代码层面探索前端性能

探

前言

最近在做性能优化，具体优化手段，网上铺天盖地，这里就不重复了。
性能优化可分为以下几个维度：代码层面、构建层面、网络层面。
本文主要是从代码层面探索前端性能，主要分为以下 4 个小节。

• 使用 CSS 替代 JS
  
• 深度剖析 JS
  
• 前端算法
  
• 计算机底层
  

使用 CSS 替代 JS

这里主要从动画和 CSS 组件两个方面介绍。
CSS 动画

CSS2 出来之前，哪怕要实现一个很简单的动画，都要通过 JS 实现。比如下面红色方块的水平移动：

对应 JS 代码：

1. let redBox = document.getElementById('redBox')
2. let l = 10
4. setInterval(() => {
5.     l+=3
6.     redBox.style.left = `${l}px`
7. }, 50)

复制代码

1998 年的 CSS2 规范，定义了一些动画属性，但由于受当时浏览器技术限制，这些特性并没有得到广泛的支持和应用。
直到 CSS3 的推出，CSS 动画得到了更全面地支持。同时，CSS3 还引入了更多的动画效果，使得 CSS 动画在今天的 Web 开发中得到了广泛的应用。
那么 CSS3 都能实现什么动画，举几个例子：

• 过渡（Transition）- 过渡是 CSS3 中常用的动画效果之一，通过对一个元素的某些属性进行变换，使元素在一段时间内从一个状态平滑地过渡到另一个状态。
  
• 动画（Animation）- 动画是 CSS3 中另一个常用的动画效果，其用于为一个元素添加一些复杂的动画效果，可以通过关键帧（@keyframes）来定义一串动画序列。
  
• 变换（Transform）- 变换是 CSS3 中用于实现 2D/3D 图形变换效果的一种技术，包括旋转、缩放、移动、斜切等效果。
  

把上面的例子改写成 CSS 代码如下：

1. #redBox {
2.     animation: mymove 5s infinite;
3. }
5. @keyframes mymove
6. {
7.     from {left: 0;}
8.     to {left: 200px;}
9. }

复制代码

同样的效果，用样式就能实现，何乐而不为呢。
需要指出的是，CSS 的动画仍在不断发展和改进，随着新的浏览器特性和 CSS 版本的出现，CSS 动画的特性也在不断地增加和优化，以满足日益复杂的动画需求和更好的用户体验。
CSS 组件

在一些知名的组件库中，有些组件的大部分 props 是通过修改 CSS 样式实现的，比如 Vant 的Space组件。
Props功能CSS 样式direction间距方向flex-direction: column;align对齐方式align-items: xxx;fill是否让 Space 变为一个块级元素，填充整个父元素display: flex;wrap是否自动换行flex-wrap: wrap;再比如 Ant Design 的Space组件。
Props功能CSS 样式align对齐方式align-items: xxx;direction间距方向flex-direction: column;size间距大小gap: xxx;wrap是否自动换行flex-wrap: wrap;这类组件完全可以封装成 SCSS 的 mixin 实现（LESS 也一样），既能减少项目的构建体积（两个库的 Space 组件 gzip 后的大小分别为 5.4k 和 22.9k），又能提高性能。

查看组件库某个组件的体积，可访问连接。

比如下面的 space mixin：

1. /*
2. * 间距
3. * size: 间距大小，默认是 8px
4. * align: 对齐方式，默认是 center，可选 start、end、baseline、center
5. * direction: 间距方向，默认是 horizontal，可选 horizontal、vertical
6. * wrap: 是否自动换行，仅在 horizontal 时有效，默认是 false
7. */
8. @mixin space($size: 8px, $direction: horizontal, $align: center, $wrap: false) {
9.     display: inline-flex;
10.     gap: $size;
12.     @if ($direction == 'vertical') {
13.         flex-direction: column;
14.     }
16.     @if ($align == 'center') {
17.         align-items: center;
18.     }
20.     @if ($align == 'start') {
21.         align-items: flex-start;
22.     }
24.     @if ($align == 'end') {
25.         align-items: flex-end;
26.     }
28.     @if ($align == 'baseline') {
29.         align-items: baseline;
30.     }
32.     @if ($wrap == true) {
33.         @if $direction == 'horizontal' {
34.             flex-wrap: wrap;
35.         }
36.     }
37. }

复制代码

类似的组件还有 Grid、Layout 等。
再说下图标，下面是 Ant Design 图标组件的第一屏截图，有很多仅用 HTML + CSS 就可以轻松实现。

实现思路：

• 优先考虑只使用样式实现
  
• 仅靠样式满足不了，就先增加一个标签，通过这个标签和它的两个伪元素 ::before 和 ::after 实现
  
• 一个标签实在不够，再考虑增加额外的标签
  

比如实现一个支持四个方向的实心三角形，仅用几行样式就可以实现（上面截图是 4 个图标）：

1. /* 三角形 */
2. @mixin triangle($borderWidth: 10, $shapeColor: #666, $direction: up) {
3.     width: 0;
4.     height: 0;
5.     border: if(type-of($borderWidth) == 'number', #{$borderWidth} + 'px', #{$borderWidth}) solid transparent;
7.     $doubleBorderWidth: 2 * $borderWidth;
8.    
9.     $borderStyle: if(type-of($doubleBorderWidth) == 'number', #{$doubleBorderWidth} + 'px', #{$doubleBorderWidth}) solid #{$shapeColor};
11.     @if($direction == 'up') {
12.         border-bottom: $borderStyle;
13.     }
15.     @if($direction == 'down') {
16.         border-top: $borderStyle;
17.     }
19.     @if($direction == 'left') {
20.         border-right: $borderStyle;
21.     }
23.     @if($direction == 'right') {
24.         border-left: $borderStyle;
25.     }
26. }

复制代码

总之，能用 CSS 实现的就不用 JS，不仅性能好，而且还跨技术栈，甚至跨端。
深度剖析 JS

介绍完了 CSS，再来看 JS，主要从基本语句和框架源码两个方面深入。
if-else 语句的优化

先了解下 CPU 是如何执行条件语句的。参考如下代码：

1. const a = 2
2. const b = 10
3. let c
4. if (a > 3) {
5.     c = a + b
6. } else {
7.     c = 2 * a
8. }

复制代码

CPU 执行流程如下：

我们看到，在执行到指令 0102 时候，由于不满足 a > 3 这个条件，就直接跳转到 0104 这个指令去执行了；而且，计算机很聪明，如果它在编译期间发现 a 永远不可能大于 3，它就会直接删除 0103 这条指令，然后，0104 这条指令就变成了下一条指令，直接顺序执行，也就是编译器的优化。
那么回到正题，假如有以下代码：

1. function check(age, sex) {
2.     let msg = ''
3.     if (age > 18) {
4.         if (sex === 1) {
5.             msg = '符合条件'
6.         } else {
7.             msg = ' 不符合条件'
8.         }
9.     } else {
10.         msg = '不符合条件'
11.     }
12. }

复制代码

逻辑很简单，就是筛选出 age > 18 并且 sex == 1 的人，代码一点儿问题都没有，但是太啰嗦，站在 CPU 的角度来看，需要执行两次跳转操作，当 age > 18 时，就进入内层的 if-else 继续判断，也就意味着再次跳转。
其实我们可以直接优化下这个逻辑（通常我们也是这样做的，但是可能知其然而不知其所以然）：

1. function check(age, sex){
2.     if (age > 18 && sex ==1) return '符合条件'
3.     return '不符合条件'
4. }

复制代码

所以，逻辑能提前结束就提前结束，减少 CPU 的跳转。
Switch 语句的优化

其实 switch 语句和 if-else 语句的区别不大，只不过写法不同而已，但是，switch 语句有个特殊的优化，那就是数组。
参考以下代码：

1. function getPrice(level) {
2.     if (level > 10) return 100
3.     if (level > 9) return 80
4.     if (level > 6) return 50
5.     if (level > 1) return 20
6.     return 10
7. }

复制代码

我们改成 switch 语句：

1. function getPrice(level) {
2.     switch(level)
3.         case 10: return 100
4.         case 9: return 80
5.         case 8:
6.         case 7:
7.         case 6: return 50
8.         case 5:
9.         case 4:
10.         case 3:
11.         case 2:
12.         case 1: return 20
13.         default: return 10
14. }

复制代码

看着没啥区别，其实编译器会把它优化成一个数组，其中数组的下标为 0 到 10，不同下标对应的价格就是 return 的数值，也就是：

而我们又知道，数组是支持随机访问的，速度极快，所以，编译器对 switch 的这个优化就会大大提升程序的运行效率，这可比一条一条执行命令快多了。
那么，我还写个毛的 if-else 语句啊，我直接全部写 switch 不就行了？
不行！因为编译器对 switch 的优化是有条件的，它要求你的 code 必须是紧凑的，也就是连续的。
这是为什么呢？因为我要用数组来优化你啊，你如果不是紧凑的，比如你的 code 是 1、50、51、101、110，我就要创建一个长度 110 的数组来存放你，只有这几个位置有用，岂不是浪费空间！
所以，我们在使用 switch 的时候，尽量保证_code 是紧凑的数字类型_的。
循环语句的优化

其实循环语句跟条件语句类似，只不过写法不同而已，循环语句的优化点是以减少指令为主。
我们先来看一个中二的写法：

1. function findUserByName(users) {
2.    let user = null
3.    for (let i = 0; i < users.length; i++) {
4.        if (users[i].name === '张三') {
5.            user = users[i]
6.        }
7.    }
8.    return user
9. }

复制代码

如果数组长度是 10086，第一个人就叫张三，那后面 10085 次遍历不就白做了，真拿 CPU 不当人啊。
你直接这样写不就行了：

1. function findUserByName(users) {
2.     for (let i = 0; i < users.length; i++) {
3.         if (users[i].name === '章三') return users[i]
4.     }
5. }

复制代码

这样写效率高，可读性强，也符合我们上述的_逻辑能提前结束就提前结束_这个观点。CPU 直接感谢你全家。
其实，这里还有一点可以优化的地方，就是我们的数组长度可以提取出来，不必每次都访问，也就是这样：

1. function findUserByName(users) {
2.     let length = users.length
3.     for (let i = 0; i < length; i++) {
4.         if (users[i].name === '章三') return users[i]
5.     }
6. }

复制代码

这看起来好像有点吹毛求疵了，确实是，但是如果考虑到性能的话，还是有点用的。比如有的集合的 size() 函数，不是简单的属性访问，而是每次都需要计算一次，这种场景就是一次很大的优化了，因为省了很多次函数调用的过程，也就是省了很多个 call 和 return 指令，这无异是提高了代码的效率的。尤其是在循环语句这种容易量变引起质变的情况下，差距就是从这个细节拉开的。
函数调用过程参考：

对应代码如下：

1. let a = 10
2. let b = 11
4. function sum (a, b) {
5.     return a + b
6. }

复制代码

说完了几个基础语句，再来看下我们经常使用的框架内部，很多地方的性能都值得探索。
diff 算法

Vue 和 React 中都使用了虚拟 DOM，当执行更新时，要对比新旧虚拟 DOM。如果没有任何优化，直接严格 diff 两颗树，时间复杂度是 O(n^3)，根本不可用。所以 Vue 和 React 必须使用 diff 算法优化虚拟 DOM：
Vue2 - 双端比较：

类似上面的图：

• 定义 4 个变量，分别为：oldStartIdx、oldEndIdx、newStartIdx 和 newEndIdx
  
• 判断 oldStartIdx 和 newStartIdx 是否相等
  
• 判断 oldEndIdx 和 newEndIdx 是否相等
  
• 判断 oldStartIdx 和 newEndIdx 是否相等
  
• 判断 oldEndIdx 和 newStartIdx 是否相等
  
• 同时 oldStartIdx 和 newStartIdx 向右移动；oldEndIdx 和 newEndIdx 向左移动
  

Vue3 - 最长递增子序列：

整个过程是基于 Vue2 的双端比较再次进行优化。比如上面这个截图：

• 先进行双端比较，发现前面两个节点（A 和 B）和最后一个节点（G）是一样的，不需要移动
  
• 找到最长递增子序列 C、D、E（新旧 children 都包含的，最长的顺序没有发生变化的一组节点）
  
• 把子序列当成一个整体，内部不用进行任何操作，只需要把 F 移动到它的前面，H 插入到它的后面即可
  

React - 仅右移：

上面截图的比较过程如下：

• 遍历 Old 存下对应下标 Map
  
• 遍历 New，b 的下标从 1 变成了 0，不动（是左移不是右移）
  
• c 的下标从 2 变成了 1，不动（也是左移不是右移）
  
• a 的下标从 0 变成了 2，向右移动，b、c 下标都减 1
  
• d 和 e 位置没变，不需要移动
  

总之，不管用什么算法，它们的原则都是：

• 只比较同一层级，不跨级比较
  
• Tag 不同则删掉重建（不再去比较内部的细节）
  
• 子节点通过 key 区分（key 的重要性）
  

最后也都成功把时间复杂度降低到了 O(n)，才可以被我们实际项目使用。
setState 真的是异步吗

很多人都认为 setState 是异步的，但是请看下面的例子：

1. clickHandler = () => {
2.     console.log('--- start ---')
4.     Promise.resolve().then(() => console.log('promise then'))
6.     this.setState({val: 1}, () => {console.log('state...', this.state.val)})
8.     console.log('--- end ---')
9. }
11. render() {
12.     return setState
13. }

复制代码

实际打印结果：

如果是异步的话，state 的打印应该在微任务 Promise 后执行。
为了解释清这个原因，必须先了解 JSX 里的事件机制。
JSX 里的事件，比如 onClick={() => {}}，其实叫合成事件，区别于我们常说的自定义事件：

1. // 自定义事件
2. document.getElementById('app').addEventListener('click', () => {})

复制代码

合成事件都是绑定在 root 根节点上，有前置和后置操作，拿上面的例子举例：

1. function fn() { // fn 是合成事件函数，内部事件同步执行
2.     // 前置
3.     clickHandler()
4.    
5.     // 后置，执行 setState 的 callback
6. }

复制代码

可以想象有函数 fn，里面的事件都是同步执行的，包括 setState。fn 执行完，才开始执行异步事件，即 Promise.then，符合打印的结果。
那么 React 为什么要这么做呢？
因为要考虑性能，如果要多次修改 state，React 会先合并这些修改，合并完只进行一次 DOM 渲染，避免每次修改完都渲染 DOM。
所以 setState_本质是同步_，日常说的“异步”是不严谨的。
前端算法

讲完了我们的日常开发，再来说说算法在前端中的应用。

友情提示：算法一般都是针对大数据量而言，区别于日常开发。

能用值类型就不用引用类型

先来看一道题。
求 1-10000 之间的所有对称数，例如：0, 1, 2, 11, 22, 101, 232, 1221...
思路 1 - 使用数组反转、比较：数字转换为字符串，再转换为数组；数组 reverse，再 join 为字符串；前后字符串进行对比。
[code]function findPalindromeNumbers1(max) {    const res = []    if (max