如何高性能的渲染十万条数据(时间分片)

[chenqf]

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，日后会持续整理。

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>

// 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

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运行时间和总渲染时间：

• 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>

//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);

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，每幅画面称为一帧，FPS是描述帧变化速度的物理量。

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。

在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

与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>

//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);

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。

当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>

//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);

参考

• Web 动画帧率（FPS）计算
• requestAnimationFrame 知多少

写在最后

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[wangjianio]

求教

在这个案例里，使用 fragment 相比在 for 循环里 appendChild 会有性能上的提升吗？

使用 fragment 是渲染一次，在 for 里循环 appendChild 很多次最后也只会渲染一次。

[violetjack]

@wangjianio 我记得每次 appendChild 都会渲染一次，而加到 fragment 上在 appendChild 的话只渲染一次。

[chenqf]

@wangjianio
比如当你append到document时，被append进去的元素的样式表的计算是同步发生的，此时getComputedStyle可以得到样式的计算值。而append到document fragment，没样式表什么事，可以省下这个计算。现代浏览器的优化做得更好，所以类似的，如果你在append到document之后没有访问getComputedStyle之类的，浏览器也可以把样式表计算推迟到脚本执行之后。所以你测下来 append 到 document fragment 和直接 append 到 document 上就差不多了。

[wangjianio]

@chenqf 👍受教了。

还是在 for 循环的情况下。

1. 如果在 for 循环中需要渲染后才能拿到的数据，比如 getComputedStyle 的值，这时使用 fragment 就没法实现了。
2. 在 fragment 可以实现的情况下，appendChild 又会被浏览器优化。

不过我简单测试了几个案例，发现 Chrome 下优化的很好，fragment 和 appendChild 没有明显的差别。但是 Safari 下有些情况 appendChild 会慢非常多，考虑到市面上那么多浏览器，并不一定都像最新版的 Chrome 优化的这么好，灵活使用 fragment 还是非常有必要的。

[kallsave]

👍