現代圖片效能最佳化及體驗最佳化指南 - 響應式圖片方案

chokcoco發表於2023-02-21

本文是系列第二篇。系列文章：

  1. 現代圖片效能最佳化及體驗最佳化指南 - 圖片型別及 Picture 標籤的使用

圖片資源，在我們的業務中可謂是佔據了非常大頭的一環，尤其是其對頻寬的消耗是十分巨大的。

對圖片的效能最佳化及體驗最佳化在今天就顯得尤為重要。本文，就將從各個方面闡述，在各種新特性滿頭飛的今天，我們可以如何儘可能的對我們的圖片資源，進行效能最佳化及體驗最佳化。

適配不同的螢幕尺寸及 DPR

下一個模組，我們來看看圖片資源如何更好的適配不同的螢幕尺寸。

這裡首先會涉及一個預備知識，螢幕的 DPR 值，那麼，什麼是 DPR 呢？要了解 DPR，又需要知道什麼是裝置獨立畫素 以及 物理畫素。

裝置獨立畫素

以 iPhone6/7/8為例，這裡我們開啟 Chrome 開發者工具：

這裡的 375 * 667 表示的是什麼呢，表示的是裝置獨立畫素（DIP），也可以理解為 CSS 畫素，也稱為邏輯畫素：

裝置獨立畫素 = CSS 畫素 = 邏輯畫素

如何記憶呢？這裡使用 CSS 畫素來記憶，也就是說。我們設定一個寬度為 375px 的 div，剛好可以充滿這個裝置的一行，配合高度 667px ，則 div 的大小剛好可以充滿整個螢幕。

物理畫素

OK，那麼，什麼又是物理畫素呢。我們到電商網站購買手機，都會看一看手機的引數，以 JD 上的 iPhone7 為例：

可以看到，iPhone7 的解析度是 1334 x 750，這裡描述的就是螢幕實際的物理畫素。

物理畫素，又稱為裝置畫素。螢幕是由一個個物理畫素點組成的，1334 x 750 表示手機分別在垂直和水平上所具有的畫素點數。透過控制每個畫素點的顏色，就可以使螢幕顯示出不同的影像，螢幕從工廠出來那天起，它上面的物理畫素點就固定不變了，單位為pt。

裝置畫素 = 物理畫素

DPR（Device Pixel Ratio） 裝置畫素比

OK，有了上面兩個概念，就可以順理成章引出下一個概念。DPR（Device Pixel Ratio） 裝置畫素比，這個與我們通常說的視網膜屏（多倍屏，Retina屏）有關。

裝置畫素比描述的是未縮放狀態下，物理畫素和裝置獨立畫素的初始比例關係。

簡單的計算公式：

DPR = 物理畫素 / 裝置獨立畫素

我們套用一下上面 iPhone7 的資料（取裝置的物理畫素寬度與裝置獨立畫素寬度進行計算）：

iPhone7’s DPR = iPhone7’s 物理畫素寬度 / iPhone7's 裝置獨立畫素寬度 = 2

750 / 375 = 2
或者是 1334 / 667 = 2

可以得到 iPhone7 的 dpr 為 2。也就是我們常說的視網膜螢幕。

視網膜（Retina）螢幕是蘋果公司"發明"的一個營銷術語。 蘋果公司將 dpr > 1 的螢幕稱為視網膜螢幕。

在視網膜螢幕中，以 dpr = 2 為例，把 4(2x2) 個畫素當 1 個畫素使用，這樣讓螢幕看起來更精緻，但是元素的大小本身卻不會改變：

OK，我們再來看看 iPhone XS Max：

它的物理畫素如上圖是 2688 x 1242，

它的 CSS 畫素是 896 x 414，很容易得出 iPhone XS Max 的 dpr 為 3。

為不同 DPR 螢幕，提供恰當的圖片

那麼，DPR 和圖片適配有什麼關係呢？

舉個例子，同樣的 CSS 畫素大小下，螢幕如果有不同 DPR，同樣大小的圖片渲染出來的效果不盡相同。

我們以 dpr = 3 的手機為例子，在 300 x 389 CSS 畫素大小的範圍內，渲染 1倍/2倍/3倍 圖的效果如下：

實際圖片所佔的物理畫素為 900 x 1167。

可以看到，在高 DPR 裝置下提供只有 CSS 畫素大小的圖片，是非常模糊的。

因此，為了在不同的 DPR 螢幕下，讓圖片看起來都不失真，我們需要為不同 DPR 的圖片，提供不同大小的圖片。

那麼，有哪些可行的解決方案呢？

方案一：無腦多倍圖

假設，在移動端假設我們需要一張 CSS 畫素為 300 x 200 的影像，考慮到現在已經有了 dpr = 3 的裝置，那麼要保證圖片在 dpr = 3 的裝置下也正常高畫質展示，我們最大可能需要一張 900 x 600 的原圖。

這樣，不管裝置的 dpr 是否為 3，我們統一都使用 3 倍圖。這樣即使在 dpr = 1，dpr = 2 的裝置上，也能非常好的展示圖片。

當然這樣並不可取，會造成大量頻寬的浪費。

現代瀏覽器，提供了更好的方式，讓我們能夠根據裝置 dpr 的不同，提供不同尺寸的圖片。

方案二：媒體查詢

方案二，我們可以考慮使用媒體查詢。到今天，我們可以透過相應的媒體查詢，得知當前的裝置的 DPR 值，這樣，我們就可以在對應的媒體查詢中，使用對應的圖片。

像是這樣：

#id { 
    background: url(xxx@2x.png) 
}
@media (device-pixel-ratio: 2) {
    #id { 
        background: url(xxx@2x.png) 
    }
}
@media (device-pixel-ratio: 3) {
    #id { 
        background: url(xxx@3x.png) 
    }
}

這個方案的缺點在於：

  1. 要寫的程式碼可能太多了，而且，可能存在一些介於 12，23 之間的 DPR 值，不好窮舉出所有場景
  2. 需要注意語法需要的相容性，需要新增字首，譬如 -webkit-min-device-pixel-ratio，當然這個可以由 autoprefixer 輔助解決

方案三：CSS 配合 image-set 語法

image-set 屬於 CSS background 中的一種語法，image-set() 函式為裝置提供最合適的影像解析度，它提供一組影像選項，每個選項都有一個相關的 DPR 宣告，瀏覽器將從中選擇最適合裝置的影像進行設定。

什麼意思呢，來看看程式碼：

.img {
    /* 不支援 image-set 的瀏覽器*/
    background-image: url('../photo@2x.png');

    /* 支援 image-set 的瀏覽器*/
    background-image: image-set(
        url('./photo@2x.png') 2x,
        url('./photo@3x.png') 3x
    );
}

這樣一看，作用應該很清晰了。對於支援 image-set 語法的瀏覽器：

  1. 如果其裝置對應的 DPR 為 2，會選取這條 url('./photo@2x.png') 2x 記錄，也就是最終生效的 URL 是 './photo@2x.png'；
  2. 如果其裝置對應的 DPR 為 3，會選取這條 url('./photo@3x.png') 3x 記錄，也就是最終生效的 URL 是 './photo@3x.png'；

其中的 2x，3x 就是用於匹配 DRP的。

使用 image-set 的一些痛點與媒體查詢方案類似。程式碼量與相容性語法，而且難以匹配所有情況。

方案四：srcset 配合 1x 2x 畫素密度描述符

簡單來說，srcset 可以根據不同的 dpr 拉取對應尺寸的圖片：

<div class='illustration'>
   <img src='illustration-small.png'
       srcset='images/illustration-small.png 1x,
               images/illustration-big.png 2x'
   >
</div>

上面 srcset 裡的 1x，2x 表示 畫素密度描述符，表示

  • 當螢幕的 dpr = 1 時，使用 images/illustration-small.png 這張圖
  • 當螢幕的 dpr = 2 時，使用 images/illustration-big.png 這張圖
  • 如果不支援 srcset 語法，src='illustration-small.png' 將會是最終的兜底方案

方案五：srcset 屬性配合 sizes 屬性 w 寬度描述符

上面 1x，2x 的寫法比較容易接受易於理解。

但是，上述 3 種方案都存在統一的問題，只考慮了 DPR，但是忽略了響應性佈局的複雜性與螢幕的多樣性。

因此，規範還推出了一種方案 -- srcset 屬性配合 sizes 屬性 w 寬度描述符。

srcset 屬性還有一個 w 寬度描述符，配合 sizes 屬性一起使用，可以覆蓋更多的面。

sizes 屬性怎麼理解呢？它定義影像元素在不同的視口寬度時，可能的大小值。

以下面這段程式碼為例子：

<img 
        sizes = “(min-width: 600px) 600px, 300px" 
        src = "photo.png" 
        srcset = “photo@1x.png 300w,
                       photo@2x.png 600w,
                       photo@3x.png 1200w,
>

解析一下：

sizes = “(min-width: 600px) 600px, 300px" 的意思是：

  1. 如果螢幕當前的 CSS 畫素寬度大於或者等於 600px，則圖片的 CSS 寬度為 600px
  2. 反之，則圖片的 CSS 寬度為 300px

也就是 sizes 屬性宣告瞭在不同寬度下圖片的 CSS 寬度表現。這裡可以理解為，大螢幕下圖片寬度為 600px，小螢幕下圖片寬度為 300px。

需要注意的是，這裡大屏、小屏下圖片具體的寬度表現，還是需要藉助媒體查詢程式碼，經由 CSS 實現的

srcset = “photo@1x.png 300w, photo@2x.png 600w, photo@3x.png 1200w 裡面的 300w，600w，900w 叫寬度描述符。

那麼，怎麼確定當前場景會選取哪張圖片呢？

當前螢幕 dpr = 2 ，CSS 寬度為 375px。

當前螢幕 CSS 寬度為 375px，則圖片 CSS 寬度為 300px。分別用上述 3 個寬度描述符的數值除以 300。

  1. 300 / 300 = 1
  2. 600 / 300 = 2
  3. 1200 / 300 = 4

上面計算得到的 1、 2、 4 即是算出的有效的畫素密度，換算成和 x 描述符等價的值 。這裡 600w 算出的 2 即滿足 dpr = 2 的情況，選擇此張圖。

當前螢幕 dpr = 3 ，CSS 寬度為 414px。

當前螢幕 CSS 寬度為 414px，則圖片 CSS 寬度仍為 300px。再計算一次：

  1. 300 / 300 = 1
  2. 600 / 300 = 2
  3. 1200 / 300 = 4

因為 dpr = 3，2 已經不滿足了，則此時會選擇 1200w 這張圖。

當前螢幕 dpr = 1 ，CSS 寬度為 1920px。

當前螢幕 CSS 寬度為 1920px，則圖片 CSS 寬度變為了 600px。再計算一次：

  1. 300 / 600 = .5
  2. 600 / 600 = 1
  3. 1200 / 600 = 2

因為 dpr = 1，所以此時會選擇 600w 對應的圖片。

具體的可以試下這個 Demo：CodePen Demo -- srcset屬性配合w寬度描述符配合sizes屬性

此方案的意義在於考慮到了響應性佈局的複雜性與螢幕的多樣性，利用上述規則，可以一次適配 PC 端大螢幕和移動端高畫質屏，一箭多雕。

嗯，總結一下，在實現響應式影像時，我們同時使用 srcset 和 sizes 屬性。它們的作用是：

  • srcset：定義多個不同寬度的影像源，讓瀏覽器在 HTML 解析期間選擇最合適的影像源
  • sizes：定義影像元素在不同的視口寬度時，可能的大小值

有了這些屬性後，瀏覽器就會根據 srcset/size 來建立一個解析度切換器的響應式圖片，可以在不同的解析度的情況下，提供相同尺寸的影像，或者在不同的檢視大小的情況下，提供不同尺寸大小的影像。

本章總結

本章節一共列舉了 5 種實現響應式圖片，適配不同螢幕大小，不同 DPR 的方式，它們分別是：

  1. 無腦多倍圖的方式
  2. DRP 媒體查詢
  3. CSS Background 中的使用 image-set
  4. srcset 配合 1x 2x 畫素密度描述符
  5. srcset 屬性配合 sizes 屬性 w 寬度描述符

合理使用它們，可以有效的為不同螢幕，提供最為恰當的圖片資源，在保證使用者體驗的同時，儘可能節省頻寬。

它們各有優缺點，可以根據自己實際的業務場景，選取合適相對成本最低的方案，並且適當的配合 Autoprefixer 以及一些 PostCSS 等工具，簡化程式碼量。

當然，本文只是現代圖片效能最佳化及體驗最佳化指南的第二篇，後續將給大家帶來圖片在：

  • 圖片的寬高比、裁剪與縮放展示
  • 懶載入/非同步影像解碼方案
  • 可訪問性以及圖片資源的容錯及錯誤處理

等相關知識的介紹，感興趣的可以提前關注。

最後

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