什么是函数节流?

介绍前,先说下背景。在前端开发中,有时会为页面绑定resize事件,或者为一个页面元素绑定拖拽事件(其核心就是绑定mousemove),这种事件有一个特点,就是用户不必特地捣乱,他在一个正常的操作中,都有可能在一个短的时间内触发非常多次事件绑定程序。而大家知道,DOM操作时很消耗性能的,这个时候,如果你为这些事件绑定一些操作DOM节点的操作的话,那就会引发大量的计算,在用户看来,页面可能就一时间没有响应,这个页面一下子变卡了变慢了。甚至在IE下,如果你绑定的resize事件进行较多DOM操作,其高频率可能直接就使得浏览器崩溃。

怎么解决?函数节流就是一种办法。话说第一次接触函数节流(throttle),还是在看impress源代码的时候,impress在播放的时候,如果窗口大小发生改变(resize),它会对整体进行缩放(scale),使得每一帧都完整显示在屏幕上:

impress在resize的时候自动适应

稍微留心,你会发现,当你改变窗体大小的时候,不管你怎么拉,怎么拽,都没有立刻生效,而是在你改变完大小后的一会儿,它的内容才进行缩放适应。看了源代码,它用的就是函数节流的方法。

函数节流,简单地讲,就是让一个函数无法在很短的时间间隔内连续调用,只有当上一次函数执行后过了你规定的时间间隔,才能进行下一次该函数的调用。以impress上面的例子讲,就是让缩放内容的操作在你不断改变窗口大小的时候不会执行,只有你停下来一会儿,才会开始执行。

 

函数节流的原理

函数节流的原理挺简单的,估计大家都想到了,那就是定时器。当我触发一个时间时,先setTimout让这个事件延迟一会再执行,如果在这个时间间隔内又触发了事件,那我们就clear掉原来的定时器,再setTimeout一个新的定时器延迟一会执行,就这样。

 

代码实现

明白了原理,那就可以在代码里用上了,但每次都要手动去新建清除定时器毕竟麻烦,于是需要封装。在《JavaScript高级程序设计》一书有介绍函数节流,里面封装了这样一个函数节流函数:

它把定时器ID存为函数的一个属性(= =个人的世界观不喜欢这种写法)。而调用的时候就直接写

这样两次函数调用之间至少间隔100ms。

而impress用的是另一个封装函数:

它使用闭包的方法形成一个私有的作用域来存放定时器变量timer。而调用方法为

两种方法各有优劣,前一个封装函数的优势在把上下文变量当做函数参数,直接可以定制执行函数的this变量;后一个函数优势在于把延迟时间当做变量(当然,前一个函数很容易做这个拓展),而且个人觉得使用闭包代码结构会更优,且易于拓展定制其他私有变量,缺点就是虽然使用apply把调用throttle时的this上下文传给执行函数,但毕竟不够灵活。

 

接下来是?

接下来就讨论怎么更好地封装?这多没意思啊,接下来讨论下怎样拓展深化函数节流。

函数节流让一个函数只有在你不断触发后停下来歇会才开始执行,中间你操作得太快它直接无视你。这样做就有点太绝了。resize一般还好,但假如你写一个拖拽元素位置的程序,然后直接使用函数节流,那恭喜你,你会发现你拖动时元素是不动的,你拖完了,它直接闪到终点去。

其实函数节流的出发点,就是让一个函数不要执行得太频繁,减少一些过快的调用来节流。当你改变浏览器大小,浏览器触发resize事件的时间间隔是多少?我不清楚,个人猜测是16ms(每秒64次),反正跟mousemove一样非常太频繁,一个很小的时间段内必定执行,这是浏览器设好的,你无法直接改。而真正的节流应该是在可接受的范围内尽量延长这个调用时间,也就是我们自己控制这个执行频率,让函数减少调用以达到减少计算、提升性能的目的。假如原来是16ms执行一次,我们如果发现resize时每50ms一次也可以接受,那肯定用50ms做时间间隔好一点。

而上面介绍的函数节流,它这个频率就不是50ms之类的,它就是无穷大,只要你能不间断resize,刷个几年它也一次都不执行处理函数。我们可以对上面的节流函数做拓展:

在这个拓展后的节流函数升级版,我们可以设置第三个参数,即必然触发执行的时间间隔。如果用下面的方法调用

则意味着,50ms的间隔内连续触发的调用,后一个调用会把前一个调用的等待处理掉,但每隔100ms至少执行一次。原理也很简单,打时间tag,一开始记录第一次调用的时间戳,然后每次调用函数都去拿最新的时间跟记录时间比,超出给定的时间就执行一次,更新记录时间。

狠击这里查看测试页面

到现在为止呢,当我们在开发中遇到类似的问题,一个函数可能非常频繁地调用,我们有了几个选择:一呢,还是用原来的写法,频繁执行就频繁执行吧,哥的电脑好;二是用原始的函数节流;三则是用函数节流升级版。不是说第一种就不好,这要看实际项目的要求,有些就是对实时性要求高。而如果要求没那么苛刻,我们可以视具体情况使用第二种或第三种方法,理论上第二种方法执行的函数调用最少,性能应该节省最多,而第三种方法则更加地灵活,你可以在性能与体验上探索一个平衡点。

 

你怎么了,性能

(原谅我,写得有点长 = = ,文章主体还剩最后这一节。)

我们经常说我优化了代码了,现在的代码更高效了,但貌似很少有人去测试,性能是否真的提升了,提升了多少。当然,前端性能测试的不完善、不够体系化也是原因之一,但我们也要有一种严谨的态度。上面介绍了三种方法,理论上来说呢,第一种方法执行的运算最多,性能理应最差(运算过多过频,内存、cpu占用高,页面变卡),而第二种应该是性能最好,第三种就是一种居中的方案。

为了给读者一个更确切的分析,于是我对三种方法做了一次蛋疼的性能测试。。。我选择的是拖拽一个页面元素位置的应用场景,为了让性能优化更明显一点,拖拽的是一个iframe,iframe里面加载的是腾讯首页(一般门户网站的首页都够重量级的),这样在拖拽的过程中会不断触发浏览器的重绘。至于怎么看性能,我打开的是chrome的调试面板的时间线标签,里面有memory监视。对于性能的评价标准,我选的是内存占用。

于是长达两三个小时的性能测试开始了。。。

 

很快我就发现,chrome的性能优化得太好了,我的第一种测试方案三种方法之间有性能差异,但这个差异实在不明显,而且每一轮的测试都有波动,而且每次测试还很难保证测试的背景条件(如开始时的内存占用情况),第一组测试结果如下:

第一种方法:函数节流-首轮测试-第一种方法

第二种方法:函数节流-首轮测试-第二种方法

第三种方法:函数节流-首轮测试-第三种方法

可以发现,这些小差异很难判定哪种方法更好。

 

于是有了新一轮测试。不够重量化?好吧,我每次mousemove的处理函数中,都触发iframe的重新加载;测试数据有瞬时波动?这次我一个测试测60秒,看一分钟的总体情况;测试条件不够统一?我规定在60秒里面mouse up 6次,其他时间各种move。

于是有了第二组图片(其实做了很多组图片,这里只选出比较有代表性的一组,其他几组类似)

第一种方法:函数节流-二轮测试-第一种方法

第二种方法:函数节流-二轮测试-第二种方法

第三种方法:函数节流-二轮测试-第三种方法

看错了?我一开始也这么认为,但测试了几次都发现,第一种方法正如预料中的占资源,第二种方法竟然不是理论上的性能最优,最优的是第三种方法!

仔细分析。第一种方法由于不断地mousemove,不断更新位置的同时重新加载iframe的内容,所以内存占用不断增加。第二种方法,即原始的函数节流,可以从截图看出内存占用有多处平坦区域,这是因为在mousemove的过程中,由于时间间隔短,不触发处理函数,所以内存也就有一段平滑期,几乎没有增长,但在mouseup的时候就出现小高峰。第三种方法呢,由于代码写了每200ms必须执行一次,于是就有很明显的高峰周期。

为什么第三种方法会比第二种方法占用内存更小呢?个人认为,这跟内存回收有关,有可能chrmoe在这方面真的优化得太多(。。。)。不断地每隔一个小时间段地新建定时器,使得内存一直得不到释放。而使用第三种方法,从代码结构可以看出,当到了指定的mustRunDelay必须执行处理函数的时候,是不执行新建定时器的,即是说在立即执行之后,有那么一小段时间空隙,定时器是被clear的,只有在下一次进入函数的时候才会重新设置。而chrome呢,就趁这段时间间隙回收垃圾,于是每一个小高峰后面都有一段瞬时的“下坡”。

当然,这只是我的推测,期待读者有更独到的看法。

重度测试页面(个人测试的时候是没有切换器的,每次代码选了一种模式,然后就关闭浏览器,重新打开页面来测试,以保证运行时不受到别的模式的影响。这里提供的测试页面仅供参考)

 

后语

(这是后语,不算正文的小节)

上面就是我对函数节流的认识和探索了,时间有限,探索得不够深也写得不够好。个人建议,在实际项目开发中,如果要用到函数节流来优化代码的话,函数节流升级版更加地灵活,且在一些情况下内存占用具有明显的优势(我只试了chrome,只试了两三个钟,不敢妄言)。

最后我们可以整合了第二、三种方法,封装成一个函数,其实第二种方法也就是第三种方法的特例而已。还可以以hash对象封装参数:执行函数、上下文、延迟、必须执行的时间间隔。这比较简单就不在这里贴出来了。

原创文章转载请注明:

转载自AlloyTeam:http://www.alloyteam.com/2012/11/javascript-throttle/

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