CSS 性能优化
当开发网站时,你需要考虑浏览器如何处理你网站上的 CSS。为了减轻 CSS 可能引起的性能问题,你应该对其进行优化。例如,你应该优化 CSS 以减少阻塞渲染并最小化所需的回流次数。本文将为你介绍关键的 CSS 性能优化技术。
前提: | 基本的计算机操作能力,已安装基本软件,以及对客户端 Web 技术的基本了解。 |
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目标: | 了解 CSS 对网站性能的影响,以及如何优化 CSS 以改善性能。 |
优化与否
优化渲染
浏览器有一个固定的渲染流程——只有在布局(layout)完成后才能绘制(paint)页面,而布局的前提是要生成渲染树(render tree),而渲染树的生成则需要 DOM 和 CSSOM 树的配合。
如果先让用户看到一个没有样式的页面,等 CSS 样式解析完后再重绘(repaint),这样的体验会很差。所以,浏览器会等到确定需要 CSS 时才开始渲染。只有在下载完 CSS 并生成 CSS 对象模型 CSS 对象模型(CSSOM)之后,浏览器才会绘制页面。
为了优化 CSSOM 的构建并提高页面性能,你可以根据当前 CSS 的状态执行以下一项或多项操作:
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删除不必要的样式:这听起来很明显,但你可能不相信,很多开发者都会忘记清除在开发过程中添加的不会被用到的 CSS 规则。所有脚本都会被解析,无论它在布局于绘制时是否被使用,因此删除无用样式可以加速网页渲染。正如如何从网站中删除未使用的 CSS?(csstricks.com,2019)总结的那样,对于大型代码库来说,这是一个难题,没有灵丹妙药可以可靠地查找和删除未使用的 CSS。你需要尽量保持 CSS 的模块化,并在添加和删除时谨慎小心。
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将 CSS 拆分为独立模块:CSS 模块化可以延迟加载在页面加载阶段非必要的 CSS,缩短初始 CSS 的阻塞和加载时间。最简单的方法是将 CSS 拆分为独立的文件,并仅加载所需内容:
html<!-- 加载和解析 styles.css 会阻塞渲染 --> <link rel="stylesheet" href="styles.css" /> <!-- 加载和解析 print.css 不会阻塞渲染 --> <link rel="stylesheet" href="print.css" media="print" /> <!-- 在大屏幕上,加载和解析 mobile.css 不会阻塞渲染 --> <link rel="stylesheet" href="mobile.css" media="screen and (max-width: 480px)" />
上面的示例提供了三组样式——始终会加载的默认样式、只有在打印文档时才会加载的样式,以及仅在窄屏设备上加载的样式。默认情况下,浏览器会假设每个指定的样式表都会阻塞渲染。你可以通过添加包含媒体查询的
media
属性来告诉浏览器何时应用样式表。当浏览器看到只需要在特定情况下应用的样式表时,它仍然会下载样式表,但不会阻塞渲染。通过将 CSS 拆分为多个文件,主要的渲染阻塞文件(在本例中为styles.css
)会小得多,从而减少渲染阻塞的时间。 -
最小化和压缩你的 CSS:最小化包括在代码进入生产环境后,在文件中删除仅为了人类可读性而存在的所有空格。通过对 CSS 进行最小化,你可以大大减少加载时间。通常,最小化是作为构建过程的一部分进行的(例如,大多数 JavaScript 框架在构建项目准备部署时会对代码进行最小化)。除了最小化之外,还要确保你的站点所在的服务器在提供文件之前对文件使用诸如 gzip 的压缩。
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简化选择器:人们经常编写比应用所需样式更复杂的选择器。这不仅会增加文件大小,还会增加解析这些选择器的时间。例如:
css/* 非常具体的选择器 */ body div#main-content article.post h2.headline { font-size: 24px; } /* 你可能只需要这个 */ .headline { font-size: 24px; }
将选择器简化和降低优先级对于维护也是有好处的。简单选择器的作用很容易理解,如果选择器不具有那么高的优先级,以后需要时就很容易覆盖样式。
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不要将样式应用于不需要的元素:常见的错误是使用通用选择器将样式应用于所有元素,或者至少应用于比实际需要的元素更多的元素。这种类型的样式会对性能产生负面影响,特别是在较大的站点上。
css/* 选择 <body> 元素内的所有元素 */ body * { font-size: 14px; display: flex; }
请记住,许多属性(例如
font-size
)会从其父元素继承其值,因此你不需要在所有地方应用它们。而且功能强大的工具(如弹性盒子)需要谨慎使用。在所有地方都使用它们可能会导致各种意外行为。 -
使用 CSS 精灵图减少图像相关的 HTTP 请求:CSS 精灵图 是一种技术,它将你希望在站点上使用的多个小图像(例如图标)放入单个图像文件中,然后使用不同的
background-position
值在不同的位置显示图像的一部分。这可以大大减少获取图像所需的 HTTP 请求数量。 -
预加载重要资源:你可以使用
rel="preload"
将<link>
元素转换为预加载器,用于关键资源,包括 CSS 文件、字体和图片:html<link rel="preload" href="style.css" as="style" /> <link rel="preload" href="ComicSans.woff2" as="font" type="font/woff2" crossorigin /> <link rel="preload" href="bg-image-wide.png" as="image" media="(min-width: 601px)" />
使用
preload
,浏览器会尽快获取引用的资源,并将其存储在浏览器缓存中,以便在后续代码中引用时可以更快地使用它们。为了让用户体验尽可能流畅,我们应提前加载页面加载初期用户会遇到的高优先级资源。请注意,你还可以使用media
属性创建响应式的预加载器。另请参阅预加载重要资源以提升加载速度这篇 web.dev 上的文章(2020)。
处理动画
动画可以改善感知性能,使界面更加流畅,让用户在等待页面加载时感觉到进展(例如加载旋转图标)。然而,更大更多的动画自然需要更多的处理能力来处理,这可能会降低性能。
最简单的建议是减少所有不必要的动画。你还可以为用户提供一个控件/站点选项,让他们可以关闭动画,例如当他们使用低功率设备或电池电量有限的移动设备时。你还可以使用 JavaScript 来控制页面是否应用动画。还有一个名为 prefers-reduced-motion
的媒体查询,可以根据用户对动画的操作系统级偏好选择性地提供动画样式。
对于必要的 DOM 动画,建议尽可能使用 CSS 动画,而不是 JavaScript 动画(Web 动画 API 提供了一种直接使用 JavaScript 连接到 CSS 动画的方法)。
选择要进行动画处理的属性
接下来,动画性能在很大程度上取决于你要进行动画处理的属性。某些属性在进行动画处理时会触发回流(进一步也会触发重绘),应该避免使用这些属性。这些属性包括:
- 修改元素的尺寸,例如
width
、height
、border
和padding
。 - 重新定位元素,例如
margin
、top
、bottom
、left
和right
。 - 更改元素的布局,例如
align-content
、align-items
和flex
。 - 添加改变元素几何形状的视觉效果,例如
box-shadow
。
现代浏览器很智能,只会重新绘制文档中已更改的区域,而不是整个页面。因此,越大的动画成本越高。
如果可以的话,最好对不会引起回流/重绘的属性进行动画处理。这包括:
在 GPU 上进行动画处理
为了进一步提高性能,你应该考虑将动画处理工作转移到主线程之外,并放到设备的 GPU 上进行(也称为合成(compositing))。这可以通过选择特定类型的动画来实现,浏览器会自动将这些动画发送到 GPU 来处理。包括:
- 3D 变换动画,例如
transform: translateZ()
和rotate3d()
。 - 具有某些其他属性动画的元素,例如
position: fixed
。 - 应用了
will-change
的元素(请参阅下面的小节)。 - 特定的在其自己层中渲染的元素,包括
<video>
、<canvas>
和<iframe>
。
在 GPU 上进行动画处理可以提高性能,尤其是在移动设备上。然而,将动画处理移到 GPU 并不总是那么简单。请阅读 CSS GPU 动画:正确使用(smashingmagazine.com,2016)以获取非常有用和详细的分析。
使用 will-change
优化元素变化
浏览器可能会在元素实际发生变化之前进行优化设置。这类优化可以通过提前完成可能需要的大量工作,提高页面的响应速度。CSS 的 will-change
属性向浏览器提示元素预期的变化方式。
备注:will-change
应该作为处理现有的性能问题的最后一招。不应该用它来预测性能问题。
.element {
will-change: opacity, transform;
}
优化渲染阻塞
CSS 可以使用媒体查询将样式限定在特定条件下。媒体查询对于响应式网页设计非常重要,并且可以帮助我们优化关键渲染流程。浏览器会阻塞渲染直到解析完所有的样式,但不会阻塞不会使用的样式,例如打印样式表。通过根据媒体查询将 CSS 拆分为多个文件,可以防止在下载未使用的 CSS 时阻塞渲染。要创建一个非阻塞的 CSS 链接,将不立即使用的样式(例如打印样式)移动到单独的文件中,在 HTML 标记中添加一个 <link>
,并添加一个媒体查询,在本例中是打印样式表。
<!-- 加载和解析 styles.css 会阻塞渲染 -->
<link rel="stylesheet" href="styles.css" />
<!-- 加载和解析 print.css 不会阻塞渲染 -->
<link rel="stylesheet" href="print.css" media="print" />
<!-- 在大屏幕上,加载和解析 mobile.css 不会阻塞渲染 -->
<link
rel="stylesheet"
href="mobile.css"
media="screen and (max-width: 480px)" />
默认情况下,浏览器假设每个指定的样式表都会阻塞渲染。通过添加具有媒体查询的 media
属性告诉浏览器样式表应该何时应用。当浏览器看到一个样式表时,它会知道它只需要将其应用于特定的情况,它仍然会下载样式表,但不会阻塞渲染。通过将 CSS 拆分为多个文件,主要的阻塞渲染文件(在本例中是 styles.css
)会变得更小,从而减少了渲染阻塞的时间。
改善字体性能
本节包含一些有用的技巧,可以用于改善 Web 字体的性能。
总体而言,请仔细考虑在你的网站上使用的字体。某些字体文件可能非常大(几兆字节)。虽然使用大量字体以获得视觉上的吸引力可能很诱人,但这可能会显著降低页面加载速度,并使你的网站看起来凌乱不堪。你可能只需要使用两到三种字体,如果选择使用 Web 安全字体,则可以使用更少的字体。
字体加载
请记住,字体仅在使用 font-family
属性应用于元素时才会加载,而不是在首次使用 @font-face
at 规则引用时加载:
/* 字体在此处没有加载 */
@font-face {
font-family: "Open Sans";
src: url("OpenSans-Regular-webfont.woff2") format("woff2");
}
h1,
h2,
h3 {
/* 字体实际上在此处加载 */
font-family: "Open Sans";
}
因此,使用 rel="preload"
来提前加载重要的字体,这样它们在实际需要时可以更快地可用:
<link
rel="preload"
href="OpenSans-Regular-webfont.woff2"
as="font"
type="font/woff2"
crossorigin />
如果你的 font-family
声明位于一个大型的外部样式表中,并且在解析过程中不会被立即访问到,那么这种做法更有益处。不过要适当权衡:字体文件相当大,如果预加载太多字体,可能会延迟其他资源的加载。
你还可以考虑以下几点:
- 使用
rel="preconnect"
与字体提供方建立早期连接。有关详细信息,请参阅预连接到关键的第三方源。 - 使用 CSS 字体加载 API 通过 JavaScript 自定义字体加载行为。
只加载所需的字形
在选择用于正文的字体时,很难确定将在其中使用的字形,特别是如果你处理的是用户生成的内容和/或涉及多种语言的内容。
然而,如果你知道你将使用特定的字形集(例如,仅用于标题或特定标点符号字符的字形),你可以限制浏览器需要下载的字形数量。这可以通过创建仅包含所需子集的字体文件来实现,这个过程叫做子集化。然后可以使用 @font-face
的 unicode-range
描述符来指定何时使用你的子集字体。如果页面中没有使用该范围内的任何字符,则不会下载该字体。
@font-face {
font-family: "Open Sans";
src: url("OpenSans-Regular-webfont.woff2") format("woff2");
unicode-range: U+0025-00FF;
}
使用 font-display
描述符定义字体的显示行为
应用于 @font-face
at 规则的 font-display
描述符定义了浏览器加载和显示字体文件的方式,使得文字在字体正在加载或加载失败时都能以备用字体显示。这通过使文本可见而不是显示空白屏幕来提高性能,但代价是出现未样式化文本的闪烁。
@font-face {
font-family: someFont;
src: url(/path/to/fonts/someFont.woff) format("woff");
font-weight: 400;
font-style: normal;
font-display: fallback;
}
使用 CSS 局限优化样式重新计算
通过使用 CSS 局限模块中定义的属性,你可以指示浏览器将页面的不同部分隔离开来,并独立地优化它们的渲染。这允许在渲染各个部分时提高性能。例如,你可以指定浏览器在特定容器于视口中可见之前不要渲染它们。
contain
属性允许作者精确指定要应用于页面上各个容器的局限类型。这使得浏览器可以针对 DOM 的一部分重新计算布局、样式、绘制、大小或它们的任意组合。
article {
contain: content;
}
content-visibility
属性是一个有用的快捷方式,允许作者在一组容器上应用一组强大的局限,并指定浏览器在需要之前不要布局和渲染这些容器。
另一个属性 contain-intrinsic-size
也可用,它允许你为容器提供一个占位大小,同时它们受到局限的影响。这意味着即使容器的内容尚未渲染,它们也会占据空间,允许包含执行其性能优化而不会出现滚动条的变动和卡顿。这提高了内容正在加载时用户体验的质量。
article {
content-visibility: auto;
contain-intrinsic-size: 1000px;
}
参见
- CSS 动画性能
- 字体最佳实践(来自 web.dev,2022)
- content-visibility:提升渲染性能的新 CSS 属性(来自 web.dev,2022)