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淺談利用緩存來優(yōu)化HTML5 Canvas程序的性能
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canvas玩多了后，就會(huì)自動(dòng)的要開始考慮性能問題了。怎么優(yōu)化canvas的動(dòng)畫呢？

　　【使用緩存】

　　使用緩存也就是用離屏canvas進(jìn)行預(yù)渲染了，原理很簡(jiǎn)單，就是先繪制到一個(gè)離屏canvas中，然后再通過drawImage把離屏canvas畫到主canvas中。可能看到這很多人就會(huì)誤解，這不是寫游戲里面用的很多的雙緩沖機(jī)制么？

　　其實(shí)不然，雙緩沖機(jī)制是游戲編程中為了防止畫面閃爍，因此會(huì)有一個(gè)顯示在用戶面前的畫布以及一個(gè)后臺(tái)畫布，進(jìn)行繪制時(shí)會(huì)先將畫面內(nèi)容繪制到后臺(tái)畫布中，再將后臺(tái)畫布里的數(shù)據(jù)繪制到前臺(tái)畫布中。這就是雙緩沖，但是canvas中是沒有雙緩沖的，因?yàn)楝F(xiàn)代瀏覽器基本上都是內(nèi)置了雙緩沖機(jī)制。所以，使用離屏canvas并不是雙緩沖，而是把離屏canvas當(dāng)成一個(gè)緩存區(qū)。把需要重復(fù)繪制的畫面數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存起來，減少調(diào)用canvas的API的消耗。

　　眾所周知，調(diào)用canvas的API很消耗性能，所以，當(dāng)我們要繪制一些重復(fù)的畫面數(shù)據(jù)時(shí)，妥善利用離屏canvas對(duì)性能方面有很大的提升，可以看下下面的DEMO

　　1 、 沒使用緩存   

　　2、  使用了緩存但是沒有設(shè)置離屏canvas的寬高  

      3 、 使用了緩存但是沒有設(shè)置離屏canvas的寬高  

　　4 、 使用了緩存且設(shè)置了離屏canvas的寬高

　　可以看到上面的DEMO的性能不一樣，下面分析一下原因：為了實(shí)現(xiàn)每個(gè)圈的樣式，所以繪制圈圈時(shí)我用了循環(huán)繪制，如果沒用啟用緩存，當(dāng)頁面的圈圈數(shù)量達(dá)到一定時(shí)，動(dòng)畫每一幀就要大量調(diào)用canvas的API，要進(jìn)行大量的計(jì)算，這樣再好的瀏覽器也會(huì)被拖垮啦。
XML/HTML Code復(fù)制內(nèi)容到剪貼板

  1. ctx.save();   
  2.                         var j=0;   
  3.                         ctx.lineWidth = borderWidth;   
  4.                         for(var i=1;i<this.r;i+=borderWidth){   
  5.                             ctx.beginPath();   
  6.                             ctx.strokeStyle = this.color[j];   
  7.                             ctx.arc(this.x , this.y , i , 0 , 2*Math.PI);   
  8.                             ctx.stroke();   
  9.                             j++;   
  10.                         }   
  11.                         ctx.restore();  

　　所以，我的方法很簡(jiǎn)單，每個(gè)圈圈對(duì)象里面給他一個(gè)離屏canvas作緩存區(qū)。

　　除了創(chuàng)建離屏canvas作為緩存之外，下面的代碼中有一點(diǎn)很關(guān)鍵，就是要設(shè)置離屏canvas的寬度和高度，canvas生成后的默認(rèn)大小是300X150；對(duì)于我的代碼中每個(gè)緩存起來圈圈對(duì)象半徑最大也就不超過80，所以300X150的大小明顯會(huì)造成很多空白區(qū)域，會(huì)造成資源浪費(fèi)，所以就要設(shè)置一下離屏canvas的寬度和高度，讓它跟緩存起來的元素大小一致，這樣也有利于提高動(dòng)畫性能。上面的四個(gè)demo很明顯的顯示出了性能差距，如果沒有設(shè)置寬高，當(dāng)頁面超過400個(gè)圈圈對(duì)象時(shí)就會(huì)卡的不行了，而設(shè)置了寬高1000個(gè)圈圈對(duì)象也不覺得卡。

XML/HTML Code復(fù)制內(nèi)容到剪貼板
  1. var ball = function(x , y , vx , vy , useCache){   
  2.                 this.x = x;   
  3.                 this.y = y;   
  4.                 this.vx = vx;   
  5.                 this.vy = vy;   
  6.                 this.r = getZ(getRandom(20,40));   
  7.                 this.color = [];   
  8.                 this.cacheCanvas = document.createElement("canvas");   
  9.                 thisthis.cacheCtx = this.cacheCanvas.getContext("2d");   
  10.                 this.cacheCanvas.width = 2*this.r;   
  11.                 this.cacheCanvas.height = 2*this.r;   
  12.                 var num = getZ(this.r/borderWidth);   
  13.                 for(var j=0;j<num;j++){   
  14.                     this.color.push("rgba("+getZ(getRandom(0,255))+","+getZ(getRandom(0,255))+","+getZ(getRandom(0,255))+",1)");   
  15.                 }   
  16.                 this.useCache = useCache;   
  17.                 if(useCache){   
  18.                     this.cache();   
  19.                 }   
  20.             }  

 

當(dāng)我實(shí)例化圈圈對(duì)象時(shí)，直接調(diào)用緩存方法，把復(fù)雜的圈圈直接畫到圈圈對(duì)象的離屏canvas中保存起來。

XML/HTML Code復(fù)制內(nèi)容到剪貼板
  1. cache:function(){   
  2.                     this.cacheCtx.save();   
  3.                     var j=0;   
  4.                     this.cacheCtx.lineWidth = borderWidth;   
  5.                     for(var i=1;i<this.r;i+=borderWidth){   
  6.                         this.cacheCtx.beginPath();   
  7.                         thisthis.cacheCtx.strokeStyle = this.color[j];   
  8.                         this.cacheCtx.arc(this.r , this.r , i , 0 , 2*Math.PI);   
  9.                         this.cacheCtx.stroke();   
  10.                         j++;   
  11.                     }   
  12.                     this.cacheCtx.restore();   
  13.                 }  

然后在接下來的動(dòng)畫中，我只需要把圈圈對(duì)象的離屏canvas畫到主canvas中，這樣，每一幀調(diào)用的canvasAPI就只有這么一句話：

XML/HTML Code復(fù)制內(nèi)容到剪貼板
  1. ctx.drawImage(this.cacheCanvas , this.x-this.r , this.y-this.r);  

跟之前的for循環(huán)繪制比起來，實(shí)在是快太多了。所以當(dāng)需要重復(fù)繪制矢量圖的時(shí)候或者繪制多個(gè)圖片的時(shí)候，我們都可以合理利用離屏canvas來預(yù)先把畫面數(shù)據(jù)緩存起來，在接下來的每一幀中就能減少很多沒必要的消耗性能的操作。

下面貼出1000個(gè)圈圈對(duì)象流暢版代碼：
　　

XML/HTML Code復(fù)制內(nèi)容到剪貼板
  1. <!doctype html>  
  2. <html lang="en">  
  3. <head>  
  4.     <meta charset="UTF-8">  
  5.     <style>  
  6.         body{   
  7.             padding:0;   
  8.             margin:0;   
  9.             overflow: hidden;   
  10.         }   
  11.         #cas{   
  12.             display: block;   
  13.             background-color:rgba(0,0,0,0);   
  14.             margin:auto;   
  15.             border:1px solid;   
  16.         }   
  17.     </style>  
  18.     <title>測(cè)試</title>  
  19. </head>  
  20. <body>  
  21.     <div >  
  22.         <canvas id='cas' width="800" height="600">瀏覽器不支持canvas</canvas>  
  23.         <div style="text-align:center">1000個(gè)圈圈對(duì)象也不卡</div>  
  24.     </div>  
  25.   
  26.     <script>  
  27.         var testBox = function(){   
  28.             var canvas = document.getElementById("cas"),   
  29.                 ctx = canvas.getContext('2d'),   
  30.                 borderWidth = 2,   
  31.                 Balls = [];   
  32.             var ball = function(x , y , vx , vy , useCache){   
  33.                 this.x = x;   
  34.                 this.y = y;   
  35.                 this.vx = vx;   
  36.                 this.vy = vy;   
  37.                 this.r = getZ(getRandom(20,40));   
  38.                 this.color = [];   
  39.                 this.cacheCanvas = document.createElement("canvas");   
  40.                 thisthis.cacheCtx = this.cacheCanvas.getContext("2d");   
  41.                 this.cacheCanvas.width = 2*this.r;   
  42.                 this.cacheCanvas.height = 2*this.r;   
  43.                 var num = getZ(this.r/borderWidth);   
  44.                 for(var j=0;j<num;j++){   
  45.                     this.color.push("rgba("+getZ(getRandom(0,255))+","+getZ(getRandom(0,255))+","+getZ(getRandom(0,255))+",1)");   
  46.                 }   
  47.                 this.useCache = useCache;   
  48.                 if(useCache){   
  49.                     this.cache();   
  50.                 }   
  51.             }   
  52.   
  53.             function getZ(num){   
  54.                 var rounded;   
  55.                 rounded = (0.5 + num) | 0;   
  56.                 // A double bitwise not.   
  57.                 rounded = ~~ (0.5 + num);   
  58.                 // Finally, a left bitwise shift.   
  59.                 rounded = (0.5 + num) << 0;   
  60.   
  61.                 return rounded;   
  62.             }   
  63.   
  64.             ball.prototype = {   
  65.                 paint:function(ctx){   
  66.                     if(!this.useCache){   
  67.                         ctx.save();   
  68.                         var j=0;   
  69.                         ctx.lineWidth = borderWidth;   
  70.                         for(var i=1;i<this.r;i+=borderWidth){   
  71.                             ctx.beginPath();   
  72.                             ctx.strokeStyle = this.color[j];   
  73.                             ctx.arc(this.x , this.y , i , 0 , 2*Math.PI);   
  74.                             ctx.stroke();   
  75.                             j++;   
  76.                         }   
  77.                         ctx.restore();   
  78.                     } else{   
  79.                         ctx.drawImage(this.cacheCanvas , this.x-this.r , this.y-this.r);   
  80.                     }   
  81.                 },   
  82.   
  83.                 cache:function(){   
  84.                     this.cacheCtx.save();   
  85.                     var j=0;   
  86.                     this.cacheCtx.lineWidth = borderWidth;   
  87.                     for(var i=1;i<this.r;i+=borderWidth){   
  88.                         this.cacheCtx.beginPath();   
  89.                         thisthis.cacheCtx.strokeStyle = this.color[j];   
  90.                         this.cacheCtx.arc(this.r , this.r , i , 0 , 2*Math.PI);   
  91.                         this.cacheCtx.stroke();   
  92.                         j++;   
  93.                     }   
  94.                     this.cacheCtx.restore();   
  95.                 },   
  96.   
  97.                 move:function(){   
  98.                     this.x += this.vx;   
  99.                     this.y += this.vy;   
  100.                     if(this.x>(canvas.width-this.r)||this.x<this.r){   
  101.                         thisthis.x=this.x<this.r?this.r:(canvas.width-this.r);   
  102.                         this.vx = -this.vx;   
  103.                     }   
  104.                     if(this.y>(canvas.height-this.r)||this.y<this.r){   
  105.                         thisthis.y=this.y<this.r?this.r:(canvas.height-this.r);   
  106.                         this.vy = -this.vy;   
  107.                     }   
  108.   
  109.                     this.paint(ctx);   
  110.                 }   
  111.             }   
  112.   
  113.             var Game = {   
  114.                 init:function(){   
  115.                     for(var i=0;i<1000;i++){   
  116.                         var b = new ball(getRandom(0,canvas.width) , getRandom(0,canvas.height) , getRandom(-10 , 10) ,  getRandom(-10 , 10) , true)   
  117.                         Balls.push(b);   
  118.                     }   
  119.                 },   
  120.   
  121.                 update:function(){   
  122.                     ctx.clearRect(0,0,canvas.width,canvas.height);   
  123.                     for(var i=0;i<Balls.length;i++){   
  124.                         Balls[i].move();   
  125.                     }   
  126.                 },   
  127.   
  128.                 loop:function(){   
  129.                     var _this = this;   
  130.                     this.update();   
  131.                     RAF(function(){   
  132.                         _this.loop();   
  133.                     })   
  134.                 },   
  135.   
  136.                 start:function(){   
  137.                     this.init();   
  138.                     this.loop();   
  139.                 }   
  140.             }   
  141.   
  142.             window.RAF = (function(){   
  143.                 return window.requestAnimationFrame || window.webkitRequestAnimationFrame || window.mozRequestAnimationFrame || window.oRequestAnimationFrame || window.msRequestAnimationFrame || function (callback) {window.setTimeout(callback, 1000 / 60); };   
  144.             })();   
  145.   
  146.             return Game;   
  147.         }();   
  148.   
  149.         function getRandom(a , b){   
  150.             return Math.random()*(b-a)+a;   
  151.         }   
  152.   
  153.         window.onload = function(){   
  154.             testBox.start();   
  155.         }   
  156.     </script>  
  157. </body>  
  158. </html>  

　　離屏canvas還有一個(gè)注意事項(xiàng)，如果你做的效果是會(huì)將對(duì)象不停地創(chuàng)建和銷毀，請(qǐng)慎重使用離屏canvas，至少不要像我上面寫的那樣給每個(gè)對(duì)象的屬性綁定離屏canvas。

　　因?yàn)槿绻@樣綁定，當(dāng)對(duì)象被銷毀時(shí)，離屏canvas也會(huì)被銷毀，而大量的離屏canvas不停地被創(chuàng)建和銷毀，會(huì)導(dǎo)致canvas buffer耗費(fèi)大量GPU資源，容易造成瀏覽器崩潰或者嚴(yán)重卡幀現(xiàn)象。解決辦法就是弄一個(gè)離屏canvas數(shù)組，預(yù)先裝進(jìn)足夠數(shù)量的離屏canvas，僅將仍然存活的對(duì)象緩存起來，當(dāng)對(duì)象被銷毀時(shí)，再解除緩存。這樣就不會(huì)導(dǎo)致離屏canvas被銷毀了。

 

　【使用requestAnimationFrame】

　　這個(gè)就不具體解釋了，估計(jì)很多人都知道，這個(gè)才是做動(dòng)畫的最佳循環(huán)，而不是setTimeout或者setInterval。直接貼出兼容性寫法：

XML/HTML Code復(fù)制內(nèi)容到剪貼板
  1. window.RAF = (function(){   
  2.        return window.requestAnimationFrame || window.webkitRequestAnimationFrame || window.mozRequestAnimationFrame || window.oRequestAnimationFrame || window.msRequestAnimationFrame || function (callback) {window.setTimeout(callback, 1000 / 60); };   
  3.             })();   

　　

　　【避免浮點(diǎn)運(yùn)算】

　　雖然javascript提供了很方便的一些取整方法，像Math.floor，Math.ceil，parseInt，但是，國外友人做過測(cè)試，parseInt這個(gè)方法做了一些額外的工作（比如檢測(cè)數(shù)據(jù)是不是有效的數(shù)值，parseInt 甚至先將參數(shù)轉(zhuǎn)換成了字符串!），所以，直接用parseInt的話相對(duì)來說比較消耗性能，那怎樣取整呢，可以直接用老外寫的很巧妙的方法了：

    JavaScript Code復(fù)制內(nèi)容到剪貼板

    1.rounded = (0.5 + somenum) | 0;      

    2.rounded = ~~ (0.5 + somenum);   3.rounded = (0.5 + somenum) << 0;      

    運(yùn)算符不懂的可以直接戳：http://www.w3school.com.cn/js/pro_js_operators_bitwise.asp  里面有詳細(xì)解釋

　　

　　【盡量減少canvasAPI的調(diào)用】

　　作粒子效果時(shí)，盡量少使用圓，最好使用方形，因?yàn)榱Ｗ犹?，所以方形看上去也跟圓差不多。至于原因，很容易理解，我們畫一個(gè)圓需要三個(gè)步驟：先beginPath，然后用arc畫弧，再用fill進(jìn)行填充才能產(chǎn)生一個(gè)圓。但是畫方形，只需要一個(gè)fillRect就可以了。雖然只是差了兩個(gè)調(diào)用，當(dāng)粒子對(duì)象數(shù)量達(dá)到一定時(shí)，這性能差距就會(huì)顯示出來了。

　　還有一些其他注意事項(xiàng)，我就不一一列舉了，因?yàn)楣雀枭弦凰岩餐Χ嗟?。我這也算是一個(gè)給自己做下記錄，主要是記錄緩存的用法。想要提升canvas的性能最主要的還是得注意代碼的結(jié)構(gòu)，減少不必要的API調(diào)用，在每一幀中減少復(fù)雜的運(yùn)算或者把復(fù)雜運(yùn)算由每一幀算一次改成數(shù)幀算一次。同時(shí)，上面所述的緩存用法，我因?yàn)樨潏D方便，所以是每個(gè)對(duì)象一個(gè)離屏canvas，其實(shí)離屏canvas也不能用的太泛濫，如果用太多離屏canvas也會(huì)有性能問題，請(qǐng)盡量合理利用離屏canvas。

 　　源碼地址：https://github.com/whxaxes/canvas-test/tree/gh-pages/src/Other-demo/cache

標(biāo)簽：蚌埠 鶴崗 內(nèi)蒙古 辛集 楊凌 撫順 黃山 德州

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