关于chrome:从打字机效果的-N-种实现看JS定时器机制和前端动画

首先，什么是打字机成果呢？一图胜千言，诸君请看：

打字机成果即为文字一一输入，实际上就是 Web 动画。在 Web 利用中，实现动画成果的办法比拟多，JavaScript 中能够通过定时器 setTimeout 来实现，css3 能够应用 transition 和 animation 来实现，html5 中的 canvas 也能够实现。除此之外，html5 还提供一个专门用于申请动画的 API，即 requestAnimationFrame（rAF），顾名思义就是“申请动画帧”。接下来，咱们一起来看看打字机成果的几种实现。为了便于了解，我会尽量应用简洁的形式进行实现，有趣味的话，你也能够把这些实现革新的更有逼格、更具艺术气味一点，因为编程，原本就是一门艺术。

setTimeout 版本的实现很简略，只需 把要展现的文本进行切割，应用定时器一直向 DOM 元素里追加文字 即可，同时，应用 ::after 伪元素 在 DOM 元素前面产生光标闪动的成果。代码和效果图如下：

<!-- 款式 -->
<style type="text/css">
  /* 设置容器款式 */
  #content {
    height: 400px;
    padding: 10px;
    font-size: 28px;
    border-radius: 20px;
    background-color: antiquewhite;
  }
  /* 产生光标闪动的成果 */
  #content::after{
      content: '|';
      color:darkgray;
      animation: blink 1s infinite;
  }
  @keyframes blink{
      from{opacity: 0;}
      to{opacity: 1;}
  }
</style>

<body>
  <div id='content'></div>
  <script>
    (function () {
    // 获取容器
    const container = document.getElementById('content')
    // 把须要展现的全副文字进行切割
    const data = '最简略的打字机成果实现'.split('')
    // 须要追加到容器中的文字下标
    let index = 0
    function writing() {if (index < data.length) {
        // 追加文字
        container.innerHTML += data[index ++]
        let timer = setTimeout(writing, 200)
        console.log(timer) // 这里会顺次打印 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
      }
    }
    writing()})();
  </script>
</body>

setTimeout()办法的返回值是一个惟一的数值（ID），下面的代码中，咱们也做了 setTimeout()返回值的打印，那么，这个数值有什么用呢？
如果你想要终止 setTimeout()办法的执行，那就必须应用 clearTimeout()办法来终止，而应用这个办法的时候，零碎必须晓得你到底要终止的是哪一个 setTimeout()办法 (因为你可能同时调用了好几个 setTimeout() 办法)，这样 clearTimeout()办法就须要一个参数，这个参数就是 setTimeout()办法的返回值 (数值)，用这个数值来惟一确定完结哪一个 setTimeout() 办法。

setInterval 实现的打字机成果，其实在 MDN window.setInterval 案例三中曾经有一个了，而且还实现了播放、暂停以及终止的管制，成果可点击这里查看，在此只进行 setInterval 打字机成果的一个最简略实现，其实代码和前文 setTimeout 的实现相似，成果也统一。

(function () {
  // 获取容器
  const container = document.getElementById('content')
  // 把须要展现的全副文字进行切割
  const data = '最简略的打字机成果实现'.split('')
  // 须要追加到容器中的文字下标
  let index = 0
  let timer = null
  function writing() {if (index < data.length) {
      // 追加文字
      container.innerHTML += data[index ++]
      // 没错，也能够通过，clearTimeout 勾销 setInterval 的执行
      // index === 4 && clearTimeout(timer)
    } else {clearInterval(timer)
    }
    console.log(timer) // 这里会打印出 1 1 1 1 1 ...
  }
  // 应用 setInterval 时，完结后不要遗记进行 clearInterval
  timer = setInterval(writing, 200)
})();

和 setTimeout 一样，setInterval 也会返回一个 ID（数字），能够 将这个 ID 传递给 clearInterval()或者 clearTimeout() 以勾销定时器的执行。

在此有必要强调一点：定时器指定的工夫距离，示意的是何时将定时器的代码增加到音讯队列，而不是何时执行代码。所以真正何时执行代码的工夫是不能保障的，取决于何时被主线程的事件循环取到，并执行。

在动画的实现上，requestAnimationFrame 比起 setTimeout 和 setInterval 来无疑更具劣势。咱们先看看打字机成果的 requestAnimationFrame 实现：

(function () {const container = document.getElementById('content')
    const data = '与 setTimeout 相比，requestAnimationFrame 最大的劣势是 由零碎来决定回调函数的执行机会。具体一点讲就是，零碎每次绘制之前会被动调用 requestAnimationFrame 中的回调函数，如果零碎绘制率是 60Hz，那么回调函数就每 16.7ms 被执行一次，如果绘制频率是 75Hz，那么这个间隔时间就变成了 1000/75=13.3ms。换句话说就是，requestAnimationFrame 的执行步调跟着零碎的绘制频率走。它能保障回调函数在屏幕每一次的绘制距离中只被执行一次，这样就不会引起丢帧景象，也不会导致动画呈现卡顿的问题。'.split('')
    let index = 0
    function writing() {if (index < data.length) {container.innerHTML += data[index ++]
        requestAnimationFrame(writing)
      }
    }
    writing()})();

与 setTimeout 相比，requestAnimationFrame 最大的劣势是 由零碎来决定回调函数的执行机会 。具体一点讲，如果屏幕刷新率是 60Hz, 那么回调函数就每 16.7ms 被执行一次，如果刷新率是 75Hz，那么这个工夫距离就变成了 1000/75=13.3ms，换句话说就是，requestAnimationFrame 的步调跟着零碎的刷新步调走。 它能保障回调函数在屏幕每一次的刷新距离中只被执行一次，这样就不会引起丢帧景象，也不会导致动画呈现卡顿的问题。

除了以上三种 JS 办法之外，其实只用 CSS 咱们也能够实现打字机成果。大略思路是借助 CSS3 的 @keyframes 来一直扭转蕴含文字的容器的宽度，超出容器局部的文字暗藏不展现。

<style>
  div {
    font-size: 20px;
    /* 初始宽度为 0 */
    width: 0;
    height: 30px;
    border-right: 1px solid darkgray;
    /*
    Steps(<number_of_steps>，<direction>)
    steps 接管两个参数：第一个参数指定动画宰割的段数；第二个参数可选，承受 start 和 end 两个值，指定在每个距离的终点或是起点产生阶跃变动，默认为 end。*/
    animation: write 4s steps(14) forwards,
      blink 0.5s steps(1) infinite;
      overflow: hidden;
  }

  @keyframes write {
    0% {width: 0;}

    100% {width: 280px;}
  }

  @keyframes blink {
    50% {/* transparent 是全透明彩色 (black) 的速记法，即一个相似 rgba(0,0,0,0)这样的值。*/
      border-color: transparent; /* #00000000 */
    }
  }
</style>

<body>
  <div>
    大江东去浪淘尽，千古风流人物
  </div>
</body>

以上 CSS 打字机成果的原理高深莫测：

初始文字是全副在页面上的，只是容器的宽度为 0，设置文字超出局部暗藏，而后一直扭转容器的宽度；
设置border-right，并在关键帧上扭转 border-color 为transparent，左边框就像闪动的光标了。

Typed.js is a library that types. Enter in any string, and watch it type at the speed you’ve set, backspace what it’s typed, and begin a new sentence for however many strings you’ve set.

Typed.js 是一个轻量级的打字动画库, 只须要几行代码，就能够在我的项目中实现炫酷的打字机成果（本文第一张动图即为 Typed.js 实现）。源码也绝对比较简单，有趣味的话，能够到 GitHub 进行研读。

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">

<head>
  <meta charset="UTF-8">
  <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
  <title>Document</title>
  <script src="https://cdn.jsdelivr.net/npm/typed.js@2.0.11"></script>
</head>

<body>
  <div id="typed-strings">
    <p>Typed.js is a <strong>JavaScript</strong> library.</p>
    <p>It <em>types</em> out sentences.</p>
  </div>
  <span id="typed"></span>
</body>
<script>
  var typed = new Typed('#typed', {
    stringsElement: '#typed-strings',
    typeSpeed: 60
  });
</script>

</html>

应用 Typed.js，咱们也能够很容易的实现对动画开始、暂停等的管制：

<body>
  <input type="text" class="content" name=""style="width: 80%;">
  <br>
  <br>
  <button class="start"> 开始 </button>
  <button class="stop"> 暂停 </button>
  <button class="toggle"> 切换 </button>
  <button class="reset"> 重置 </button>
</body>
<script>
const startBtn = document.querySelector('.start');
const stopBtn = document.querySelector('.stop');
const toggleBtn = document.querySelector('.toggle');
const resetBtn = document.querySelector('.reset');
const typed = new Typed('.content',{strings: ['雨过白鹭州，眷恋铜雀楼，斜阳染幽草，几度飞红，摇曳了江上远帆，回望灯如花，未语人先羞。'],
  typeSpeed: 200,
  startDelay: 100,
  loop: true,
  loopCount: Infinity,
  bindInputFocusEvents:true
});
startBtn.onclick = function () {typed.start();
}
stopBtn.onclick = function () {typed.stop();
}
toggleBtn.onclick = function () {typed.toggle();
}
resetBtn.onclick = function () {typed.reset();
}
</script>

参考资料：Typed.js 官网 | Typed.js GitHub 地址

当然，打字机成果的实现形式，也不仅仅局限于下面所说的几种办法，本文的目标，也不在于收罗所有打字机成果的实现，如果那样将毫无意义，接下来，咱们将会对 CSS3 动画和 JS 动画进行一些比拟，并对 setTimeout、setInterval 和 requestAnimationFrame 的一些细节进行总结。

对于 CSS 动画和 JS 动画，有一种说法是 CSS 动画比 JS 晦涩，其实这种晦涩是有前提的。借此机会，咱们对 CSS3 动画和 JS 动画进行一个简略比照。

长处：
- JS 动画控制能力强，能够在动画播放过程中对动画进行精密管制，如开始、暂停、终止、勾销等；
- JS 动画成果比 CSS3 动画丰盛，性能涵盖面广，比方能够实现曲线运动、冲击闪动、视差滚动等 CSS 难以实现的成果；
- JS 动画大多数状况下没有兼容性问题，而 CSS3 动画有兼容性问题；
毛病：
- JS 在浏览器的主线程中运行，而主线程中还有其它须要运行的 JS 脚本、款式计算、布局、绘制工作等，对其烦扰可能导致线程呈现阻塞，从而造成丢帧的状况；
- 对于帧速体现不好的低版本浏览器，CSS3 能够做到天然降级，而 JS 则须要撰写额定代码；
- JS 动画往往须要频繁操作 DOM 的 css 属性来实现视觉上的动画成果，这个时候浏览器要不停地执行重绘和重排，这对于性能的耗费是很大的，尤其是在调配给浏览器的内存没那么拮据的挪动端。

长处：
- 局部状况下浏览器能够对动画进行优化（比方专门新建一个图层用来跑动画），为什么说局部状况下呢，因为是有条件的：
  - 在 Chromium 根底上的浏览器中
  - 同时 CSS 动画不触发 layout 或 paint，在 CSS 动画或 JS 动画触发了 paint 或 layout 时，须要 main thread 进行 Layer 树的重计算，这时 CSS 动画或 JS 动画都会阻塞后续操作。
- 局部成果能够强制应用硬件加速（通过 GPU 来进步动画性能）
毛病：
- 代码简短。CSS 实现略微简单一点动画，CSS 代码可能都会变得十分轻便；
- 运行过程管制较弱。css3 动画只能在某些场景下管制动画的暂停与持续，不能在特定的地位增加回调函数。

渲染线程分为 main thread(主线程)和 compositor thread(合成器线程)。主线程中保护了一棵 Layer 树（LayerTreeHost），治理了 TiledLayer，在 compositor thread，保护了同样一颗 LayerTreeHostImpl，治理了 LayerImpl，这两棵树的内容是拷贝关系。因而能够彼此不烦扰，当 Javascript 在 main thread 操作 LayerTreeHost 的同时，compositor thread 能够用 LayerTreeHostImpl 做渲染。当 Javascript 忙碌导致主线程卡住时，合成到屏幕的过程也是晦涩的。
为了实现防假死，鼠标键盘音讯会被首先散发到 compositor thread，而后再到 main thread。这样，当 main thread 忙碌时，compositor thread 还是可能响应一部分音讯，例如，鼠标滚动时，如果 main thread 忙碌，compositor thread 也会解决滚动音讯，滚动曾经被提交的页面局部（未被提交的局部将被刷白）。

CSS 动画比拟少或者不触发 pain 和 layout，即重绘和重排时。例如通过扭转如下属性生成的 css 动画，这时整个 CSS 动画得以在 compositor thread 实现（而 JS 动画则会在 main thread 执行，而后触发 compositor 进行下一步操作）：
- backface-visibility：该属性指定当元素反面朝向观察者时是否可见（3D，试验中的性能）；
- opacity：设置 div 元素的不通明级别；
- perspective 设置元素视图，该属性只影响 3D 转换元素；
- perspective-origin：该属性容许您扭转 3D 元素的底部地位；
- transform：该属性利用于元素的 2D 或 3D 转换。这个属性容许你将元素旋转，缩放，挪动，歪斜等。
JS 在执行一些低廉的工作时，main thread 忙碌，CSS 动画因为应用了 compositor thread 能够放弃晦涩；
局部属性可能启动 3D 减速和 GPU 硬件加速，例如应用 transform 的 translateZ 进行 3D 变换时；
通过设置 will-change 属性，浏览器就能够提前晓得哪些元素的属性将会扭转，提前做好筹备。待须要扭转元素的机会到来时，就能够立即实现它们，从而防止卡顿等问题。
- 不要将 will-change 利用到太多元素上，如果适度应用的话，可能导致页面响应迟缓或者耗费十分多的资源。
- 例如上面的代码就是提前通知渲染引擎 box 元素将要做几何变换和透明度变换操作，这时候 渲染引擎会将该元素独自实现一帧，等这些变换产生时，渲染引擎会通过合成线程间接去解决变换，这些变换并没有波及到主线程，这样就大大晋升了渲染的效率。
```
.box {will-change: transform, opacity;}
```

setTimeout 的执行工夫并不是确定的。在 JavaScript 中，setTimeout 工作被放进了异步队列中，只有当主线程上的工作执行完当前，才会去查看该队列里的工作是否须要开始执行，所以 setTimeout 的理论执行机会个别要比其设定的工夫晚一些。
刷新频率受屏幕分辨率和屏幕尺寸的影响，不同设施的屏幕绘制频率可能会不同，而 setTimeout 只能设置一个固定的工夫距离，这个工夫不肯定和屏幕的刷新工夫雷同。
setTimeout 的执行只是在内存中对元素属性进行扭转，这个变动必须要等到屏幕下次绘制时才会被更新到屏幕上。如果两者的步调不统一，就可能会导致两头某一帧的操作被逾越过来，而间接更新下一帧的元素。假如屏幕每隔 16.7ms 刷新一次，而 setTimeout 每隔 10ms 设置图像向左挪动 1px，就会呈现如下绘制过程：
- 第 0 ms：屏幕未绘制，期待中，setTimeout 也未执行，期待中；
- 第 10 ms：屏幕未绘制，期待中，setTimeout 开始执行并设置元素属性 left=1px；
- 第 16.7 ms：屏幕开始绘制，屏幕上的元素向左挪动了 1px，setTimeout 未执行，持续期待中；
- 第 20 ms：屏幕未绘制，期待中，setTimeout 开始执行并设置 left=2px;
- 第 30 ms：屏幕未绘制，期待中，setTimeout 开始执行并设置 left=3px;
- 第 33.4 ms：屏幕开始绘制，屏幕上的元素向左挪动了 3px，setTimeout 未执行，持续期待中；
- …

从下面的绘制过程中能够看出，屏幕没有更新 left=2px 的那一帧画面，元素间接从 left=1px 的地位跳到了 left=3px 的的地位，这就是 丢帧景象，这种景象就会引起动画卡顿。

setInterval 的回调函数调用之间的理论提早小于代码中设置的提早，因为回调函数执行所需的工夫“耗费”了距离的一部分，如果回调函数执行工夫长、执行次数多的话，误差也会越来越大：

// repeat with the interval of 2 seconds
let timerId = setInterval(() => console.log('tick', timerId), 2000);
// after 50 seconds stop
setTimeout(() => {clearInterval(timerId);
  console.log('stop', timerId);
}, 50000);

嵌套的 setTimeout 能够保障固定的提早：

let timerId = setTimeout(function tick() {console.log('tick', timerId);
  timerId = setTimeout(tick, 2000); // (*)
}, 2000);

除了上文提到的 requestAnimationFrame 的劣势外，requestAnimationFrame 还有以下两个劣势：

CPU 节能：应用 setTimeout 实现的动画，当页面被暗藏或最小化时，setTimeout 依然在后盾执行动画工作，因为此时页面处于不可见或不可用状态，刷新动画是没有意义的，齐全是节约 CPU 资源。而 requestAnimationFrame 则齐全不同，当页面处于未激活的状态下，该页面的屏幕刷新工作也会被零碎暂停，因而跟着零碎步调走的 requestAnimationFrame 也会进行渲染，当页面被激活时，动画就从上次停留的中央继续执行，无效节俭了 CPU 开销。
函数节流：在高频率事件 (resize,scroll 等) 中，为了避免在一个刷新距离内产生屡次函数执行，应用 requestAnimationFrame 可 保障每个刷新距离内，函数只被执行一次，这样既能保障流畅性，也能更好的节俭函数执行的开销。一个刷新距离内函数执行屡次是没有意义的，因为显示器每 16.7ms 刷新一次，屡次绘制并不会在屏幕上体现进去。

2011 年的规范中是这么规定的：
- setTimeout：如果以后正在运行的工作是由 setTimeout（）办法创立的工作，并且工夫距离小于 4ms，则将工夫距离减少到 4ms；
- setInterval：如果工夫距离小于 10ms，则将工夫距离减少到 10ms。
在最新规范中：如果工夫距离小于 0，则将工夫距离设置为 0。如果 嵌套级别大于 5，并且工夫距离小于 4ms，则将工夫距离设置为 4ms。

因为 clearTimeout（）和 clearInterval（）革除的是同一列表（流动计时器列表）中的条目，因而能够应用这两种办法革除 setTimeout（）或 setInterval（）创立的计时器。

HTML — 8.6 Timers
requestAnimationFrame
CSS3 动画和 JS 动画的比拟
Scheduling: setTimeout and setInterval

往期高分合集：

前端装逼技巧 108 式（一）—— 打工人
前端装逼技巧 108 式（二）—— 不讲武德
前端装逼技巧 108 式（三）—— 冇得感情的 API 调用工程师
浏览器是如何工作的：Chrome V8 让你更懂 JavaScript
能够迭代大部分数据类型的 for…of 为什么不能遍历一般对象？

本文首发于集体博客，欢送斧正和 star。

关于chrome:从打字机效果的-N-种实现看JS定时器机制和前端动画

打字机成果的 N 种实现

实现一：setTimeout()

实现二：setInterval()

实现三：requestAnimationFrame()

实现四：CSS3

实现五：Typed.js

CSS3 动画和 JS 动画的比拟

JS 动画

CSS3 动画

main thread(主线程)和 compositor thread(合成器线程)

CSS 动画比 JS 动画晦涩的前提

setTimeout、setInterval 和 requestAnimationFrame 的一些细节

setTimeout 和 setInterval

requestAnimationFrame

对于最小工夫距离

定时器的革除

参考资料