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「前端进阶」高性能渲染十万条数据(时间分片)

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前言

在实际工作中,我们很少会遇到一次性需要向页面中插入大量数据的情况,但是为了丰富我们的知识体系,我们有必要了解并清楚当遇到大量数据时,如何才能在不卡主页面的情况下渲染数据,以及其中背后的原理。

对于一次性插入大量数据的情况,一般有两种做法:

  1. 时间分片
  2. 虚拟列表

本文作为开篇,着重来介绍如何使用时间分片的方式来渲染大量数据,虚拟列表相关的内容,参见「前端进阶」高性能渲染十万条数据(虚拟列表)

最粗暴的做法(一次性渲染)

我们先来看看最粗暴的做法,一次性将大量数据插入到页面中:

<ul id="container"></ul>
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// 记录任务开始时间
let now = Date.now();
// 插入十万条数据
const total = 100000;
// 获取容器
let ul = document.getElementById('container');
// 将数据插入容器中
for (let i = 0; i < total; i++) {
    let li = document.createElement('li');
    li.innerText = ~~(Math.random() * total)
    ul.appendChild(li);
}

console.log('JS运行时间:',Date.now() - now);
setTimeout(()=>{
  console.log('总运行时间:',Date.now() - now);
},0)
// print: JS运行时间: 187
// print: 总运行时间: 2844
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我们对十万条记录进行循环操作,JS的运行时间为187ms,还是蛮快的,但是最终渲染完成后的总时间确是2844ms

简单说明一下,为何两次console.log的结果时间差异巨大,并且是如何简单来统计JS运行时间总渲染时间

  • 在 JS 的Event Loop中,当JS引擎所管理的执行栈中的事件以及所有微任务事件全部执行完后,才会触发渲染线程对页面进行渲染
  • 第一个console.log的触发时间是在页面进行渲染之前,此时得到的间隔时间为JS运行所需要的时间
  • 第二个console.log是放到 setTimeout 中的,它的触发时间是在渲染完成,在下一次Event Loop中执行的

关于Event Loop的详细内容请参见这篇文章-->

依照两次console.log的结果,可以得出结论:

对于大量数据渲染的时候,JS运算并不是性能的瓶颈,性能的瓶颈主要在于渲染阶段

使用定时器

从上面的例子,我们已经知道,页面的卡顿是由于同时渲染大量DOM所引起的,所以我们考虑将渲染过程分批进行

在这里,我们使用setTimeout来实现分批渲染

<ul id="container"></ul>
复制代码
//需要插入的容器
let ul = document.getElementById('container');
// 插入十万条数据
let total = 100000;
// 一次插入 20 条
let once = 20;
//总页数
let page = total/once
//每条记录的索引
let index = 0;
//循环加载数据
function loop(curTotal,curIndex){
    if(curTotal <= 0){
        return false;
    }
    //每页多少条
    let pageCount = Math.min(curTotal , once);
    setTimeout(()=>{
        for(let i = 0; i < pageCount; i++){
            let li = document.createElement('li');
            li.innerText = curIndex + i + ' : ' + ~~(Math.random() * total)
            ul.appendChild(li)
        }
        loop(curTotal - pageCount,curIndex + pageCount)
    },0)
}
loop(total,index);
复制代码

用一个gif图来看一下效果

我们可以看到,页面加载的时间已经非常快了,每次刷新时可以很快的看到第一屏的所有数据,但是当我们快速滚动页面的时候,会发现页面出现闪屏或白屏的现象

为什么会出现闪屏现象呢

首先,理清一些概念。FPS表示的是每秒钟画面更新次数。我们平时所看到的连续画面都是由一幅幅静止画面组成的,每幅画面称为一FPS是描述变化速度的物理量。

大多数电脑显示器的刷新频率是60Hz,大概相当于每秒钟重绘60次,FPS为60frame/s,为这个值的设定受屏幕分辨率、屏幕尺寸和显卡的影响。

因此,当你对着电脑屏幕什么也不做的情况下,大多显示器也会以每秒60次的频率正在不断的更新屏幕上的图像。

为什么你感觉不到这个变化?

那是因为人的眼睛有视觉停留效应,即前一副画面留在大脑的印象还没消失,紧接着后一副画面就跟上来了, 这中间只间隔了16.7ms(1000/60≈16.7),所以会让你误以为屏幕上的图像是静止不动的。

而屏幕给你的这种感觉是对的,试想一下,如果刷新频率变成1次/秒,屏幕上的图像就会出现严重的闪烁, 这样就很容易引起眼睛疲劳、酸痛和头晕目眩等症状。

大多数浏览器都会对重绘操作加以限制,不超过显示器的重绘频率,因为即使超过那个频率用户体验也不会有提升。 因此,最平滑动画的最佳循环间隔是1000ms/60,约等于16.6ms。

直观感受,不同帧率的体验:

  • 帧率能够达到 50 ~ 60 FPS 的动画将会相当流畅,让人倍感舒适;
  • 帧率在 30 ~ 50 FPS 之间的动画,因各人敏感程度不同,舒适度因人而异;
  • 帧率在 30 FPS 以下的动画,让人感觉到明显的卡顿和不适感;
  • 帧率波动很大的动画,亦会使人感觉到卡顿。

简单聊一下 setTimeout 和闪屏现象

  • setTimeout的执行时间并不是确定的。在JS中,setTimeout任务被放进事件队列中,只有主线程执行完才会去检查事件队列中的任务是否需要执行,因此setTimeout的实际执行时间可能会比其设定的时间晚一些。
  • 刷新频率受屏幕分辨率和屏幕尺寸的影响,因此不同设备的刷新频率可能会不同,而setTimeout只能设置一个固定时间间隔,这个时间不一定和屏幕的刷新时间相同。

以上两种情况都会导致setTimeout的执行步调和屏幕的刷新步调不一致。

setTimeout中对dom进行操作,必须要等到屏幕下次绘制时才能更新到屏幕上,如果两者步调不一致,就可能导致中间某一帧的操作被跨越过去,而直接更新下一帧的元素,从而导致丢帧现象。

使用 requestAnimationFrame

setTimeout相比,requestAnimationFrame最大的优势是由系统来决定回调函数的执行时机。

如果屏幕刷新率是60Hz,那么回调函数就每16.7ms被执行一次,如果刷新率是75Hz,那么这个时间间隔就变成了1000/75=13.3ms,换句话说就是,requestAnimationFrame的步伐跟着系统的刷新步伐走。它能保证回调函数在屏幕每一次的刷新间隔中只被执行一次,这样就不会引起丢帧现象。

我们使用requestAnimationFrame来进行分批渲染:

<ul id="container"></ul>
复制代码
//需要插入的容器
let ul = document.getElementById('container');
// 插入十万条数据
let total = 100000;
// 一次插入 20 条
let once = 20;
//总页数
let page = total/once
//每条记录的索引
let index = 0;
//循环加载数据
function loop(curTotal,curIndex){
    if(curTotal <= 0){
        return false;
    }
    //每页多少条
    let pageCount = Math.min(curTotal , once);
    window.requestAnimationFrame(function(){
        for(let i = 0; i < pageCount; i++){
            let li = document.createElement('li');
            li.innerText = curIndex + i + ' : ' + ~~(Math.random() * total)
            ul.appendChild(li)
        }
        loop(curTotal - pageCount,curIndex + pageCount)
    })
}
loop(total,index);
复制代码

看下效果

我们可以看到,页面加载的速度很快,并且滚动的时候,也很流畅没有出现闪烁丢帧的现象。

这就结束了么,还可以再优化么?

当然~~

使用 DocumentFragment

先解释一下什么是 DocumentFragment ,文献引用自MDN

DocumentFragment,文档片段接口,表示一个没有父级文件的最小文档对象。它被作为一个轻量版的Document使用,用于存储已排好版的或尚未打理好格式的XML片段。最大的区别是因为DocumentFragment不是真实DOM树的一部分,它的变化不会触发DOM树的(重新渲染) ,且不会导致性能等问题。
可以使用document.createDocumentFragment方法或者构造函数来创建一个空的DocumentFragment

从MDN的说明中,我们得知DocumentFragments是DOM节点,但并不是DOM树的一部分,可以认为是存在内存中的,所以将子元素插入到文档片段时不会引起页面回流。

append元素到document中时,被append进去的元素的样式表的计算是同步发生的,此时调用 getComputedStyle 可以得到样式的计算值。 而append元素到documentFragment 中时,是不会计算元素的样式表,所以documentFragment 性能更优。当然现在浏览器的优化已经做的很好了, 当append元素到document中后,没有访问 getComputedStyle 之类的方法时,现代浏览器也可以把样式表的计算推迟到脚本执行之后。

最后修改代码如下:

<ul id="container"></ul>
复制代码
//需要插入的容器
let ul = document.getElementById('container');
// 插入十万条数据
let total = 100000;
// 一次插入 20 条
let once = 20;
//总页数
let page = total/once
//每条记录的索引
let index = 0;
//循环加载数据
function loop(curTotal,curIndex){
    if(curTotal <= 0){
        return false;
    }
    //每页多少条
    let pageCount = Math.min(curTotal , once);
    window.requestAnimationFrame(function(){
        let fragment = document.createDocumentFragment();
        for(let i = 0; i < pageCount; i++){
            let li = document.createElement('li');
            li.innerText = curIndex + i + ' : ' + ~~(Math.random() * total)
            fragment.appendChild(li)
        }
        ul.appendChild(fragment)
        loop(curTotal - pageCount,curIndex + pageCount)
    })
}
loop(total,index);
复制代码

最后

本文更多的是提供一个思路,通过时间分片的方式来同时加载大量简单DOM。对于复杂DOM的情况,一般会用到虚拟列表的方式来实现,关于这一问题,会持续整理,敬请期待。

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参考

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