提高 web 应用性能之 JavaScript 性能调优

作者：周翔 , 发布于2011-07-25 , IBM

JavaScript 是一个比较完善的前端开发语言，在现今的 web 开发中应用非常广泛，尤其是对 Web 2.0 的应用。随着 Web 2.0 越来越流行的今天，我们会发现：在我们的 web 应用项目中，会有大量的 JavaScript 代码，并且以后会越来越多。JavaScript 作为一个解释执行的语言，以及它的单线程机制，决定了性能问题是 JavaScript 的软肋，也是 web 软件工程师们在写 JavaScript 需要高度重视的一个问题，尤其是针对 Web 2.0 的应用。绝大多数 web 软件工程师都或多或少的遇到过所开发的 Web 2.0 应用的性能欠佳的问题，其主要原因就是 JavaScript 性能不足，浏览器负荷过重。但是，解决这种解释执行并且单线程运作语言的性能问题也并非易事。这篇文章会着重介绍一些关于开发中 JavaScript 性能调优的技巧和最佳实践，同样也会涉及到关于 JavaScript 操作 DOM 节点的性能调优的一些方法 .

简介

Web 开发中经常会遇到性能的问题，尤其是针对当今的 Web2.0 应用。JavaScript 是当今使用最为广泛的 Web 开发语言，Web 应用的性能问题很大一部分都是由程序员写的 JavaScript 脚本性能不佳所造成的，里面包括了 JavaScript 语言本身的性能问题，以及其与 DOM 交互时的性能问题。本文主要来探讨一下如何尽可能多的避免这类问题，从而最大限度的提高 Web 应用的性能。

JavaScript 性能调优

JavaScript 语言由于它的单线程和解释执行的两个特点，决定了它本身有很多地方有性能问题，所以可改进的地方有不少。
eval 的问题：

比较下述代码：

清单 1. eval 的问题

var reference = {}, props = “p1”;
eval(“reference.” + props + “=5”)
var reference = {}, props = “p1”;
reference[props] = 5

有“eval”的代码比没有“eval”的代码要慢上 100 倍以上。

主要原因是：JavaScript 代码在执行前会进行类似“预编译”的操作：首先会创建一个当前执行环境下的活动对象，并将那些用 var 申明的变量设置为活动对象的属性，但是此时这些变量的赋值都是 undefined，并将那些以 function 定义的函数也添加为活动对象的属性，而且它们的值正是函数的定义。但是，如果你使用了“eval”，则“eval”中的代码（实际上为字符串）无法预先识别其上下文，无法被提前解析和优化，即无法进行预编译的操作。所以，其性能也会大幅度降低。

Function 的用法：

比较下述代码：

清单 2. function 的用法

var func1 = new Function(“return arguments[0] + arguments[1]”);
func1(10, 20);
var func2 = function(){ return arguments[0] + arguments[1] };
func2(10, 20);

这里类似之前提到的“eval”方法，这里“func1”的效率会比“func2”的效率差很多，所以推荐使用第二种方式。
函数的作用域链（scope chain）：

JavaScript 代码解释执行，在进入函数内部时，它会预先分析当前的变量，并将这些变量归入不同的层级（level），一般情况下：
局部变量放入层级 1（浅），全局变量放入层级 2（深）。如果进入“with”或“try – catch”代码块，则会增加新的层级，即将“with”或“catch”里的变量放入最浅层（层 1），并将之前的层级依次加深。
参考如下代码：

清单 3. 函数作用域链

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];
}

这里我们可以看到，“images”，“widget”，“combination”属于局部变量，在层 1。“document”，“myObj”属于全局变量，在层 2。

变量所在的层越浅，访问（读取或修改）速度越快，层越深，访问速度越慢。所以这里对“images”，“widget”，“combination”的访问速度比“document”，“myObj”要快一些。所以推荐尽量使用局部变量，可见如下代码：

清单 4. 使用局部变量

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];
}

我们用局部变量“doc”取代全局变量“document”，这样可以改进性能，尤其是对于大量使用全局变量的函数里面。
再看如下代码：

清单 5. 慎用 with

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”关键字，我们让代码更加简洁清晰了，但是这样做性能会受影响。正如之前说的，当我们进入“with”代码块时，“combination”便从原来的层 1 变到了层 2，这样，效率会大打折扣。所以比较一下，还是使用原来的代码：

清单 6. 改进 with

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];
}

但是这样并不是最好的方式，JavaScript 有个特点，对于 object 对象来说，其属性访问层级越深，效率越低，比如这里的“myObj”已经访问到了第 3 层，我们可以这样改进一下：

清单 7. 缩小对象访问层级

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];
}

我们用局部变量来代替“myObj”的第 2 层的“container”对象。如果有大量的这种对对象深层属性的访问，可以参照以上方式提高性能。

字符串（String）相关

字符串拼接

经常看到这样的代码：

清单 8. 字符串简单拼接

str += “str1” + “str2”

这是我们拼接字符串常用的方式，但是这种方式会有一些临时变量的创建和销毁，影响性能，所以推荐使用如下方式拼接：

清单 9. 字符串数组方式拼接

var str_array = [];
str_array.push(“str1”);
str_array.push(“str2”);
str = str_array.join(“”);

这里我们利用数组（array）的“join”方法实现字符串的拼接，尤其是程序的老版本的 Internet Explore（IE6）上运行时，会有非常明显的性能上的改进。

当然，最新的浏览器（如火狐 Firefox3+，IE8+ 等等）对字符串的拼接做了优化，我们也可以这样写：

清单 10. 字符串快速拼接

str +=“str1”
str +=“str2”

新的浏览器对“+=”做了优化，性能略快于数组的“join”方法。在不久的将来更新版本浏览器可能对“+”也会做优化，所以那时我们可以直接写：str += “str1” + “str2”。

隐式类型转换

参考如下代码：

清单 11. 隐式类型转换

var str = “12345678”, arr = [];
for(var i = 0; i <= s.length; i++){
arr.push( str.charAt(i));
}

这里我们在每个循环时都会调用字符串的“charAt”方法，但是由于我们是将常量“12345678”赋值给“str”，所以“str”这里事实上并不是一个字符串对象，当它每次调用“charAt”函数时，都会临时构造值为“12345678”的字符串对象，然后调用“charAt”方法，最后再释放这个字符串临时对象。我们可以做一些改进：

清单 12. 避免隐式类型转换

var str = new Stirng(“12345678”), arr = [];
for(var i = 0; i <= s.length; i++){
arr.push( str.charAt(i));
}

这样一来，变量“str”作为一个字符串对象，就不会有这种隐式类型转换的过程了，这样一来，效率会显著提高。

字符串匹配

JavaScript 有 RegExp 对象，支持对字符串的正则表达式匹配。是一个很好的工具，但是它的性能并不是非常理想。相反，字符串对象（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，在我们需要用正则表达式匹配字符串时，可以考虑一下：

是否能够通过字符串对象本身支持的基本方法解决问题。

是否可以通过“substring”来缩小需要用正则表达式的范围。

这些方式都能够有效的提高程序的效率。

关于正则表达式对象，还有一点需要注意，参考如下代码：

清单 13. 正则表达式

for(var i = 0; i <= str_array.length; i++){
if(str_array[i].match(/^s*extra\s/)){
……………………
}
}

这里，我们往“match”方法传入“/^s*extra\s/”是会影响效率的，它会构建临时值为“/^s*extra\s/”的正则表达式对象，执行“match”方法，然后销毁临时的正则表达式对象。我们可以这样做：

清单 14. 利用变量

var sExpr = /^s*extra\s/;
for(var i = 0; i <= str_array.length; i++){
if(str_array[i].match(sExpr)){
……………………
}
}

这样就不会有临时对象了。

setTimeout 和 setInterval

“setTimeout”和“setInterval”这两个函数可以接受字符串变量，但是会带来和之前谈到的“eval”类似的性能问题，所以建议还是直接传入函数对象本身。

利用提前退出

参考如下两段代码：

清单 15. 利用提前退出

// 代码 1
var name = … .;
var source = …… ;
if(source.match(/ …… /)){
……………………………
}
// 代码 2
var name = … .;
var source = …… ;
if(name.indexOf( … ) &&source.match(/ …… /)){
……………………………
}

代码 2 多了一个对“name.indexOf( … )”的判断，这使得程序每次走到这一段时会先执行“indexOf”的判断，再执行后面的“match”，在“indexOf”比“match”效率高很多的前提下，这样做会减少“match”的执行次数，从而一定程度的提高效率。

DOM 操作性能调优

JavaScript 的开发离不开 DOM 的操作，所以对 DOM 操作的性能调优在 Web 开发中也是非常重要的。

Repaint 和 Reflow

Repaint 也叫 Redraw，它指的是一种不会影响当前 DOM 的结构和布局的一种重绘动作。如下动作会产生 Repaint 动作：

不可见到可见（visibility 样式属性）
颜色或图片变化（background, border-color, color 样式属性）
不改变页面元素大小，形状和位置，但改变其外观的变化

Reflow 比起 Repaint 来讲就是一种更加显著的变化了。它主要发生在 DOM 树被操作的时候，任何改变 DOM 的结构和布局都会产生 Reflow。但一个元素的 Reflow 操作发生时，它的所有父元素和子元素都会放生 Reflow，最后 Reflow 必然会导致 Repaint 的产生。举例说明，如下动作会产生 Repaint 动作：

浏览器窗口的变化
DOM 节点的添加删除操作
一些改变页面元素大小，形状和位置的操作的触发

减少 Reflow

通过 Reflow 和 Repaint 的介绍可知，每次 Reflow 比其 Repaint 会带来更多的资源消耗，我们应该尽量减少 Reflow 的发生，或者将其转化为只会触发 Repaint 操作的代码。

参考如下代码：

清单 16. reflow 介绍

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

这是我们经常接触的代码了，但是这段代码会产生 3 次 reflow。再看如下代码：

清单 17. 减少 reflow

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

这里便只有一次 reflow，所以我们推荐这种 DOM 节点操作的方式。

关于上述较少 Reflow 操作的解决方案，还有一种可以参考的模式：

清单 18. 利用 display 减少 reflow

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

先隐藏 pDiv，再显示，这样，隐藏和显示之间的操作便不会产生任何的 Reflow，提高了效率。

特殊测量属性和方法

DOM 元素里面有一些特殊的测量属性的访问和方法的调用，也会触发 Reflow，比较典型的就是“offsetWidth”属性和“getComputedStyle”方法。

图 1. 特殊测量属性和方法

这些测量属性和方法大致有这些：

offsetLeft
offsetTop
offsetHeight
offsetWidth
scrollTop/Left/Width/Height
clientTop/Left/Width/Height
getComputedStyle()
currentStyle(in IE))

这些属性和方法的访问和调用，都会触发 Reflow 的产生，我们应该尽量减少对这些属性和方法的访问和调用，参考如下代码：

清单 19. 特殊测量属性

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…………

这里我们可以用临时变量将“offsetWidth”的值缓存起来，这样就不用每次访问“offsetWidth”属性。这种方式在循环里面非常适用，可以极大地提高性能。

样式相关

我们肯定经常见到如下的代码：

清单 20. 样式相关

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，这里的每一个样式的改变，都会产生 Reflow。需要减少这种情况的发生，我们可以这样做：

解决方案 1：

清单 21. className 解决方案

.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，可以将原有的所有 Reflow 或 Repaint 的次数都缩减到一个。

解决方案 2：

清单 22. cssText 解决方案

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;

一次性设置所有样式，也是减少 Reflow 提高性能的方法。

XPath

一个页面上往往包含 1000 多页面元素，在定位具体元素的时候，往往需要一定的时间。如果用 id 或 name 定位可能效率不会太慢，如果用元素的一些其他属性（比如 className 等等）定位，可能效率有不理想了。有的可能只能通过遍历所有元素（getElementsByTagName）然后过滤才能找到相应元素，这就更加低效了，这里我们推荐使用 XPath 查找元素，这是很多浏览器本身支持的功能。

清单 23. XPath 解决方案

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() ……
// 处理浏览器不支持 XPath 的情况
………………………………
}

浏览器 XPath 的搜索引擎会优化搜索效率，大大缩短结果返回时间。

HTMLCollection 对象

这是一类特殊的对象，它们有点像数组，但不完全是数组。下述方法的返回值一般都是 HTMLCollection 对象：

document.images, document.forms
getElementsByTagName()
getElementsByClassName()

这些 HTMLCollection 对象并不是一个固定的值，而是一个动态的结果。它们是一些比较特殊的查询的返回值，在如下情况下，它们会重新执行之前的查询而得到新的返回值（查询结果），虽然多数情况下会和前一次或几次的返回值都一样：

Length 属性
具体的某个成员

所以，HTMLCollection 对象对这些属性和成员的访问，比起数组来要慢很多。当然也有例外，Opera 和 Safari 对这种情况就处理的很好，不会有太大性能问题。

参考如下代码：

清单 24. HTMLConnection 对象

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++){
…………………………………… .
}

上述两端代码，下面的效率比起上面一段要慢很多，因为每一个循环都会有“items.length”的触发，也就会导致“document.getElementsByTagName(..)”方法的再次调用，这便是效率便会大幅度下降的原因。我们可以这样解决：

清单 25. HTMLConnection 对象解决方案

var items = document.getElementsByTagName(“div”);
var len = items.length
for(var i = 0; i < len; i++){
…………………………………… .
}

这样一来，效率基本与普通数组一样。

动态创建 script 标签

加载并执行一段 JavaScript 脚本是需要一定时间的，在我们的程序中，有时候有些 JavaScript 脚本被加载后基本没有被使用过（比如：脚本里的函数从来没有被调用等等）。加载这些脚本只会占用 CPU 时间和增加内存消耗，降低 Web 应用的性能。所以推荐动态的加载JavaScript 脚本文件，尤其是那些内容较多，消耗资源较大的脚本文件。

清单 26. 创建 script 标签

if(needXHR){
document.write(“<script type= ’ test\/JavaScript ’ src= 'dojo_xhr.js' >”);
}
if(dojo.isIE){
document.write(“<script type= ’ test\/JavaScript ’ src= 'vml.js' >”);
}

结束语

这篇文章介绍了 Web 开发中关于性能方面需要注意的一些小细节，从 JavaScript 本身着手，介绍了 JavaScript 中需要避免的一些函数的使用和编程规则，比如 eval 的弊端，function scope chain 以及 String 的用法等等，也分享了一些比较推荐的做法，并扩展到 JavaScript 对 DOM 操作的性能调优，比如利用 Repaint 和 Reflow 的机制，如何使用特殊测量属性，样式相关的性能调优以及 HTMLCollection 对象的原理和使用小技巧。这些小细节我们可以在开发过程中尽量注意一下，以尽可能多的提高我们 Web 应用的性能。