技术进阶：通过来JavaScript 性能调优提高 Web 应用性能
ngyx2624
7年前
<h2>前言</h2> <p>现在的互联网应用中，在Web 开发中经常会遇到性能的问题，尤其是针对当今的 Web2.0 +应用。JavaScript 是当今使用最为广泛的 Web 开发语言，Web 应用的性能问题很大一部分都是由程序员写的 JavaScript 脚本性能不佳所造成的，里面包括了 JavaScript 语言本身的性能问题，以及其与 DOM 交互时的性能问题。本文主要来探讨一下如何尽可能多的避免这类问题，从而最大限度的提高 Web 应用的性能。</p> <h2>1.JavaScript 性能调优</h2> <p>JavaScript 语言由于它的单线程和解释执行的两个特点，决定了它本身有很多地方有性能问题，所以可改进的地方有不少。</p> <h3>1.1 eval 的问题：</h3> <p>比较下述代码：</p> <p>清单 1. eval 的问题</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/d709e3f6fc093f0085fb3be4a4f82e83.jpg"></p> <p>有"eval"的代码比没有"eval"的代码要慢上 100 倍以上。</p> <p>主要原因是：JavaScript 代码在执行前会进行类似"预编译"的操作：首先会创建一个当前执行环境下的活动对象，并将那些用 var 申明的变量设置为活动对象的属性，但是此时这些变量的赋值都是 undefined，并将那些以 function 定义的函数也添加为活动对象的属性，而且它们的值正是函数的定义。但是，如果你使用了"eval"，则"eval"中的代码（实际上为字符串）无法预先识别其上下文，无法被提前解析和优化，即无法进行预编译的操作。所以，其性能也会大幅度降低。</p> <h3>1.2 Function 的用法</h3> <p>比较下述代码：</p> <p>清单 2. function 的用法</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/d2b8ed01c6a6e0edffc2055f9bb0dee4.jpg"></p> <p>这里类似之前提到的"eval"方法，这里"func1"的效率会比"func2"的效率差很多，所以推荐使用第二种方式。</p> <h3>1.3函数的作用域链（scope chain）</h3> <p>JavaScript 代码解释执行，在进入函数内部时，它会预先分析当前的变量，并将这些变量归入不同的层级（level），一般情况下：</p> <p>局部变量放入层级 1（浅），全局变量放入层级 2（深）。如果进入"with"或"try – catch"代码块，则会增加新的层级，即将"with"或"catch"里的变量放入最浅层（层 1），并将之前的层级依次加深。</p> <p>参考如下代码：</p> <p>清单 3. 函数作用域链</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/a8cecb64d924f0541e498cc966ce474c.jpg"></p> <p>这里我们可以看到，"images"，"widget"，"combination"属于局部变量，在层 1。"document"，"myObj"属于全局变量，在层 2。</p> <p>变量所在的层越浅，访问（读取或修改）速度越快，层越深，访问速度越慢。所以这里对"images"，"widget"，"combination"的访问速度比"document"，"myObj"要快一些。所以推荐尽量使用局部变量，可见如下代码：</p> <p>清单 4. 使用局部变量</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/d72af530b7e76327dbf69041c9cb7d29.jpg"></p> <p>我们用局部变量"doc"取代全局变量"document"，这样可以改进性能，尤其是对于大量使用全局变量的函数里面。</p> <p>再看如下代码：</p> <p>清单 5. 慎用 with</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/c96ec6db3b963a0a40d2f97cce2655e5.jpg"></p> <p>加上"with"关键字，我们让代码更加简洁清晰了，但是这样做性能会受影响。正如之前说的，当我们进入"with"代码块时，"combination"便从原来的层 1 变到了层 2，这样，效率会大打折扣。所以比较一下，还是使用原来的代码：</p> <p>清单 6. 改进 with</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/97bfb9dcc68624fc8d93cb30c07f3191.jpg"></p> <p>但是这样并不是最好的方式，JavaScript 有个特点，对于 object 对象来说，其属性访问层级越深，效率越低，比如这里的"myObj"已经访问到了第 3 层，我们可以这样改进一下：</p> <p>清单 7. 缩小对象访问层级</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/af4b7bde2c36745d99fae87d68171643.jpg"></p> <p>我们用局部变量来代替"myObj"的第 2 层的"container"对象。如果有大量的这种对对象深层属性的访问，可以参照以上方式提高性能。</p> <h3>1.4字符串（String）相关</h3> <p>字符串拼接</p> <p>经常看到这样的代码：</p> <p>清单 8. 字符串简单拼接</p> <p>str += "str1" + "str2"</p> <p>这是我们拼接字符串常用的方式，但是这种方式会有一些临时变量的创建和销毁，影响性能，所以推荐使用如下方式拼接：</p> <p>清单 9. 字符串数组方式拼接</p> <p>var str_array = [];</p> <p>str_array.push("str1");</p> <p>str_array.push("str2");</p> <p>str = str_array.join("");</p> <p>这里我们利用数组（array）的"join"方法实现字符串的拼接，尤其是程序的老版本的 Internet Explore（IE6）上运行时，会有非常明显的性能上的改进。</p> <p>当然，最新的浏览器（如火狐 Firefox3+，IE8+ 等等）对字符串的拼接做了优化，我们也可以这样写：</p> <p>清单 10. 字符串快速拼接</p> <p>str +="str1"</p> <p>str +="str2"</p> <p>新的浏览器对"+="做了优化，性能略快于数组的"join"方法。在不久的将来更新版本浏览器可能对"+"也会做优化，所以那时我们可以直接写：str += "str1" + "str2"。</p> <p>隐式类型转换</p> <p>参考如下代码：</p> <p>清单 11. 隐式类型转换</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/b872f01d8bb441d3f2ee47792778c820.jpg"></p> <p>这里我们在每个循环时都会调用字符串的"charAt"方法，但是由于我们是将常量"12345678"赋值给"str"，所以"str"这里事实上并不是一个字符串对象，当它每次调用"charAt"函数时，都会临时构造值为"12345678"的字符串对象，然后调用"charAt"方法，最后再释放这个字符串临时对象。我们可以做一些改进：</p> <p>清单 12. 避免隐式类型转换</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/619f7881afa5ab8614f6e3946c798664.jpg"></p> <p>这样一来，变量"str"作为一个字符串对象，就不会有这种隐式类型转换的过程了，这样一来，效率会显著提高。</p> <p>字符串匹配</p> <p>JavaScript 有 RegExp 对象，支持对字符串的正则表达式匹配。是一个很好的工具，但是它的性能并不是非常理想。相反，字符串对象（String）本身的一些基本方法的效率是非常高的，比如"substring"，"indexOf"，"charAt"等等，在我们需要用正则表达式匹配字符串时，可以考虑一下：</p> <p>1)是否能够通过字符串对象本身支持的基本方法解决问题。</p> <p>2)是否可以通过"substring"来缩小需要用正则表达式的范围。</p> <p>这些方式都能够有效的提高程序的效率。</p> <p>关于正则表达式对象，还有一点需要注意，参考如下代码：</p> <p>清单 13. 正则表达式</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/8a1aeff2601054989386ef0754a7e03e.jpg"></p> <p>这里，我们往"match"方法传入"/^s*extras/"是会影响效率的，它会构建临时值为"/^s*extras/"的正则表达式对象，执行"match"方法，然后销毁临时的正则表达式对象。我们可以这样做：</p> <p>清单 14. 利用变量</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/67005f5eb3f36e67db2d70d04df9b9ea.jpg"></p> <p>这样就不会有临时对象了。</p> <p>setTimeout 和 setInterval</p> <p>"setTimeout"和"setInterval"这两个函数可以接受字符串变量，但是会带来与之前谈到的"eval"类似的性能问题，所以建议还是直接传入函数对象本身。</p> <p>利用提前退出</p> <p>参考如下两段代码：</p> <p>清单 15. 利用提前退出</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/c94858f3e7d25a3382696dc3f6e975b2.jpg"></p> <p>代码 2 多了一个对"name.indexOf( … )"的判断，这使得程序每次走到这一段时会先执行"indexOf"的判断，再执行后面的"match"，在"indexOf"比"match"效率高很多的前提下，这样做会减少"match"的执行次数，从而一定程度的提高效率。</p> <h2>2. DOM 操作性能调优</h2> <p>JavaScript 的开发离不开 DOM 的操作，所以对 DOM 操作的性能调优在 Web 开发中也是非常重要的。</p> <h3>2.1 Repaint 和 Reflow</h3> <p>Repaint 也叫 Redraw，它指的是一种不会影响当前 DOM 的结构和布局的一种重绘动作。如下动作会产生 Repaint 动作：</p> <p>不可见到可见（visibility 样式属性）</p> <p>颜色或图片变化（background, border-color, color 样式属性）</p> <p>不改变页面元素大小，形状和位置，但改变其外观的变化</p> <p>Reflow 比起 Repaint 来讲就是一种更加显著的变化了。它主要发生在 DOM 树被操作的时候，任何改变 DOM 的结构和布局都会产生 Reflow。但一个元素的 Reflow 操作发生时，它的所有父元素和子元素都会放生 Reflow，最后 Reflow 必然会导致 Repaint 的产生。举例说明，如下动作会产生 Repaint 动作：</p> <p>浏览器窗口的变化</p> <p>DOM 节点的添加删除操作</p> <p>一些改变页面元素大小，形状和位置的操作的触发</p> <h3>2.2 减少 Reflow</h3> <p>通过 Reflow 和 Repaint 的介绍可知，每次 Reflow 比其 Repaint 会带来更多的资源消耗，我们应该尽量减少 Reflow 的发生，或者将其转化为只会触发 Repaint 操作的代码。</p> <p>参考如下代码：</p> <p>清单 16. reflow 介绍</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/f31c959854295cee3990bc6885e9863f.jpg"></p> <p>这是我们经常接触的代码了，但是这段代码会产生 3 次 reflow。再看如下代码：</p> <p>清单 17. 减少 reflow</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/641d87e43d8835c0f28031c5cc61bad7.jpg"></p> <p>这里便只有一次 reflow，所以我们推荐这种 DOM 节点操作的方式。</p> <p>关于上述较少 Reflow 操作的解决方案，还有一种可以参考的模式：</p> <p>清单 18. 利用 display 减少 reflow</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/619f7881afa5ab8614f6e3946c798664.jpg"></p> <p>先隐藏 pDiv，再显示，这样，隐藏和显示之间的操作便不会产生任何的 Reflow，提高了效率。</p> <h3>2.3特殊测量属性和方法</h3> <p>DOM 元素里面有一些特殊的测量属性的访问和方法的调用，也会触发 Reflow，比较典型的就是"offsetWidth"属性和"getComputedStyle"方法。</p> <p>图 1. 特殊测量属性和方法</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/6276bbac98bdb9141d9f1db7ed759a76.jpg"></p> <p>这些测量属性和方法大致有这些：</p> <p>· offsetLeft</p> <p>· offsetTop</p> <p>· offsetHeight</p> <p>· offsetWidth</p> <p>· scrollTop/Left/Width/Height</p> <p>· clientTop/Left/Width/Height</p> <p>· getComputedStyle()</p> <p>· currentStyle(in IE))</p> <p>这些属性和方法的访问和调用，都会触发 Reflow 的产生，我们应该尽量减少对这些属性和方法的访问和调用，参考如下代码：</p> <p>清单 19. 特殊测量属性</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/2cb65aff184de1b8b50600aabeab105e.jpg"></p> <p>这里我们可以用临时变量将"offsetWidth"的值缓存起来，这样就不用每次访问"offsetWidth"属性。这种方式在循环里面非常适用，可以极大地提高性能。</p> <h3>2.4 样式相关</h3> <p>我们肯定经常见到如下的代码：</p> <p>清单 20. 样式相关</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/3ddf2a9d77bd53c8394c6665a7b13c37.jpg"></p> <p>但是可以看到，这里的每一个样式的改变，都会产生 Reflow。需要减少这种情况的发生，我们可以这样做：</p> <p>解决方案 1：</p> <p>清单 21. className 解决方案</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/d0f41414b0c18982a51040a502ed6364.jpg"></p> <p>用 class 替代 style，可以将原有的所有 Reflow 或 Repaint 的次数都缩减到一个。</p> <p>解决方案 2：</p> <p>清单 22. cssText 解决方案</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/c2ffd1236d7dcfc0eba97060500d677c.jpg"></p> <p>一次性设置所有样式，也是减少 Reflow 提高性能的方法。</p> <h3>2.5 XPath</h3> <p>一个页面上往往包含 1000 多页面元素，在定位具体元素的时候，往往需要一定的时间。如果用 id 或 name 定位可能效率不会太慢，如果用元素的一些其他属性（比如 className 等等）定位，可能效率有不理想了。有的可能只能通过遍历所有元素（getElementsByTagName）然后过滤才能找到相应元素，这就更加低效了，这里我们推荐使用 XPath 查找元素，这是很多浏览器本身支持的功能。</p> <p>清单 23. XPath 解决方案</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/2bbcb737b4449342b8cfc86385ac49ca.jpg"></p> <p>浏览器 XPath 的搜索引擎会优化搜索效率，大大缩短结果返回时间。</p> <h3>2.6 HTMLCollection 对象</h3> <p>这是一类特殊的对象，它们有点像数组，但不完全是数组。下述方法的返回值一般都是 HTMLCollection 对象：</p> <p>· document.images, document.forms</p> <p>· getElementsByTagName()</p> <p>· getElementsByClassName()</p> <p>这些 HTMLCollection 对象并不是一个固定的值，而是一个动态的结果。它们是一些比较特殊的查询的返回值，在如下情况下，它们会重新执行之前的查询而得到新的返回值（查询结果），虽然多数情况下会和前一次或几次的返回值都一样：</p> <p>· Length 属性</p> <p>· 具体的某个成员</p> <p>所以，HTMLCollection 对象对这些属性和成员的访问，比起数组来要慢很多。当然也有例外，Opera 和 Safari 对这种情况就处理的很好，不会有太大性能问题。</p> <p>参考如下代码：</p> <p>清单 24. HTMLConnection 对象</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/e19b08a34a77fdeaf7e8a8f35c027101.jpg"></p> <p>上述两端代码，下面的效率比起上面一段要慢很多，因为每一个循环都会有"items.length"的触发，也就会导致"document.getElementsByTagName(..)"方法的再次调用，这便是效率便会大幅度下降的原因。我们可以这样解决：</p> <p>清单 25. HTMLConnection 对象解决方案</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/20b2ff9ccd7b1213bc13990bb96f6bed.jpg"></p> <p>这样一来，效率基本与普通数组一样。</p> <h3>2.7 动态创建 script 标签</h3> <p>加载并执行一段 JavaScript 脚本是需要一定时间的，在我们的程序中，有时候有些 JavaScript 脚本被加载后基本没有被使用过 （比如：脚本里的函数从来没有被调用等等）。加载这些脚本只会占用 CPU 时间和增加内存消耗，降低 Web 应用的性能。所以推荐动态的加载 JavaScript 脚本文件，尤其是那些内容较多，消耗资源较大的脚本文件。</p> <p>清单 26. 创建 script 标签</p> <p><img src="https://simg.open-open.com/show/e00cd502a38c1dbdfe5eb9195e211b72.jpg"></p> <h2>写在最后</h2> <p>这篇文章介绍了 Web 开发中关于性能方面需要注意的一些小细节，从 JavaScript 本身着手，介绍了 JavaScript 中需要避免的一些函数的使用和编程规则，比如 eval 的弊端，function scope chain 以及 String 的用法等等，也分享了一些比较推荐的做法，并扩展到 JavaScript 对 DOM 操作的性能调优，比如利用 Repaint 和 Reflow 的机制，如何使用特殊测量属性，样式相关的性能调优以及 HTMLCollection 对象的原理和使用小技巧。这些小细节我们可以在开发过程中尽量注意一下，以尽可能多的提高我们 Web 应用的性能。</p> <p> </p> <p>来自：http://news.51cto.com/art/201802/565921.htm</p> <p> </p>