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记一次失败的jQuery优化尝试

我经常抱怨jQuery的DOM操作性能并不优秀,并且经常尝试用一些方法去进行优化,但是越是优化,越是沮丧地发现jQuery其实已经做得很好,从使用者的角度能够进行的优化实在有限(这并不意味着jQuery的性能是优秀的, 反之只能说它是一个相对封闭的库,无法从外部介入进行优化)。这篇文章就记录一次失败的优化经历。

优化思想

这一次优化的思想来自于数据库。在数据库优化的时候,我们常会说将大量的操作放在一个事务中一起提交,能有效提高效率。虽然对数据库不了解的我并不知道其原因,但是“事务”的思想却为我指明了方向(虽然是错的……)。

因此我尝试将“事务”这一概念引入到jQuery中,通过打开提交事务,从外部对jQuery进行一些优化,其最重要的在于减少each函数的循环次数。

众所周知,jQuery的DOM操作,以get all, set first为标准,其中用于设置DOM属性/样式的操作,几乎都是对选择出来的元素的一次遍历,jQuery.access函数就是其中最核心的部分,其中用于循环的代码如下:

// Setting one attribute
if ( value !== undefined ) {
    // Optionally, function values get executed if exec is true
    exec = !pass && exec && jQuery.isFunction(value);

    for ( var i = 0; i < length; i++ ) {
        fn(
            elems[i],
            key,
            exec ? value.call(elems[i], i, fn(elems[i], key)) : value,
            pass
        );
    }

    return elems;
}

比如jQuery.fn.css函数就是这样的:

jQuery.fn.css = function( name, value ) {
    // Setting 'undefined' is a no-op
    if ( arguments.length === 2 && value === undefined ) {
        return this;
    }

    return jQuery.access( this, name, value, true, function( elem, name, value ) {
        return value !== undefined ?
            jQuery.style( elem, name, value ) :
            jQuery.css( elem, name );
    });
};

因此,下面这样的代码,假设被选择的div元素有5000个,则要循环访问10000个节点:

jQuery('div').css('height', 300).css('width', 200);

而在我的想法中,在一个“事务”中,可以如数据库的操作一般,通过保存所有的操作,在“提交事务”的时候统一进行,将10000次节点访问,减少至5000次,相当于提升了“1倍”的性能。

简单实现

“事务”式的jQuery操作中,提供2个函数:

  • begin:打开一个“事务”,返回一个事务的对象。该对象拥有jQuery的所有函数,但是调用函数并不会立刻生效,只有在“提交事务”后才会生效。
  • commit:提交一个“事务”,保证所有事先调用过的函数都生效,交返回原本的jQuery对象。

实现起来也很方便:

  1. 创建一个“事务对象”,复制jQuery.fn上所有函数到该对象中。
  2. 当调用某个函数时,在预先准备好的“队列”中添加调用的函数名和相关参数。
  3. 当提交事务时,对被选择的元素进行一次遍历,对遍历中的每个节点应用“队列”中的所有函数。

简单地代码如下:

var slice = Array.prototype.slice;
jQuery.fn.begin = function() {
    var proxy = {
        _core: c,
        _queue: []
    };
    // 复制jQuery.fn上的函数
    for (var key in jQuery.fn) {
        var func = jQuery.fn[key];
        if (typeof func == 'function') {
            // 这里会因为for循环产生key始终是最后一个循环值的问题
            // 因此必须使用一个闭包保证key的有效性(LIFT效应)
            (function(key) {
                proxy[key] = function() {
                    // 将函数调用放到队列中
                    this._queue.push([key, slice.call(arguments, 0)]);
                    return this;
                };
            }(key));
        }
    }
    // 避免commit函数也被拦截
    proxy.commit = jQuery.fn.commit;
    return proxy;
};

jQuery.fn.commit = function() {
    // 仅一个each循环
    this._core.each(function() {
        var jq = jQuery(this);
        // 调用所有函数
        for (var i = 0; i < this._queue.length; i++) {
            var item = this._queue[i];
            jq[item[0]].apply(jq, item[1]);
        }
    });
    return this.c;
};

测试环境

测试使用以下条件:

  • 5000个<div>放在一个容器(<div id="container"></div>)中。
  • 使用$('#container>div')选择这5000个div。
  • 每个<div>要求设置一个随机背景色(randomColor函数),和800px以下的随机宽度(randomWidth函数)。

参加测试的调用方法有3个:

正常使用法

$('#container>div')
	.css('background-color', randomColor)
    .css('width', randomWidth);

单次循环法

$('#container>div').each(function() {
	$(this).css('background-color', randomColor).css('width', randomWidth);
});

事务法

$('#container>div')
	.begin()
		.css('background-color', randomColor)
		.css('width', randomWidth)
	.commit();

对象赋值法

$('#container>div').css({
	'background-color': randomColor,
	'width': randomWidth
});

测试浏览器选择Chrome 8系列(用IE测就直接挂了)。

悲伤的结果

原本的预测结果是,单次循环法的效率远高于正常使用法,同时事务法虽然比单次循环法慢一些,但应该比正常使用法更快,而对象赋值法其实是jQuery内部支持的单次循环法,效率应该是最高的。

然而遗憾的是,结果如下:

正常使用法 单次循环法 事务法 对象赋值法
18435ms 18233ms 18918ms 17748ms

从结果上看,事务法成了最慢的一种方法。同时单次循环与正常使用并没有明显的优势,甚至依赖jQuery内部实现的对象赋值法也没有拉开很大的差距。

由于5000个元素的操作已经是非常庞大的循环,如此庞大的循环也没能拉开性能的差距,平时最常用的10个左右的元素操作更不可能有明显的优势,甚至还可能将劣势扩大化。

究其原因,由于本身单次循环法就没有明显的性能提升,因此依赖于单次循环,并是在单次循环之上进行外部构建的事务法,自然是在单次循环的基础上还需要额外增加创建事务对象、保存函数队列、遍历函数队列等开销,结果败给正常使用法也在情理之中。

至此,也算是可以宣布模仿“事务”的优化之道的失败。但是对这个结果却还能进一步地分析。

性能在哪里

首先,从代码的使用上来分析,将正常使用法和测试中最快的对象赋值法进行比较,可以说两者的差距仅在于循环的元素个数的不同(这里抛开了jQuery的内部问题,事实上jQuery.access的糟糕实现也确实有拖对象赋值法后腿之嫌,好在并不严重),正常使用法是10000个元素,对象赋值法是5000个元素。因此可以简单地认为,18435 – 17748 = 687ms是循环5000个元素的耗时,这占到整个执行过程的3.5%左右,并不是整个执行过程的主干,其实真的没有优化的必要。

那么另外96.5%的开销去了哪里呢?谨记Doglas的一句话,“事实上Javascript并不慢,慢的是DOM的操作”。其实剩下96.5%的开销中,除去函数调用等基本的消耗,至少有95%的时间是用在了DOM元素的样式被改变后的重新渲染之上。

发现了这个事实之后,其实也就有了更正确的优化方向,也是前端性能中的基本原则之一:在修改大量子元素时,先将根父DOM节点移出DOM树。因此如果使用以下的代码再进行测试:

// 没有重用$('#container')已经很糟糕了
$('#container').detach().find('div')
    .css('background-color', randomColor)
    .css('width', randomWidth);
$('#container').appendTo(document.body);

测试结果始终停留在900ms左右,与前面的数据完全不在一个数量级之上,真正的优化成功。

教训和总结

  • 千万要找到正确的性能瓶颈再进行优化,盲目的猜测只会导致走上错误而偏激的道路。
  • 数据说话,数据面前谁也别说话!
  • 不认为“事务”这个方向是错误的,如果jQuery原生就能支持“事务”这样的概念,会不会有其他的点可以优化?比如一个事务自动会将父元素脱离出DOM树之类的……