Canvas是HTML5时代引入的“新”标签。与很多标签不同,Canvas不具有自己的行为,只将一组API 展现给客户端 JavaScript ,让开发者使用脚本把想绘制的东西画到一张画布上。
在HTML5之前,人们通常使用SVG来在页面上绘制出图形。SVG使用XML来定义图形,就像使用HTML标签和样式定义DIV一样,我们也可以将一个空白的DIV想象为长方形的SVG,两者的设计思想是相通的,SVG的本质就是一个DOM元素。而Canvas则不同,Canvas提供的是 JavaScript 的绘图 API,而不是像 SVG那样使用XML 描述绘图,通过JavaScript API直接完成绘制,比起修改XML来说要更简便、更直接。
除了定义的方式不同,Canvas和DOM(当然也包含SVG)的差异更多的体现在浏览器的渲染方式上。
浏览器在做页面渲染时,Dom元素是作为矢量图进行渲染的。每一个元素的边距都需要单独处理,浏览器需要将它们全都处理成像素才能输出到屏幕上,计算量十分庞大。当页面上内容非常多,存在大量DOM元素的时候,这些内容的渲染速度就会变得很慢。
(Canvas)
而Canvas与DOM的区别则是Canvas的本质就是一张位图,类似img标签,或者一个div加了一张背景图(background-image)。所以,DOM那种矢量图在渲染中存在的问题换到Canvas身上就完全不同了。在渲染Canvas时,浏览器只需要在JavaScript引擎中执行绘制逻辑,在内存中构建出画布,然后遍历整个画布里所有像素点的颜色,直接输出到屏幕就可以了。不管Canvas里面的元素有多少个,浏览器在渲染阶段也仅需要处理一张画布。
然而这样更加强大的功能,不可避免的让使用canvas渲染有很高的门槛。Google Docs在构建Canvas的过程中重新定义了往常已经被人们所熟悉的内容,例如精确定位、文本选择、拼写检查、重画调优等。为什么更多开发者还是选择了接纳Canvas这个门槛更高的技术路线呢?这就得回到Canvas的最大优势:渲染性能。
Canvas的渲染模式这里的渲染是指浏览器将页面的代码呈现为屏幕上内容的过程。Canvas和Dom的渲染模式完全不同,搞清楚这个差异对理解Canvas的性能优势至关重要。
Dom:驻留模式驻留模式(Retained Mode)是Dom在浏览器中的渲染模式。下图粗略展示了这一过程的工作流程。
(驻留模式)
DOM的核心是标签,一种文本标记型语言,多样性很强且多个标签之间存在各种关联(如在同一个DIV下设置为float的子DIV)。浏览器为了更好的处理这些DOM元素,减少对绘制API的调用,就设计了一套将中间结果存放于内存的“驻留模式”。首先,浏览器会将解析DOM相关的全部内容(包含HTML标签、样式和JavaScript),将其转化为场景(scene)和模型(model)存储到内存中,然后再调用系统的绘制API(如Windows程序员熟悉的GDI/GDI+),把这些中间产物绘制到屏幕。
驻留模式通过场景和模型缓存减少了对绘制API的调用频次,将性能压力转移到场景和模型生成阶段,即浏览器需要根据DOM上下文和BOM中的尺寸数据,“自行判断”每一个元素的绘制结果。
Canvas:快速模式Canvas采用了和DOM不同的快速模式(Immediate Mode),让我们先来看看快速模式是如工作的:
(快速模式)
Canvas的应用优点上面介绍的两种不同的模式直接造成了Dom和Canvas的性能差异。对于使用快速模式渲染的Canvas而言,浏览器的每次重绘都是基于代码的,不存在能让处理流程变慢的多层解析,所以它真的很快。除了快之外,Canvas的灵活性也大大超出DOM。我们可以通过代码精确的控制如何、何时绘制出我们想要的效果。
在资源消耗上,DOM的驻留模式意味着场景中每增加一点东西就需要额外消耗一些内存,而Canvas并没有这个问题。这个差异会随着页面元素的数量增多而愈加明显。以B端的企业应用场景为例,表单那种数据量比较小的场景,不同渲染模式带来的效果差异并不明显;但在工业制造、金融财会等类Excel电子表格操作的场景下,单元格数量动辄便是上百万(5万行x 20列)甚至上亿个,浏览器需要对表格所有单元格本身内容进行渲染,同时还涉及到丰富的数据处理,情况就完全不同了。
(Web页面上的电子表格,包含1百万个单元格)