使用Chrome Timeline来优化页面性能-chrome timeline

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，***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 ***加一句 
requestAnimationFrame(updateCircle); 
// 去掉全部跟 setInterval 有关的句子，把 showAnimation ***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***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***。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***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。