拯救动画卡顿之FLIP

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前置知识

什么是FPS

FPS是浏览器的每秒的渲染帧数，也就是浏览器切换画面的次数，大多数设备的刷新率都是60FPS，一般来说FPS越低页面就会越卡顿。

什么是像素管道？

像素管道是浏览器单个帧的渲染流水线，如果其中有某些环节执行过程过长就会导致卡顿

image.png

上述的五个阶段并不是一定都会执行到的，这五个阶段中涉及到了老生常谈的两个概念：重排跟重绘，虽然初次渲染布局跟绘制必不可少，但是后期我们可以控制避免通过这两个管道：以下是当我们修改不同的样式属性时，会触发的几种帧流程：

image.png

从上图中能看到JS阶段以及Style 和 Composite阶段 是不可避免的，因为需要 JS 来引发样式的改变，Style 来计算更改后最终的样式，Composite 来合成各个层最终进行显示，能跳过的步骤只有布局跟绘制，我们知道，执行的阶段越少，耗时就越少，每秒的渲染帧数就会越高，那么能不能直接跳过这两个步骤直接到合成呢？答案是肯定的，如下的属性只会触发合成阶段：transform、opacity、pointer-events、perspective （透视效果）、curosr、orphans设置当元素内部发生分页时必须在页面底部保留的最少行数（用于打印或打印预览）、widows（设置当元素内部发生分页时必须在页面顶部保留的最少行数（用于打印或打印预览））。

FLIP

综上所述，当我们写动画的时候如果用height``margin``padding``left等会触发重排的属性，相较于只用transform或者opacity会带来更多的性能开销，一旦这个计算时长超过1个动画帧(一般是60帧每秒,也就是说超过16.7ms), 那么这帧动画将不会绘制，产生页面卡顿。FLIP技术，就是一种让动画只利用到transform或者opacity的技巧，FLIP是 First, Last, Invert, Play的简称。

概念

First

对应动画的Start阶段，用 element.getBoundingClientRect()记录初始位置。

Last

对应动画的End阶段，先执行触发layout变动的代码，同样的用element.getBoundingClientRect()记录元素的终止位置。

Invert

现在元素处于End位置，利用 transform 做一个逆运算，让添加了 transform 的元素回归到初始位置。

Play

真正需要执行动画时，将 transform 置为 None

上述阶段可能有人会困惑，getBoundingClientRect不是也会触发重排吗？但是需要注意的是我们的重心是在动画阶段，要保障的是动画阶段的流畅，更何况用户在网页上进行交互时，比如click，touch，从交互结束到感知到程序的相应大约需要100ms的生理反应时间。我们在用户交互后要做100ms内准备好动画就好了，这些动画准备计算就是getBoundingClientRect(或getComputedStyle)等的计算。

实践

现在实现一个简单的从左到右的循环滚动动画

const playAnimate = (el) => {
    if (!el) return;
    // 记录初始位置，对应 FLIP的FIRST
    const pos = tagWrapperRef.current?.getBoundingClientRect();
    const { left: initLeft } = pos;
   // 设置元素样式为动画结束时的目标位置
   tagWrapperRef.current.classList.add('scroll-to-end');
   // 记录终止位置 对应FLIP的LAST
    const endPos = tagWrapperRef.current?.getBoundingClientRect();
    const { left: endLeft } = endPos;
    // 计算初始位置跟终止位置的偏差
    const deltaLeft = initLeft - endLeft;
    tagWrapperRef.current.animate(
      [
      // 动画开始时，利用 `transform` 做一个逆运算，让添加了 `transform` 的元素回归到初始位置。
        {
          transform: `translate(${deltaLeft}px,0)`,
        },
        {
          transform: 'none',
        },
      ],
      {
        duration: totalTime * 1000,
        easing: 'linear',
        iterations: Infinity,
      }
    );
 }
.scroll-to-end{
  left:100%
  }

采用FLIP的形式成功的避开了动画过程中更改left。我们注意到：我们可以在动画开始前预先用API计算元素在动画终止时候的位置，只要知道了终态跟初始状态，就能迅速计算出要达到终态该怎么移动，由此避开一些复杂的计算，由此我们也可以得出：除了用来做性能优化之外，FLIP也能用于简化某些场景下动画的实现过程，如以下几个场景：

// Last
if (updateType === 0) { 
// 增加卡片 
newListData = this.state.listData.slice(0, activeIndex).concat({ index: cardIndex++ 
}, this.state.listData.slice(activeIndex)) 
} else { 
// 删除卡片 
newListData = this.state.listData.filter((value, index) => index !== activeIndex)
}

// Invert

// 0 增加 1 删除
const updateIndex = updateType === 0 ? 1 : 0
activeList.forEach((item, index) => {
  rect = item.getBoundingClientRect()
  invertArr[index + updateIndex][0] = invertArr[index + updateIndex][0] - rect.left
   invertArr[index + updateIndex][1] = invertArr[index + updateIndex][1] - rect.top
 ...

使用FLIP形式需要注意什么

比如，我们实现一个点击方块互换位置的动画（详见https://codepen.io/jlkiri/pen/oNjaMrK)

pos.png

const Flipper = () => {
  const [ids, setIds] = React.useState(["square-1", "square-2"]);
  const rects = React.useRef(new Map()).current;

  const swap = ([a, b]) => [b, a];

  React.useEffect(() => {
    const squares = document.querySelectorAll(".square");

    // Cache position and size once on initial render
    for (const square of squares) {
      rects.set(square.id, square.getBoundingClientRect());
    }
  }, []);

  React.useLayoutEffect(() => {
    const squares = document.querySelectorAll(".square");

    for (const square of squares) {
      // Get previous size and position from cache
      const cachedRect = rects.get(square.id);

      if (cachedRect) {
        const nextRect = square.getBoundingClientRect();

        // Invert
        const translateX = cachedRect.x - nextRect.x;

        // Cache the next size and position
        rects.set(square.id, nextRect);

        // Play
        square.animate(
          [
            { transform: `translateX(${translateX}px)` },
            { transform: `translateX(0px)` }
          ],
          1000
        );
      }
    }
  }, ids);

  return (
    <div className="container">
      {ids.map((id, i) => {
        return (
          <div id={id} onClick={() => setIds(swap(ids))} className={`square`}>
            {id}
          </div>
        );
      })}
    </div>
  );
};

ReactDOM.render(<Flipper />, document.querySelector("#root"));

以上可以用如下的流程图概括：

虽然useEffect总是在useLayoutEffect以及浏览器绘制之后执行，但是注意到这里我们仅仅在第一次渲染之后执行了，而这里的useLayoutEffect在之后的每一次渲染之后都会执行。

错误的做法：循环遍历元素并使用 getBoundingClientRect 读取它们的位置，然后立即使用 animate 为它们设置动画。

正确的做法：批量的读取与写入

最后

Invert这一步骤可能有些许麻烦，今年5月份作者提供了插件Flip Plugin

参考

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