css3硬件加速

动画卡顿是在移动web开发时经常遇到的问题,解决这个问题一般会用到css3硬件加速
css3硬件加速这个名字感觉上很高大上,其实它做的事情可以简单概括为:通过GPU进行渲染,解放cpu。

现象

通过对比不使用css3加速使用css3加速两个例子,我们可以看到两者渲染的差异:

不使用css3加速.png
使用css3加速.png

前者通过改变top和left属性进行动画,fps维持在47左右,cpu一直进行计算;后者通过transform实现,fps在62左右,cpu基本不需要计算。对比可知通过transform不仅提升了渲染性能,也解放了cpu。

原理

DOM树和CSS结合后形成渲染树。渲染树中包含了大量的渲染元素,每一个渲染元素会被分到一个图层中,每个图层又会被加载到GPU形成渲染纹理。GPU中transform是不会触发 repaint 的,这一点非常类似3D绘图功能,最终这些使用 transform的图层都会由独立的合成器进程进行处理

通过chrome的timeline工具,绿色框代表需要repaint的部分,橙色框代表渲染图层,对比两者可知采用的css3硬件加速后,不会进行repaint操作,而只会产生一个渲染图层,GPU就负责操作这个渲染图层。


不使用css3加速.png

使用css3加速.png
复合图层

在原理中我们提到transform会创建一个图层,GPU会来执行transform的操作,这个图层且称为复合图层(composited layer)。
虽然 Chrome 的启发式方法(heuristic)随着时间在不断发展进步,但是从目前来说,满足以下任意情况便会创建层:

  • 3D 或透视变换(perspective transform) CSS 属性
  • 使用加速视频解码的元素,如<video>
  • 拥有 3D (WebGL) 上下文或加速的 2D 上下文的元素,如<canvas>
  • 混合插件(如 Flash)
  • 对自己的 opacity 做 CSS 动画或使用一个动画 webkit 变换的元素
  • 拥有加速 CSS 过滤器的元素,如CSS filters
  • 元素有一个包含复合层的后代节点(换句话说,就是一个元素拥有一个子元素,该子元素在自己的层里)
  • 元素有一个 z-index 较低且包含一个复合层的兄弟元素(换句话说就是该元素在复合层上面渲染)

如果页面建立了过多的复合图层,同样也会造成页面的卡顿。在CSS3硬件加速也有坑这篇文章中,作者介绍了由于z-index造成复合图层过多而引发的问题,在以后开发时可以借鉴。可以调试图层过多卡顿页面了解z-idnex对图层创建的影响。

启用

如下几个css属性可以触发硬件加速:

  • transform
  • opacity
  • filter
  • will-change:哪一个属性即将发生变化,进而进行优化。

上面的的例子中用到的是transform 2D,它是在运行时才会创建图层,因此在动画开始和结束时会进行repaint操作;而浏览器在渲染前就为transform 3D创建了图层。


开始时的repaint

结束时的repaint

可以通过transform的3D属性强制开启GPU加速:

  transform: translateZ(0);
  transform: rotateZ(360deg);
注意事项
  • 不能让每个元素都启用硬件加速,这样会暂用很大的内存,使页面会有很强的卡顿感。
  • GPU渲染会影响字体的抗锯齿效果。这是因为GPU和CPU具有不同的渲染机制,即使最终硬件加速停止了,文本还是会在动画期间显示得很模糊。
参考文章:
  1. CSS动画之硬件加速:作者比较详细介绍了硬件加速,总结的很到位。
  2. CSS3硬件加速也有坑: 作者介绍了由于z-index造成复合图层过多,以后开发加以注意。
  3. 使用CSS3 will-change提高页面滚动、动画等渲染性能: will-change的介绍
  4. javascript性能优化-repaint和reflow:性能杀手以及优化方法。
  5. 两张图解释CSS动画的性能:比较详细对比了采用硬件加速和不采用硬件加速的流程差异。
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