name: `--myprop`, //屬性名字
    syntax: `<length>`, // 什麼型別的單位，這裡是長度
    initialValue: `1px`, // 預設值
    inherits: true // 會不會繼承，true為繼承父元素
  }); 
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說到繼承，我們回到前面的css變數，已經說了變數是區分作用域的，其實父作用域定義變數，子元素使用該變數實際上是繼承的作用。如果inherits: true那就是我們看見的作用域的效果，如果不是true則不會被父作用域影響，而且取預設值。

這個自定義屬性，精闢在於，可以用永久迴圈的animation驅動一次性的transform。換句話說，我們如果用了css變數+transform，可以靠js改變這個變數達到花俏的效果。但是，現在不需要js，只要css內部消化，transform成為永動機。

// 我們先註冊幾種屬性
  [`x1`,`y1`,`z1`,`x2`,`y2`,`z2`].forEach(p => {
      CSS.registerProperty({
        name: `--${p}`,
        syntax: `<angle>`,
        inherits: false,
        initialValue: `0deg`
      });
    });
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然後寫個樣式

#myprop, #myprop1 {
  width: 200px;
  border: 2px dashed #000;
  border-bottom: 10px solid #000;
  animation:myprop 3000ms alternate infinite ease-in-out;
  transform: 
    rotateX(var(--x2))
    rotateY(var(--y2))
    rotateZ(var(--z2))
}
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再來看看我們的動畫，為了眼花繚亂，加了第二個改了一點資料的動畫

@keyframes myprop {
  25% {
    --x1: 20deg;
    --y1: 30deg;
    --z1: 40deg;
  }
  50% {
    --x1: -20deg;
    --z1: -40deg;
    --y1: -30deg;
  }
  75% {
    --x2: -200deg;
    --y2: 130deg;
    --z2: -350deg;
  }
  100% {
    --x1: -200deg;
    --y1: 130deg;
    --z1: -350deg;
  }
}

@keyframes myprop1 {
  25% {
    --x1: 20deg;
    --y1: 30deg;
    --z1: 40deg;
  }
  50% {
    --x2: -200deg;
    --y2: 130deg;
    --z2: -350deg;
  }
  75% {
    --x1: -20deg;
    --z1: -40deg;
    --y1: -30deg;
  }
  100% {
    --x1: -200deg;
    --y1: 130deg;
    --z1: -350deg;
  }
}
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html就兩個div:

  <div id="myprop"></div>
  <div id="myprop1"></div>
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效果是什麼呢，自己可以跑一遍看看，反正功能很強大，但是想象力限制了發揮。

自己動手改的時候注意一下，動畫關鍵幀裡面，不能只存在1，那樣子就不能驅動transform了，做不到永動機的效果，因為我的rotate寫的是 rotateX(var(–x2))。接下來隨意發揮吧

最後

再囉嗦一次

ENJOY YOURSELF!!!

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