「前端進階」高性能渲染十萬條數據(時間分片)

前言
在實際工作中，我們很少會遇到一次性需要向頁面中插入大量數據的情況，但是為了豐富我們的知識體系，我們有必要了解并清楚當遇到大量數據時，如何才能在不卡主頁面的情況下渲染數據，以及其中背后的原理。

對于一次性插入大量數據的情況，一般有兩種做法：

時間分片
虛擬列表
本文作為開篇，著重來介紹如何使用時間分片的方式來渲染大量數據，虛擬列表相關的內容，日后會持續整理。

最粗暴的做法（一次性渲染）
我們先來看看最粗暴的做法，一次性將大量數據插入到頁面中：

<ul id="container"></ul>
復制代碼
// 記錄任務開始時間
let now = Date.now();
// 插入十萬條數據
const total = 100000;
// 獲取容器
let ul = document.getElementById('container');
// 將數據插入容器中
for (let i = 0; i < total; i++) {
let li = document.createElement('li');
li.innerText = ~~(Math.random() * total)
ul.appendChild(li);
}

console.log('JS運行時間：',Date.now() - now);
setTimeout(()=>{
console.log('總運行時間：',Date.now() - now);
},0)
// print: JS運行時間： 187
// print: 總運行時間： 2844
復制代碼
我們對十萬條記錄進行循環操作，JS的運行時間為187ms，還是蠻快的，但是最終渲染完成后的總時間確是2844ms。

簡單說明一下，為何兩次console.log的結果時間差異巨大，并且是如何簡單來統計JS運行時間和總渲染時間：

在 JS 的Event Loop中，當JS引擎所管理的執行棧中的事件以及所有微任務事件全部執行完后，才會觸發渲染線程對頁面進行渲染
第一個console.log的觸發時間是在頁面進行渲染之前，此時得到的間隔時間為JS運行所需要的時間
第二個console.log是放到 setTimeout 中的，它的觸發時間是在渲染完成，在下一次Event Loop中執行的
關于Event Loop的詳細內容請參見這篇文章-->

依照兩次console.log的結果，可以得出結論：

對于大量數據渲染的時候，JS運算并不是性能的瓶頸，性能的瓶頸主要在于渲染階段

使用定時器
從上面的例子，我們已經知道，頁面的卡頓是由于同時渲染大量DOM所引起的，所以我們考慮將渲染過程分批進行

在這里，我們使用setTimeout來實現分批渲染

<ul id="container"></ul>
復制代碼
//需要插入的容器
let ul = document.getElementById('container');
// 插入十萬條數據
let total = 100000;
// 一次插入 20 條
let once = 20;
//總頁數
let page = total/once
//每條記錄的索引
let index = 0;
//循環加載數據
function loop(curTotal,curIndex){
if(curTotal <= 0){
return false;
}
//每頁多少條
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);
復制代碼
用一個gif圖來看一下效果

我們可以看到，頁面加載的時間已經非常快了，每次刷新時可以很快的看到第一屏的所有數據，但是當我們快速滾動頁面的時候，會發現頁面出現閃屏或白屏的現象

為什么會出現閃屏現象呢
首先，理清一些概念。FPS表示的是每秒鐘畫面更新次數。我們平時所看到的連續畫面都是由一幅幅靜止畫面組成的，每幅畫面稱為一幀，FPS是描述幀變化速度的物理量。

大多數電腦顯示器的刷新頻率是60Hz，大概相當于每秒鐘重繪60次，FPS為60frame/s，為這個值的設定受屏幕分辨率、屏幕尺寸和顯卡的影響。

因此，當你對著電腦屏幕什么也不做的情況下，大多顯示器也會以每秒60次的頻率正在不斷的更新屏幕上的圖像。

為什么你感覺不到這個變化？

那是因為人的眼睛有視覺停留效應，即前一副畫面留在大腦的印象還沒消失，緊接著后一副畫面就跟上來了， 這中間只間隔了16.7ms(1000/60≈16.7)，所以會讓你誤以為屏幕上的圖像是靜止不動的。

而屏幕給你的這種感覺是對的，試想一下，如果刷新頻率變成1次/秒，屏幕上的圖像就會出現嚴重的閃爍， 這樣就很容易引起眼睛疲勞、酸痛和頭暈目眩等癥狀。

大多數瀏覽器都會對重繪操作加以限制，不超過顯示器的重繪頻率，因為即使超過那個頻率用戶體驗也不會有提升。 因此，最平滑動畫的最佳循環間隔是1000ms/60，約等于16.6ms。

直觀感受，不同幀率的體驗：

幀率能夠達到 50 ～ 60 FPS 的動畫將會相當流暢，讓人倍感舒適；
幀率在 30 ～ 50 FPS 之間的動畫，因各人敏感程度不同，舒適度因人而異；
幀率在 30 FPS 以下的動畫，讓人感覺到明顯的卡頓和不適感；
幀率波動很大的動畫，亦會使人感覺到卡頓。
簡單聊一下 setTimeout 和閃屏現象
setTimeout的執行時間并不是確定的。在JS中，setTimeout任務被放進事件隊列中，只有主線程執行完才會去檢查事件隊列中的任務是否需要執行，因此setTimeout的實際執行時間可能會比其設定的時間晚一些。
刷新頻率受屏幕分辨率和屏幕尺寸的影響，因此不同設備的刷新頻率可能會不同，而setTimeout只能設置一個固定時間間隔，這個時間不一定和屏幕的刷新時間相同。
以上兩種情況都會導致setTimeout的執行步調和屏幕的刷新步調不一致。

在setTimeout中對dom進行操作，必須要等到屏幕下次繪制時才能更新到屏幕上，如果兩者步調不一致，就可能導致中間某一幀的操作被跨越過去，而直接更新下一幀的元素，從而導致丟幀現象。

使用 requestAnimationFrame
與setTimeout相比，requestAnimationFrame最大的優勢是由系統來決定回調函數的執行時機。

如果屏幕刷新率是60Hz,那么回調函數就每16.7ms被執行一次，如果刷新率是75Hz，那么這個時間間隔就變成了1000/75=13.3ms，換句話說就是，requestAnimationFrame的步伐跟著系統的刷新步伐走。它能保證回調函數在屏幕每一次的刷新間隔中只被執行一次，這樣就不會引起丟幀現象。

我們使用requestAnimationFrame來進行分批渲染：

<ul id="container"></ul>
復制代碼
//需要插入的容器
let ul = document.getElementById('container');
// 插入十萬條數據
let total = 100000;
// 一次插入 20 條
let once = 20;
//總頁數
let page = total/once
//每條記錄的索引
let index = 0;
//循環加載數據
function loop(curTotal,curIndex){
if(curTotal <= 0){
return false;
}
//每頁多少條
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);
復制代碼
看下效果

我們可以看到，頁面加載的速度很快，并且滾動的時候，也很流暢沒有出現閃爍丟幀的現象。

這就結束了么，還可以再優化么？

當然~~

使用 DocumentFragment
先解釋一下什么是 DocumentFragment ，文獻引用自MDN

DocumentFragment，文檔片段接口，表示一個沒有父級文件的最小文檔對象。它被作為一個輕量版的Document使用，用于存儲已排好版的或尚未打理好格式的XML片段。最大的區別是因為DocumentFragment不是真實DOM樹的一部分，它的變化不會觸發DOM樹的（重新渲染) ，且不會導致性能等問題。
可以使用document.createDocumentFragment方法或者構造函數來創建一個空的DocumentFragment

從MDN的說明中，我們得知DocumentFragments是DOM節點，但并不是DOM樹的一部分，可以認為是存在內存中的，所以將子元素插入到文檔片段時不會引起頁面回流。

當append元素到document中時，被append進去的元素的樣式表的計算是同步發生的，此時調用 getComputedStyle 可以得到樣式的計算值。 而append元素到documentFragment 中時，是不會計算元素的樣式表，所以documentFragment 性能更優。當然現在瀏覽器的優化已經做的很好了， 當append元素到document中后，沒有訪問 getComputedStyle 之類的方法時，現代瀏覽器也可以把樣式表的計算推遲到腳本執行之后。

最后修改代碼如下：

<ul id="container"></ul>
復制代碼
//需要插入的容器
let ul = document.getElementById('container');
// 插入十萬條數據
let total = 100000;
// 一次插入 20 條
let once = 20;
//總頁數
let page = total/once
//每條記錄的索引
let index = 0;
//循環加載數據
function loop(curTotal,curIndex){
if(curTotal <= 0){
return false;
}
//每頁多少條
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);
復制代碼
最后
本文更多的是提供一個思路，通過時間分片的方式來同時加載大量簡單DOM。對于復雜DOM的情況，一般會用到虛擬列表的方式來實現，關于這一問題，會持續整理，敬請期待。