web效能最佳化之javascript效能調優

JavaScript 是一個比較完善的前端開發語言，在現今的 web 開發中應用非常廣泛，尤其是對 Web 2.0 的應用。隨著 Web 2.0 越來越流行的今天，我們會發現：在我們的 web 應用項目中，會有大量的 JavaScript 代碼，並且以後會越來越多。JavaScript 作為一個解釋執行的語言，以及它的單線程機制，決定了效能問題是 JavaScript 的軟肋，也是 web 軟體工程師們在寫 JavaScript 需要高度重視的一個問題，尤其是針對 Web 2.0 的應用。絕大多數 web 軟體工程師都或多或少的遇到過所開發的 Web 2.0 應用的效能欠佳的問題，其主要原因就是 JavaScript 效能不足，瀏覽器負荷過重。但是，解決這種解釋執行並且單線程運作語言的效能問題也並非易事。這篇文章會著重介紹一些關於開發中 JavaScript 效能調優的技巧和最佳實務，同樣也會涉及到關於 JavaScript 操作 DOM 節點的效能調優的一些方法 .

簡介
Web 開發中經常會遇到效能的問題，尤其是針對當今的 Web2.0 應用。JavaScript 是當今使用最為廣泛的 Web 開發語言，Web 應用程式的效能問題很大一部分都是由程式員寫的 JavaScript 指令碼效能不佳所造成的，裡麵包括了 JavaScript 語言本身的效能問題，以及其與 DOM 互動時的效能問題。本文主要來探討一下如何儘可能多的避免這類問題，從而最大限度的提高 Web 應用程式的效能。

JavaScript 效能調優
JavaScript 語言由於它的單線程和解釋執行的兩個特點，決定了它本身有很多地方有效能問題，所以可改進的地方有不少。

eval 的問題：
比較下述代碼：
清單 1. eval 的問題 複製代碼 代碼如下:var reference = {}, props = “p1”;
eval(“reference.” + props + “=5”)
var reference = {}, props = “p1”;
reference[props] = 5

有“eval”的代碼比沒有“eval”的代碼要慢上 100 倍以上。
主要原因是：JavaScript 代碼在執行前會進行類似“先行編譯”的操作：首先會建立一個當前執行環境下的使用中的物件，並將那些用 var 申明的變數設定為使用中的物件的屬性，但是此時這些變數的賦值都是 undefined，並將那些以 function 定義的函數也添加為使用中的物件的屬性，而且它們的值正是函數的定義。但是，如果你使用了“eval”，則“eval”中的代碼（實際上為字串）無法預先識別其上下文，無法被提前解析和最佳化，即無法進行先行編譯的操作。所以，其效能也會大幅度降低。

Function 的用法：
比較下述代碼：
清單 2. function 的用法 複製代碼 代碼如下:var func1 = new Function(“return arguments[0] + arguments[1]”);
func1(10, 20);
var func2 = function(){ return arguments[0] + arguments[1] };
func2(10, 20);

這裡類似之前提到的“eval”方法，這裡“func1”的效率會比“func2”的效率差很多，所以推薦使用第二種方式。

函數的範圍鏈（scope chain）：
JavaScript 代碼解釋執行，在進入函數內部時，它會預先分析當前的變數，並將這些變數歸入不同的層級（level），一般情況下：
局部變數放入層級 1（淺），全域變數放入層級 2（深）。如果進入“with”或“try – catch”代碼塊，則會增加新的層級，即將“with”或“catch”裡的變數放入最淺層（層 1），並將之前的層級依次加深。
參考如下代碼：
清單 3. 函數範圍鏈 複製代碼 代碼如下:var myObj = … ..
… ..
function process(){
var images = document.getElementsByTagName("img"),
widget = document.getElementsByTagName("input"),
combination = [];
for(var i = 0; i < images.length; i++){
combination.push(combine(images[i], widget[2*i]));
}
myObj.container.property1 = combination[0];
myObj.container.property2 = combination[combination.length-1];
}

這裡我們可以看到，“images”，“widget”，“combination”屬於局部變數，在層 1。“document”，“myObj”屬於全域變數，在層 2。
變數所在的層越淺，訪問（讀取或修改）速度越快，層越深，訪問速度越慢。所以這裡對“images”，“widget”，“combination”的訪問速度比“document”，“myObj”要快一些。所以推薦盡量使用局部變數，可見如下代碼：
清單 4. 使用局部變數 複製代碼 代碼如下:var myObj = … ..
… ..
function process(){
var doc = document;
var images = doc.getElementsByTagName("img"),
widget = doc.getElementsByTagName("input"),
combination = [];
for(var i = 0; i < images.length; i++){
combination.push(combine(images[i], widget[2*i]));
}
myObj.container.property1 = combination[0];
myObj.container.property2 = combination[combination.length-1];
}

我們用局部變數“doc”取代全域變數“document”，這樣可以改進效能，尤其是對於大量使用全域變數的函數裡面。
再看如下代碼：
清單 5. 慎用 with 複製代碼 代碼如下:var myObj = … ..
… ..
function process(){
var doc = document;
var images = doc.getElementsByTagName("img"),
widget = doc.getElementsByTagName("input"),
combination = [];
for(var i = 0; i < images.length; i++){
combination.push(combine(images[i], widget[2*i]));
}
with (myObj.container) {
property1 = combination[0];
property2 = combination[combination.length-1];
}
}

加上“with”關鍵字，我們讓代碼更加簡潔清晰了，但是這樣做效能會受影響。正如之前說的，當我們進入“with”代碼塊時，“combination”便從原來的層 1 變到了層 2，這樣，效率會大打折扣。所以比較一下，還是使用原來的代碼：
清單 6. 改進 with 複製代碼 代碼如下:var myObj = … ..
… ..
function process(){
var doc = document;
var images = doc.getElementsByTagName("img"),
widget = doc.getElementsByTagName("input"),
combination = [];
for(var i = 0; i < images.length; i++){
combination.push(combine(images[i], widget[2*i]));
}
myObj.container.property1 = combination[0];
myObj.container.property2 = combination[combination.length-1];
}

但是這樣並不是最好的方式，JavaScript 有個特點，對於 object 對象來說，其屬性訪問層級越深，效率越低，比如這裡的“myObj”已經訪問到了第 3 層，我們可以這樣改進一下：
清單 7. 縮小對象訪問層級 複製代碼 代碼如下:var myObj = … ..
… ..
function process(){
var doc = document;
var images = doc.getElementsByTagName("img"),
widget = doc.getElementsByTagName("input"),
combination = [];
for(var i = 0; i < images.length; i++){
combination.push(combine(images[i], widget[2*i]));
}
var ctn = myObj.container;
ctn.property1 = combination[0];
ctn.property2 = combination[combination.length-1];
}

我們用局部變數來代替“myObj”的第 2 層的“container”對象。如果有大量的這種對對象深層屬性的訪問，可以參照以上方式提高效能。

字串（String）相關
字串拼接
經常看到這樣的代碼：
清單 8. 字串簡單拼接 複製代碼 代碼如下:str += “str1” + “str2”

這是我們拼接字串常用的方式，但是這種方式會有一些臨時變數的建立和銷毀，影響效能，所以推薦使用如下方式拼接：
清單 9. 字串數組方式拼接 複製代碼 代碼如下:var str_array = [];
str_array.push(“str1”);
str_array.push(“str2”);
str = str_array.join(“”);

這裡我們利用數組（array）的“join”方法實現字串的拼接，尤其是程式的老版本的 Internet Explore（IE6）上運行時，會有非常明顯的效能上的改進。
當然，最新的瀏覽器（如Firefox Firefox3+，IE8+ 等等）對字串的拼接做了最佳化，我們也可以這樣寫：
清單 10. 字串快速拼接 複製代碼 代碼如下:str +=“str1”
str +=“str2”

新的瀏覽器對“+=”做了最佳化，效能略快於數組的“join”方法。在不久的將來更新版本瀏覽器可能對“+”也會做最佳化，所以那時我們可以直接寫：str += “str1” + “str2”。

隱式類型轉換
參考如下代碼：
清單 11. 隱式類型轉換 複製代碼 代碼如下:var str = “12345678”, arr = [];
for(var i = 0; i <= s.length; i++){
arr.push( str.charAt(i));
}

這裡我們在每個迴圈時都會調用字串的“charAt”方法，但是由於我們是將常量“12345678”賦值給“str”，所以“str”這裡事實上並不是一個字串對象，當它每次調用“charAt”函數時，都會臨時構造值為“12345678”的字串對象，然後調用“charAt”方法，最後再釋放這個字串臨時對象。我們可以做一些改進：
清單 12. 避免隱式類型轉換 複製代碼 代碼如下:var str = new Stirng(“12345678”), arr = [];
for(var i = 0; i <= s.length; i++){
arr.push( str.charAt(i));
}

這樣一來，變數“str”作為一個字串對象，就不會有這種隱式類型轉換的過程了，這樣一來，效率會顯著提高。

字串匹配
JavaScript 有 RegExp 對象，支援對字串的Regex匹配。是一個很好的工具，但是它的效能並不是非常理想。相反，字串對象（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，在我們需要用Regex匹配字串時，可以考慮一下：
是否能夠通過字串對象本身支援的基本方法解決問題。
是否可以通過“substring”來縮小需要用Regex的範圍。
這些方式都能夠有效提高程式的效率。
關於Regex對象，還有一點需要注意，參考如下代碼：
清單 13. Regex 複製代碼 代碼如下:for(var i = 0; i <= str_array.length; i++){
if(str_array[i].match(/^s*extra\s/)){
……………………
}
}

這裡，我們往“match”方法傳入“/^s*extra\s/”是會影響效率的，它會構建臨時值為“/^s*extra\s/”的Regex對象，執行“match”方法，然後銷毀臨時的Regex對象。我們可以這樣做：
清單 14. 利用變數 複製代碼 代碼如下:var sExpr = /^s*extra\s/;
for(var i = 0; i <= str_array.length; i++){
if(str_array[i].match(sExpr)){
……………………
}
}

這樣就不會有臨時對象了。
setTimeout 和 setInterval
“setTimeout”和“setInterval”這兩個函數可以接受字串變數，但是會帶來和之前談到的“eval”類似的效能問題，所以建議還是直接傳入函數對象本身。

利用提前退出
參考如下兩段代碼：
清單 15. 利用提前退出 複製代碼 代碼如下:// 代碼 1
var name = … .;
var source = …… ;
if(source.match(/ …… /)){
……………………………
}
// 代碼 2
var name = … .;
var source = …… ;
if(name.indexOf( … ) &&source.match(/ …… /)){
……………………………
}

代碼 2 多了一個對“name.indexOf( … )”的判斷，這使得程式每次走到這一段時會先執行“indexOf”的判斷，再執行後面的“match”，在“indexOf”比“match”效率高很多的前提下，這樣做會減少“match”的執行次數，從而一定程度的提高效率。
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DOM 操作效能調優
JavaScript 的開發離不開 DOM 的操作，所以對 DOM 操作的效能調優在 Web 開發中也是非常重要的。
Repaint 和 Reflow
Repaint 也叫 Redraw，它指的是一種不會影響當前 DOM 的結構和布局的一種重繪動作。如下動作會產生 Repaint 動作：
不可見到可見（visibility 樣式屬性）
顏色或圖片變化（background, border-color, color 樣式屬性）
不改變頁面元素大小，形狀和位置，但改變其外觀的變化
Reflow 比起 Repaint 來講就是一種更加顯著的變化了。它主要發生在 DOM 樹被操作的時候，任何改變 DOM 的結構和布局都會產生 Reflow。但一個元素的 Reflow 操作發生時，它的所有父元素和子項目都會放生 Reflow，最後 Reflow 必然會導致 Repaint 的產生。舉例說明，如下動作會產生 Repaint 動作：

瀏覽器視窗的變化
DOM 節點的添加刪除操作
一些改變頁面元素大小，形狀和位置的操作的觸發
減少 Reflow
通過 Reflow 和 Repaint 的介紹可知，每次 Reflow 比其 Repaint 會帶來更多的資源消耗，我們應該盡量減少 Reflow 的發生，或者將其轉化為只會觸發 Repaint 操作的代碼。
參考如下代碼：
清單 16. reflow 介紹 複製代碼 代碼如下:var pDiv = document.createElement(“div”);
document.body.appendChild(pDiv);----- reflow
var cDiv1 = document.createElement(“div”);
var cDiv2 = document.createElement(“div”);
pDiv.appendChild(cDiv1);----- reflow
pDiv.appendChild(cDiv2);----- reflow

這是我們經常接觸的代碼了，但是這段代碼會產生 3 次 reflow。再看如下代碼：
清單 17. 減少 reflow 複製代碼 代碼如下:var pDiv = document.createElement(“div”);
var cDiv1 = document.createElement(“div”);
var cDiv2 = document.createElement(“div”);
pDiv.appendChild(cDiv1);
pDiv.appendChild(cDiv2);
document.body.appendChild(pDiv);----- reflow

這裡便只有一次 reflow，所以我們推薦這種 DOM 節點操作的方式。
關於上述較少 Reflow 操作的解決方案，還有一種可以參考的模式：
清單 18. 利用 display 減少 reflow 複製代碼 代碼如下:var pDiv = document.getElementById(“parent”);
pDiv.style.display = “none”----- reflow
pDiv.appendChild(cDiv1);
pDiv.appendChild(cDiv2);
pDiv.appendChild(cDiv3);
pDiv.appendChild(cDiv4);
pDiv.appendChild(cDiv5);
pDiv.style.width = “100px”;
pDiv.style.height = “100px”;
pDiv.style.display = “block”----- reflow

先隱藏 pDiv，再顯示，這樣，隱藏和顯示之間的操作便不會產生任何的 Reflow，提高了效率

特殊測量屬性和方法
DOM 元素裡面有一些特殊的測量屬性的訪問和方法的調用，也會觸發 Reflow，比較典型的就是“offsetWidth”屬性和“getComputedStyle”方法。
圖 1. 特殊測量屬性和方法

這些測量屬性和方法大致有這些： 複製代碼 代碼如下:offsetLeft
offsetTop
offsetHeight
offsetWidth
scrollTop/Left/Width/Height
clientTop/Left/Width/Height
getComputedStyle()
currentStyle(in IE))

這些屬性和方法的訪問和調用，都會觸發 Reflow 的產生，我們應該盡量減少對這些屬性和方法的訪問和調用，參考如下代碼：
清單 19. 特殊測量屬性 複製代碼 代碼如下:var pe = document.getElementById(“pos_element”);
var result = document.getElementById(“result_element”);
var pOffsetWidth = pe.offsetWidth;
result.children[0].style.width = pOffsetWidth;
result.children[1].style.width = pOffsetWidth;
result.children[2].style.width = pOffsetWidth;

…………其他修改…………
這裡我們可以用臨時變數將“offsetWidth”的值緩衝起來，這樣就不用每次訪問“offsetWidth”屬性。這種方式在迴圈裡面非常適用，可以極大地提高效能。

樣式相關
我們肯定經常見到如下的代碼：
清單 20. 樣式相關 複製代碼 代碼如下:var sElement = document.getElementById(“pos_element”);
sElement.style.border = ‘ 1px solid red '
sElement.style.backgroundColor = ‘ silver '
sElement.style.padding = ‘ 2px 3px '
sElement.style.marginLeft = ‘ 5px '

但是可以看到，這裡的每一個樣式的改變，都會產生 Reflow。需要減少這種情況的發生，我們可以這樣做：
解決方案 1：
清單 21. className 解決方案 複製代碼 代碼如下:.class1 {
border: ‘ 1px solid red '
background-color: ‘ silver '
padding: ‘ 2px 3px '
margin-left: ‘ 5px '
}
document.getElementById(“pos_element”).className = ‘class1' ;

用 class 替代 style，可以將原有的所有 Reflow 或 Repaint 的次數都縮減到一個。

解決方案 2：
清單 22. cssText 解決方案 複製代碼 代碼如下:var sElement = document.getElementById(“pos_element”);
var newStyle = ‘ border: 1px solid red; ' + ‘ background-color: silver; ' +
‘ padding: 2px 3px; ' + “margin-left: 5px;”
sElement.style.cssText += newStyle;

一次性設定所有樣式，也是減少 Reflow 提高效能的方法。
XPath
一個頁面上往往包含 1000 多頁面元素，在定位具體元素的時候，往往需要一定的時間。如果用 id 或 name 定位可能效率不會太慢，如果用元素的一些其他屬性（比如 className 等等）定位，可能效率有不理想了。有的可能只能通過遍曆所有元素（getElementsByTagName）然後過濾才能找到相應元素，這就更加低效了，這裡我們推薦使用 XPath 尋找元素，這是很多瀏覽器本身支援的功能。
清單 23. XPath 解決方案 複製代碼 代碼如下:if(document.evaluate){
var tblHeaders = document.evaluate(“//body/div/table//th”);
var result = tblHeaders.iterateNext();
while(result) {
result.style.border = “1px dotted blue”;
result ………………
result = xpathResult.iterateNext();
}
} else{ //getElementsByTagName() ……
// 處理瀏覽器不支援 XPath 的情況
………………………………
}

瀏覽器 XPath 的搜尋引擎會最佳化搜尋效率，大大縮短結果返回時間。

HTMLCollection 對象
這是一類特殊的對象，它們有點像數組，但不完全是數組。下述方法的傳回值一般都是 HTMLCollection 對象：
document.images, document.forms
getElementsByTagName()
getElementsByClassName()
這些 HTMLCollection 對象並不是一個固定的值，而是一個動態結果。它們是一些比較特殊的查詢的傳回值，在如下情況下，它們會重新執行之前的查詢而得到新的傳回值（查詢結果），雖然多數情況下會和前一次或幾次的傳回值都一樣：

Length 屬性
具體的某個成員
所以，HTMLCollection 對象對這些屬性和成員的訪問，比起數組來要慢很多。當然也有例外，Opera 和 Safari 對這種情況就處理的很好，不會有太大效能問題。
參考如下代碼：
清單 24. HTMLConnection 對象 複製代碼 代碼如下:var items = [“test1”, “test2”, “test3”, ……………… ];
for(var i = 0; i < items.length; i++){
………………………………
}
var items = document.getElementsByTagName(“div”);
for(var i = 0; i < items.length; i++){
…………………………………… .
}

上述兩端代碼，下面的效率比起上面一段要慢很多，因為每一個迴圈都會有“items.length”的觸發，也就會導致“document.getElementsByTagName(..)”方法的再次調用，這便是效率便會大幅度下降的原因。我們可以這樣解決：
清單 25. HTMLConnection 對象解決方案 複製代碼 代碼如下:var items = document.getElementsByTagName(“div”);
var len = items.length
for(var i = 0; i < len; i++){
…………………………………… .
}

這樣一來，效率基本與普通數組一樣。
動態建立 script 標籤
載入並執行一段 JavaScript 指令碼是需要一定時間的，在我們的程式中，有時候有些 JavaScript 指令碼被載入後基本沒有被使用過 （比如：指令碼裡的函數從來沒有被調用等等）。載入這些指令碼只會佔用 CPU 時間和增加記憶體消耗，降低 Web 應用程式的效能。所以推薦動態載入 JavaScript 指令檔，尤其是那些內容較多，消耗資源較大的指令檔。
清單 26. 建立 script 標籤 複製代碼 代碼如下:if(needXHR){
document.write(“<script type= ' test\/JavaScript ' src= 'dojo_xhr.js' >”);
}
if(dojo.isIE){
document.write(“<script type= ' test\/JavaScript ' src= 'vml.js' >”);
}

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結束語
這篇文章介紹了Web 開發中關於效能方面需要注意的一些小細節，從 JavaScript 本身著手，介紹了 JavaScript 中需要避免的一些函數的使用和編程規則，比如 eval 的弊端，function scope chain 以及 String 的用法等等，也分享了一些比較推薦的做法，並擴充到 JavaScript 對 DOM 操作的效能調優，比如利用 Repaint 和 Reflow 的機制，如何使用特殊測量屬性，樣式相關的效能調優以及 HTMLCollection 對象的原理和使用小技巧。這些小細節我們可以在開發過程中盡量注意一下，以儘可能多的提高我們 Web 應用程式的效能。