前端性能优化-CSS的性能优化：--transform与position的区别、硬件加速工作原理及注意事项

上个星期去baidu二面面试，第一题就有问到这样问题： transform与position:absolute 有什么区别? 回家后查资料发现这道题目其实不简单啊，涉及到重排、重绘、硬件加速等网页优化的知识。

⼀、问题背景

　　过去⼏年，我们常常会听说硬件加速给移动端带来了巨⼤的体验提升，但是即使对于很多经验丰富的开发者来说，恐怕对其背后的⼯作
原理也是模棱两可，更不要合理地将其运⽤到⽹页的动画效果中了。
1、position + top/left 的效果
　　下⾯让我们来看⼀个动画效果，在该动画中包含了⼏个堆叠在⼀起的球并让它们沿相同路径移动。最简单的⽅式就是实时调整它们的
left 和 top 属性，使⽤ css 动画实现。

<style>html,body {width: 100%;height: 100%;}.ball-running {animation: run-around 4s infinite;width: 100px;height: 100px;background-color: red;position: absolute;}@keyframes run-around {0%: {top: 0;left: 0;}25% {top: 0;left: 200px;}50% {top: 200px;left: 200px;}75% {top: 200px;left: 0;}}</style>
<body><div class="ball-running"></div></body>

在运⾏的时候，即使是在电脑浏览器上也会隐约觉得动画的运⾏并不流畅，动画有些停顿的感觉，更不要提在移动端达到 60fps 的流畅
效果了。这是因为top和left的改变会触发浏览器的 reflow 和 repaint ，整个动画过程都在不断触发浏览器的重新渲染，这个过程是很影响性能的。

2、transform 的效果
　　为了解决这个问题，我们使⽤ transform 中的 translate() 来替换 top 和 left ，重写⼀下这个动画效果。

<style>html,body {width: 100%;height: 100%;}.ball-running {animation: run-around2 4s infinite;width: 100px;height: 100px;background-color: red;position: absolute;}@keyframes run-around2 {0%: {transform: translate(0, 0);}25% {transform: translate(200px, 0);}50% {transform: translate(200px, 200px);}75% {transform: translate(0, 200px);}}
</style><body><div class="ball-running"></div>
</body>

这时候发现整个动画效果流畅了很多，在动画移动的过程中也没有发⽣repaint和reflow。
下面是chrome 浏览器performance中的监测到的数据。以及rendering面板。

那么，为什么 transform 没有触发 repaint 呢？原因就是，transform 动画由GPU控制，支持硬件加速。并不需要软件⽅⾯的渲染。

看完以上两个例子，那么我们就要入正题了。

⼆、硬件加速⼯作原理

　　浏览器接收到页⾯⽂档后，会将⽂档中的标记语⾔解析为DOM树，DOM树和CSS结合后形成浏览器构建页⾯的渲染树，渲染树中包含
了⼤量的渲染元素，每⼀个渲染元素会被分到⼀个图层中，每个图层⼜会被加载到GPU形成渲染纹理，⽽图层在GPU中 transform 是不会触
发 repaint 的，这⼀点⾮常类似3D绘图功能，最终这些使⽤transform的图层都会使⽤独⽴的合成器进程进⾏处理。
　　在我们的⽰例中，CSS transform 创建了⼀个新的复合图层，可以被GPU直接⽤来执⾏ transform 操作。在chrome开发者⼯具中开
启“show layer borders”选项后，每个复合图层就会显⽰⼀条黄⾊的边界。⽰例中的球就处于⼀个独⽴的复合图层，移动时的变化也是独⽴
的。
　　此时，你也许会问：浏览器什么时候会创建⼀个独⽴的复合图层呢？事实上⼀般是在以下⼏种情况下：
（1）3D 或者 CSS transform
（2）video或canvas标签
（3）CSS filters
（4）元素覆盖时，⽐如使⽤了 z-index 属性
　　等⼀下，上⾯的⽰例使⽤的是 2D transition ⽽不是 3D 的 transforms 啊？这个说法没错，所以在timeline中我们可以看到：动画开始和结束的时候发⽣了两次 repaint 操作。
3D 和 2D transform 的区别就在于，浏览器在页⾯渲染前为3D动画创建独⽴的复合图层，⽽在运⾏期间为2D动画创建。
　　动画开始时，⽣成新的复合图层并加载为GPU的纹理⽤于初始化 repaint，然后由GPU的复合器操纵整个动画的执⾏，最后当动画结束
时，再次执⾏ repaint 操作删除复合图层。

三、使⽤ GPU 渲染元素

1、能触发GPU渲染的属性
　　并不是所有的CSS属性都能触发GPU的硬件加速，实际上只有少数属性可以，⽐如下⾯的这些：
（1）transform
（2）opacity
（3）filter
2、强制使⽤GPU渲染
　　为了避免 2D transform 动画在开始和结束时发⽣的 repaint 操作，我们可以硬编码⼀些样式来解决这个问题：

.exam1{transform: translateZ(0);
}
.exam2{transform: rotateZ(360deg);
}

这段代码的作⽤就是让浏览器执⾏ 3D transform，浏览器通过该样式创建了⼀个独⽴图层，图层中的动画则有GPU进⾏预处理并且触发
了硬件加速。
3、使⽤硬件加速需要注意的事项
　　使⽤硬件加速并不是⼗全⼗美的事情，⽐如：
（1）内存。如果GPU加载了⼤量的纹理，那么很容易就会发⽣内存问题，这⼀点在移动端浏览器上尤为明显，所以，⼀定要牢记不要让页
⾯的每个元素都使⽤硬件加速。
（2）使⽤GPU渲染会影响字体的抗锯齿效果。这是因为GPU和CPU具有不同的渲染机制，即使最终硬件加速停⽌了，⽂本还是会在动画期
间显⽰得很模糊。
4、will-change
　　浏览器还提出了⼀个 will-change 属性，该属性允许开发者告知浏览器哪⼀个属性即将发⽣变化，从⽽为浏览器对该属性进⾏优化提供
了时间。下⾯是⼀个使⽤ will-change 的⽰例

.exam3{will-change: transform;
}

缺点在于其兼容性不⼤好。

总结：

可以使用GPU加速的CSS3属性

CSS transform
CSS opacity
CSS filter

1、transform 会使⽤ GPU 硬件加速，性能更好；position + top/left 会触发⼤量的重绘和回流，性能影响较⼤。
2、硬件加速的⼯作原理是创建⼀个新的复合图层，然后使⽤合成线程进⾏渲染。
3、3D 动画与 2D 动画的区别；2D动画会在动画开始和动画结束时触发2次重新渲染。
4、使⽤GPU可以优化动画效果，但是不要滥⽤，会有内存问题。
5、理解强制触发硬件加速的 transform 技巧，使⽤对GPU友好的CSS属性。

既然transform这个属性那么强大，我们就可以用他来优化我们平时的操作。例如：拖拽，在mouseover阶段就用transform，在mousedown阶段在再用position绝对定位，这样是就可以减少repaint和reflow的操作、还有就是动画。。。等等。