使用 Chome Timeline 来优化页面性能

有时候，我们就是会不由自主地写出一些低效的代码，严重影响页面运行的效率。或者我们接手的项目中，前人写出来的代码千奇百怪，比如为了一个 Canvas 特效需要同时绘制 600 个三角形，又比如 Coding.net 的任务中心需要同时 watch 上万个变量的变化等等。那么，如果我们遇到了一个比较低效的页面，应该如何去优化它呢？

优化前的准备：知己知彼

在一切开始之前，我们先打开 F12 面板，熟悉一下我们接下来要用到的工具： Timeline ：

嗯没错就是它。下面逐一介绍一下吧。区域 1 是一个缩略图，可以看到除了时间轴以外被上下分成了四块，分别代表 FPS 、 CPU 时间、网络通信时间、堆栈占用；这个缩略图可以横向缩放，白色区域是下面可以看到的时间段（灰色当然是不可见的啦）。区域 2 可以看一些交互事件，例如你滚动了一下页面，那么这里会出现一个 scroll 的线段，线段覆盖的范围就是滚动经过的时间。区域 3 则是具体的事件列表了。

一开始没有记录的时候，所有的区域都是空的。开始统计和结束统计都很简单，左上角那坨黑色的圆圈就是。它右边那个长得像“禁止通行”的按钮是用来清除现有记录的。当有数据的时候，我们把鼠标滚轮向上滚，可以看到区域被放大了：

短短的时间里，浏览器做了这么多事情。对于一般的屏幕，原则上来说一秒要往屏幕上绘制 60 帧，所以理论上讲我们一帧内的计算时间不能超过 16 毫秒，然而浏览器除了执行我们的代码以外，还要干点别的（例如计算 CSS ，播放音频……），所以其实我们能用的只有 10~12 毫秒左右。

差不多熟悉操作了，那么就来一下实战吧！假如有一天，你接手了这样一段代码：

<!-- 一段小动画：点击按钮之后会有一个爆炸的粒子效果 -->
<!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()">点我</button>
    <script src="jquery.min.js"></script>
    <script src="animation.js"></script>
</body>
</html>

// animation.js

// 粒子总数
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;
        // 速度分量改变
        vx += F * Math.cos(d);
        vy += F * Math.sin(d) + G;
        // 计算新速度
        v = Math.sqrt(vx * vx + vy * vy);
        if (vy > 0) d = Math.acos(vx / v);
        else d = -Math.acos(vx / v);
        // 位移分量改变
        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 计数器是 Chrome 调试工具自带的）：

只有 10 FPS …… 10 FPS ……坑爹呢这是！

好吧，打开 Timeline ，按下记录按钮，点一下页面中的“点我”，稍微过一会儿停止记录，就会得到一些数据。放大一些，对 jQuery 比较熟悉的同学可以看出来，这些大部分是 jQuery 的函数。我们点一下那个 updateCircle 的区块，然后看下面：

这里告诉我们，这个函数运行了多久、函数代码在哪儿。我们点一下那个链接，于是就跳到了 Source 页：

是不是很震撼，之前这个页面只是用来 Debug 的，没想到现在居然带了精确到行的运行时间统计。当然，这个时间是当前这一行在“刚才我们点击的区块对应的执行时间段”中运行的时间。所以我们就拿最慢的几句话来下手吧！

优化一：减少 DOM 操作

看到这几行代码，第一反应是： mdzz 。本来 DOM 操作就慢，还要在字符串和 float 之间转来转去。果断改掉！于是用一个单独的数组来存 x、y、d、v 这些属性。

var objects = [];
// 在 init 函数中
objects.push({
    x: 250,
    y: 250,
    d: d,
    v: v
});
// 在 updateCircle 函数中
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;

效果显著！我们再来看一下精确到行的数据：

优化二：减少不必要的运算

所以最耗时的那句话已经变成了计算 vx 和 vy，毕竟三角函数算法比较复杂嘛，可以理解。至于后面的三角函数为什么那么快，我猜可能是 Chrome 的 V8 引擎将其缓存了（这句话不保证正确性）。然而不知道大家有没有发现，其实计算 d 完全没必要！我们只需要存 vx 和 vy 即可，不需要存 v 和 d！

// 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;
// 计算新速度
var v = Math.sqrt(vx * vx + vy * vy);
if (Math.abs(vx) < 1e-9) vx = 0;
// 速度分量改变
vx += F * vx / v;
vy += F * vy / v + G;
// ….
objects[i].vx = vx;
objects[i].vy = vy;

只有加减乘除和开平方运算，每次比原来的时间又少了两毫秒。从流畅的角度来说其实已经可以满帧运行了，然而为什么我还是觉得偶尔会有点卡呢？

优化三：替换 setInterval

既然偶尔会掉帧，那么就看看是怎么掉的呗~原则上来说，在每一次浏览器进行绘制之前， Timeline 里面应该有一个叫 Paint 的事件，就像这样：

看到这些绿色的东西了没？就是它们！看上面的时间轴，虽然代码中 setInterval 的长度是 1000/16 毫秒，但是其实根本不能保证！所以我们需要使用 requestAnimationFrame 来代替它。这是浏览器自带的专门为动画服务的函数，浏览器会自动优化这个函数的调用时机。并且如果页面被隐藏，浏览器还会自动暂停调用，有效地减少了 CPU 的开销。

// 在 updateCircle 最后加一句
requestAnimationFrame(updateCircle);
// 去掉全部跟 setInterval 有关的句子，把 showAnimation 最后一句直接改成这个
updateCircle();

我们至少可以保证，我们每算一次，屏幕上就会显示一次，因此不会掉帧（前提是每计算一次的时间小于 12ms ）。但是虽然计算时间少了，浏览器重计算样式、绘制图像的时间可是一点都没变。能不能再做优化呢？

优化四：使用硬件加速、避免反复查找元素

如果我们用 transform 来代替 left 和 top 来对元素进行定位，那么浏览器会为这个元素单独创立一个合成层，专门使用 GPU 进行渲染，这样可以把重计算的代价降到最低。有兴趣的同学可以研究一下“ CSS 硬件加速”的机制。同时，我们可以缓存一下 jQuery 的元素（或者 DOM 元素），这样不用每次都重新查找，也能稍微提高一点效率。如果把元素缓存在 objects 数组中，那么连 id 都不用写了！

// init
var circle = $('<div class="circle"></div>');
objects.push({
    x: 250,
    y: 250,
    vx: vx,
    vy: vy,
    // 其实可以只存 DOM ，不存 jQuery 对象
    circle: circle[0]
});
// updateCircle 里面 for 循环的最后一句话替换掉
objects[i].circle.style.transform = 'translate(' + x + 'px, ' + (400 - y) + 'px)';

看起来是不是很爽了？

其实，优化是无止境的，例如我在 init 函数中完全可以不用 jQuery ，改用 createDocumentFragment 来拼接元素，这样初始化的时间就可以急剧缩短；调换 updateCircle 中的几个语句的顺序，在 V8 引擎下效率可能会有一定的提升；甚至还可以结合 Profile 面板来分析内存占用，查看浏览器绘图的细节……然而个人感觉并用不到这么极限的优化。对于一个项目来说，如果单纯为了优化而写一些奇怪的代码，是很不合算的。

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P.S. 全部的代码在这里，欢迎吐槽：

未优化版 | 优化版