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HTML-Canvas的优越性能以及实际应用

Canvas采用位图与快速渲染模式,避免了DOM驻留模式中大量元素带来的计算与内存瓶颈,从而显著提升性能。其在百万级电子表格、数字孪生大屏等场景中优势明显,使复杂UI渲染可行且更精准。

本文目录

    HTML绘图届的前辈:SVG

    说起HTML5时代带来的新标签,Canvas绝对算一个。它不像大多数标签那样自带行为,而是把一组绘图API直接交给Ja vaScript,让开发者自己决定往画布上画什么。

    在Canvas出现之前,网页上要画点图形,基本靠SVG——用XML来描述图形,和用HTML标签加样式来定义DIV是一个思路。本质上,SVG也是个DOM元素。但Canvas就不一样了,它直接提供Ja vaScript绘图API,比起操作XML,明显更直接也更灵活。

    当然,定义方式的不同只是表面。Canvas和DOM(包括SVG)真正的差异,体现在浏览器的渲染方式上。

    浏览器渲染页面时,DOM元素是按矢量图来处理的。每个元素的边距、位置都得单独计算,最后再全部转换成像素输出到屏幕。可以想象,当页面上的DOM元素多起来,这种计算量会变得相当庞大,渲染速度自然就慢下来了。

    HTML-Canvas的优越性能以及实际应用

    (Canvas)

    Canvas则完全不同,它本质上就是一张位图,和img标签或者一个加了背景图的div差不多。所以,DOM那种矢量图渲染的瓶颈,在Canvas身上根本不存在。渲染Canvas时,浏览器只需要在Ja vaScript引擎里执行绘制逻辑,在内存中构建好画布,然后遍历所有像素点的颜色,直接输出到屏幕就完事了。不管Canvas里有多少个元素,对浏览器来说,它需要处理的始终只是一张画布。

    不过,功能越强大,门槛往往也越高。比如Google Docs在构建Canvas时,就不得不重新定义精确定位、文本选择、拼写检查、重画调优这些以往在DOM中已经成熟的东西。那为什么还有这么多开发者愿意接受Canvas这个技术路线?答案只有一个:渲染性能。

    Canvas的渲染模式

    这里的渲染,指的是浏览器把代码变成屏幕上内容的过程。Canvas和DOM的渲染模式完全不同,搞懂这个差异,才能真正理解Canvas的性能优势从何而来。

    Dom:驻留模式

    DOM在浏览器中的渲染模式叫驻留模式(Retained Mode)。下图大概展示了它的工作流程。

    HTML-Canvas的优越性能以及实际应用

    (驻留模式)

    DOM的核心是标签,一种文本标记型语言,多样性很强,而且标签之间还存在着各种关联——比如同一个DIV下设置了float的子DIV。为了更高效地处理这些元素,减少对绘制API的调用,浏览器设计了一套“驻留模式”,把中间结果存到内存里。具体来说,浏览器会先解析所有跟DOM相关的内容(HTML标签、样式、Ja vaScript),把它们转化成场景(scene)和模型(model)存起来,然后再调用系统的绘制API(比如Windows上的GDI/GDI+),把这些中间产物绘制到屏幕上。

    驻留模式通过场景和模型缓存,减少了绘制API的调用次数,但代价是把性能压力转移到了场景和模型生成阶段——浏览器需要根据DOM上下文和BOM中的尺寸数据,“自行判断”每个元素的绘制结果。

    Canvas:快速模式

    Canvas采用的是和DOM相反的快速模式(Immediate Mode)。来看看它是怎么工作的:

    HTML-Canvas的优越性能以及实际应用

    (快速模式)

    Canvas的应用优点

    两种不同的渲染模式,直接导致了DOM和Canvas在性能上的差异。对于使用快速模式的Canvas来说,浏览器的每次重绘都基于代码,没有多层解析的拖累,所以它真的很快。除了快,Canvas的灵活性也远超DOM——通过代码,我们可以精确控制何时、如何绘制出想要的效果。

    在资源消耗上,DOM的驻留模式意味着场景里每增加一点东西,就要额外消耗一些内存,而Canvas没有这个问题。这个差异会随着页面元素数量的增多变得越来越明显。以B端的企业应用为例,像表单这种数据量小的场景,两种模式带来的差异并不明显;但在工业制造、金融财会这类需要操作类Excel电子表格的场景下,单元格数量动辄上百万(5万行×20列)甚至上亿个,浏览器不仅要渲染所有单元格本身的内容,还得处理丰富的数据交互,情况就完全不同了。

    HTML-Canvas的优越性能以及实际应用

    (Web页面上的电子表格,包含1百万个单元格)

    在Canvas出现之前,前端渲染表格只能靠构建复杂的DOM来实现。这种方式下,浏览器的性能成了Web应用的瓶颈,很多开发者因此放弃了在浏览器上实现电子表格的想法。

    Canvas的出现,让快速模式带来的性能优势成了真正的亮点。大量、复杂的DOM渲染问题,终于有了一个可行的解决方案。

    回到电子表格这个场景,业内已经出现了使用Canvas绘制的表格组件。这类组件在渲染数据层时,不仅不需要重复创建和销毁DOM元素,在画布绘制过程中,也比DOM元素的渲染限制更少。当然,Canvas带来的变革远不止表格,数字孪生可视化大屏、页面游戏等场景,也都因此焕然一新。

    HTML-Canvas的优越性能以及实际应用

    (数字孪生大屏,精确控制各种形状、样式)

    总结

    总结一下,在渲染模式上,Canvas站在了DOM的对立面。浏览器对Canvas里的内容一无所知,一切渲染的主动权都回到了开发者手里,这个改变带来了显著的性能优势。此外,Canvas还能绘制种类更丰富的UI元素,比如线形、特殊图形等,通过画法逻辑还能实现更精准的UI界面渲染,解决了浏览器差异造成的样式误差,让更多应用场景得以顺利迁移到Web平台上。

    参考资料:

    · Canvas的Wiki介绍

    · Canvas社区

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