为什么说DOM操作很慢
最后更新于：2022-04-01 11:44:16
[为什么说DOM操作很慢](http://www.cnblogs.com/yuzhongwusan/articles/5275933.html)
一直都听说DOM很慢，要尽量少的去操作DOM，于是就想进一步去探究下为什么大家都会这样说，在网上学习了一些资料，这边整理出来。
首先，DOM对象本身也是一个js对象，所以严格来说，并不是操作这个对象慢，而是说操作了这个对象后，会触发一些浏览器行为，比如布局（layout）和绘制（paint）。下面主要先介绍下这些浏览器行为，阐述一个页面是怎么最终被呈现出来的，另外还会从代码的角度，来说明一些不好的实践以及一些优化方案。
##浏览器是如何呈现一张页面的
一个浏览器有许多模块，其中负责呈现页面的是渲染引擎模块，比较熟悉的有WebKit和Gecko等，这里也只会涉及这个模块的内容。
先用文字大致阐述下这个过程：
* 解析HTML，并生成一棵DOM tree
* 解析各种样式并结合DOM tree生成一棵Render tree
* 对Render tree的各个节点计算布局信息，比如box的位置与尺寸
* 根据Render tree并利用浏览器的UI层进行绘制
其中DOM tree和Render tree上的节点并非一一对应，比如一个"`display:none"`的节点就只会存在于DOM tree上，而不会出现在Render tree上，因为这个节点不需要被绘制。
上图是Webkit的基本流程，在术语上和Gecko可能会有不同，这里贴上Gecko的流程图，不过文章下面的内容都会统一使用Webkit的术语。
影响页面呈现的因素有许多，比如link的位置会影响首屏呈现等。但这里主要集中讨论与layout相关的内容。
paint是一个耗时的过程，然而layout是一个更耗时的过程，我们无法确定layout一定是自上而下或是自下而上进行的，甚至一次layout会牵涉到整个文档布局的重新计算。
但是layout是肯定无法避免的，所以我们主要是要最小化layout的次数。
##什么情况下浏览器会进行layout
在考虑如何最小化layout次数之前，要先了解什么时候浏览器会进行layout。
layout（reflow）一般被称为布局，这个操作是用来计算文档中元素的位置和大小，是渲染前重要的一步。在HTML第一次被加载的时候，会有一次layout之外，js脚本的执行和样式的改变同样会导致浏览器执行layout，这也是本文的主要要讨论的内容。
一般情况下，浏览器的layout是lazy的，也就是说：在js脚本执行时，是不会去更新DOM的，任何对DOM的修改都会被暂存在一个队列中，在当前js的执行上下文完成执行后，会根据这个队列中的修改，进行一次layout。
然而有时希望在js代码中立刻获取最新的DOM节点信息，浏览器就不得不提前执行layout，这是导致DOM性能问题的主因。
如下的操作会打破常规，并触发浏览器执行layout：
* 通过js获取需要计算的DOM属性
* 添加或删除DOM元素
* resize浏览器窗口大小
* 改变字体
* css伪类的激活，比如:hover
* 通过js修改DOM元素样式且该样式涉及到尺寸的改变
我们来通过一个例子直观的感受下：
~~~
// Read
var h1 = element1.clientHeight;
// Write (invalidates layout)
element1.style.height = (h1 * 2) + 'px';
// Read (triggers layout)
var h2 = element2.clientHeight;
// Write (invalidates layout)
element2.style.height = (h2 * 2) + 'px';
// Read (triggers layout)
var h3 = element3.clientHeight;
// Write (invalidates layout)
element3.style.height = (h3 * 2) + 'px';
~~~
clientHeight，这个属性是需要计算得到的，于是就会触发浏览器的一次layout。我们来利用chrome（v47.0）的开发者工具看下（截图中的timeline record已经经过筛选，仅显示layout）：
上面的例子中，代码首先修改了一个元素的样式，接下来读取另一个元素的`clientHeight`属性，由于之前的修改导致当前DOM被标记为脏，为了保证能准确的获取这个属性，浏览器会进行一次layout（我们发现chrome的开发者工具良心的提示了我们这个性能问题）。
优化这段代码很简单，预先读取所需要的属性，在一起修改即可。
~~~
// Read
var h1 = element1.clientHeight;
var h2 = element2.clientHeight;
var h3 = element3.clientHeight;
// Write (invalidates layout)
element1.style.height = (h1 * 2) + 'px';
element2.style.height = (h2 * 2) + 'px';
element3.style.height = (h3 * 2) + 'px';
~~~
看下这次的情况：
下面再介绍一些其他的优化方案。
##最小化layout的方案
上面提到的一个批量读写是一个，主要是因为获取一个需要计算的属性值导致的，那么哪些值是需要计算的呢？
这个链接里有介绍大部分需要计算的属性：[http://gent.ilcore.com/2011/03/how-not-to-trigger-layout-in-webkit.html](http://gent.ilcore.com/2011/03/how-not-to-trigger-layout-in-webkit.html)
再来看看别的情况：
###面对一系列DOM操作
针对一系列DOM操作（DOM元素的增删改），可以有如下方案：
* documentFragment
* display: none
* cloneNode
比如（仅以documentFragment为例）：
~~~
var fragment = document.createDocumentFragment();
for (var i=0; i < items.length; i++){
var item = document.createElement("li");
item.appendChild(document.createTextNode("Option " + i);
fragment.appendChild(item);
}
list.appendChild(fragment);
~~~
这类优化方案的核心思想都是相同的，就是先对一个不在Render tree上的节点进行一系列操作，再把这个节点添加回Render tree，这样无论多么复杂的DOM操作，最终都只会触发一次layout。
###面对样式的修改
针对样式的改变，我们首先需要知道并不是所有样式的修改都会触发layout，因为我们知道layout的工作是计算RenderObject的尺寸和大小信息，那么我如果只是改变一个颜色，是不会触发layout的。
这里有一个网站[CSS triggers](http://csstriggers.com/)，详细列出了各个CSS属性对浏览器执行layout和paint的影响。
像下面这种情况，和上面讲优化的部分是一样的，注意下读写即可。
~~~
elem.style.height = "100px"; // mark invalidated
elem.style.width = "100px";
elem.style.marginRight = "10px";
elem.clientHeight // force layout here
~~~
但是要提一下动画，这边讲的是js动画，比如：
~~~
function animate (from, to) {
if (from === to) return
requestAnimationFrame(function () {
from += 5
element1.style.height = from + "px"
animate(from, to)
})
}
animate(100, 500)
~~~
动画的每一帧都会导致layout，这是无法避免的，但是为了减少动画带来的layout的性能损失，可以将动画元素绝对定位，这样动画元素脱离文本流，layout的计算量会减少很多。
###使用requestAnimationFrame
任何可能导致重绘的操作都应该放入`requestAnimationFrame`
在现实项目中，代码按模块划分，很难像上例那样组织批量读写。那么这时可以把写操作放在`requestAnimationFrame`的callback中，统一让写操作在下一次paint之前执行。
~~~
// Read
var h1 = element1.clientHeight;
// Write
requestAnimationFrame(function() {
element1.style.height = (h1 * 2) + 'px';
});
// Read
var h2 = element2.clientHeight;
// Write
requestAnimationFrame(function() {
element2.style.height = (h2 * 2) + 'px';
});
~~~
可以很清楚的观察到Animation Frame触发的时机，MDN上说是在paint之前触发，不过我估计是在js脚本交出控制权给浏览器进行DOM的invalidated check之前执行。
##其他注意点
除了由于触发了layout而导致性能问题外，这边再列出一些其他细节：
缓存选择器的结果，减少DOM查询。这里要特别提下HTMLCollection。HTMLCollection是通过`document.getElementByTagName`得到的对象类型，和数组类型很类似但是每次获取这个对象的一个属性，都相当于进行一次DOM查询：
~~~
var divs = document.getElementsByTagName("div");
for (var i = 0; i < divs.length; i++){ //infinite loop
document.body.appendChild(document.createElement("div"));
}
~~~
比如上面的这段代码会导致无限循环，所以处理HTMLCollection对象的时候要做些缓存。
另外，减少DOM元素的嵌套深度并优化css，去除无用的样式对减少layout的计算量有一定帮助。
在DOM查询时，`querySelector`和`querySelectorAll`应该是最后的选择，它们功能最强大，但执行效率很差，如果可以的话，尽量用其他方法替代。
下面两个jsperf的链接，可以对比下性能。
1）[https://jsperf.com/getelementsbyclassname-vs-queryselectorall/162](https://jsperf.com/getelementsbyclassname-vs-queryselectorall/162)
2）[http://jsperf.com/getelementbyid-vs-queryselector/218](http://jsperf.com/getelementbyid-vs-queryselector/218)
##自己对View层的想法
上面的内容理论方面的东西偏多，从实践的角度来看，上面讨论的内容，正好是View层需要处理的事情。已经有一个库FastDOM来做这个事情，不过它的代码是这样的：
~~~
fastdom.read(function() {
console.log('read');
});
fastdom.write(function() {
console.log('write');
});
~~~
问题很明显，会导致`callback hell`，并且也可以预见到像FastDOM这样的imperative的代码缺乏扩展性，关键在于用了`requestAnimationFrame`后就变成了异步编程的问题了。要让读写状态同步，那必然需要在DOM的基础上写个Wrapper来内部控制异步读写，不过都到了这份上，感觉可以考虑直接上React了......
总之，尽量注意避免上面说到的问题，但如果用库，比如[jQuery](http://lib.csdn.net/base/22 "jQuery知识库")的话，layout的问题出在库本身的抽象上。像React引入自己的组件模型，用过virtual DOM来减少DOM操作，并可以在每次state改变时仅有一次layout，我不知道内部有没有用`requestAnimationFrame`之类的，感觉要做好一个View层就挺有难度的，之后准备学学React的代码。希望自己一两年后会过来再看这个问题的时候，可以有些新的见解。