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Houdini - 揭秘 CSS

Surma

您是否曾想过 CSS 要完成的工作量？您更改一个属性，整个网站的布局突然就变了。这有点像魔法。到目前为止，我们 Web 开发者社区只能见证和观察这种魔力。如果我们想创造自己的魔法，该怎么办？如果我们想成为魔术师，该怎么做？

欢迎使用 Houdini！

Houdini 工作组由 Mozilla、Apple、Opera、Microsoft、HP、Intel 和 Google 的工程师组成，他们共同致力于向 Web 开发者公开 CSS 引擎的某些部分。该工作组正在处理一系列草稿，目标是让这些草稿获得 W3C 的批准，成为实际的 Web 标准。他们为自己设定了一些高级目标，并将其转换为规范草稿，进而产生了一组支持性的低级规范草稿。

当有人谈论“Houdini”时，通常是指这些草稿的集合。在撰写本文时，草稿列表尚未完成，其中一些草稿只是占位符。

规范

Worklet（规范）

工作流本身并不实用。它们是一种概念，旨在为后续的许多草稿提供可能。如果您在看到“worklet”时想到了 Web Worker，那您没有错。它们在概念上有很多重叠之处。既然我们已经有了 Worker，为什么还要推出这个新功能？

Houdini 的目标是公开新的 API，以便 Web 开发者将自己的代码连接到 CSS 引擎和周围系统。假设其中一些代码段必须在每一帧运行，这可能并不不切实际。其中一些是必须的，引用 Web Worker 规范：

这意味着，Web Worker 不适用于 Houdini 计划执行的任务。因此，我们发明了 Worklet。工作流利用 ES2015 类定义一组方法，这些方法的签名由工作流的类型预定义。它们是轻量级且短暂的。

CSS Paint API（规范）

在 Chrome 65 中，Paint API 默认处于启用状态。阅读详细介绍。

合成器 worklet

此处介绍的 API 已废弃。我们重新设计了 compositor worklet，并将其命名为“Animation Worklet”。详细了解 API 的当前迭代。

尽管 compositor worklet 规范已移至 WICG 并将进行迭代，但它是我最为兴奋的规范。CSS 引擎会将某些操作外包给计算机的显卡，但这通常取决于显卡和设备。

浏览器通常会采用 DOM 树，并根据特定条件决定为某些分支和子树分配自己的层。这些子树会将自己绘制到该 Surface 上（未来可能会使用绘制 Worklet）。最后一步是，将所有这些现已绘制的图层堆叠并彼此叠加，并遵循 z 深度索引、3D 转换等，以生成屏幕上显示的最终图片。此过程称为合成，由合成器执行。

合成过程的优势在于，当网页滚动一点点时，您不必让所有元素重新绘制自己。不过，您可以重复使用上一个帧中的层，只需使用更新后的滚动位置重新运行合成器即可。这样可以加快速度。这有助于我们达到 60fps。

顾名思义，借助混合渲染器 Worklet，您可以钩入混合渲染器，并影响已绘制的元素层在其他层之上的排列方式和层次结构。

更具体地说，您可以告知浏览器您想钩入特定 DOM 节点的绘制流程，并请求访问滚动位置、transform 或 opacity 等特定属性。这会强制将此元素放置在自己的层上，并且在每个帧都会调用您的代码。您可以通过操控图层转换来移动图层，并更改其属性（例如 opacity），从而以高达 60 fps 的速度执行各种精彩的操作。

以下是使用 compositor worklet 实现的完整视差滚动效果。

// main.js
window.compositorWorklet.import('worklet.js')
    .then(function() {
    var animator = new CompositorAnimator('parallax');
    animator.postMessage([
        new CompositorProxy($('.scroller'), ['scrollTop']),
        new CompositorProxy($('.parallax'), ['transform']),
    ]);
    });

// worklet.js
registerCompositorAnimator('parallax', class {
    tick(timestamp) {
    var t = self.parallax.transform;
    t.m42 = -0.1 * self.scroller.scrollTop;
    self.parallax.transform = t;
    }

    onmessage(e) {
    self.scroller = e.data[0];
    self.parallax = e.data[1];
    };
});

Robert Flack 为 compositor worklet 编写了 polyfill，您可以试一试，不过显然性能会受到更大影响。

布局 Worklet（规范）

已提出第一个实际规范草稿。实施还需要一段时间。

再次重申，此规范实际上是空的，但这个概念很有趣：编写自己的布局！布局 Worklet 应该可让您执行 display: layout('myLayout') 并运行 JavaScript，以便在节点的框中排列节点的子项。

当然，运行 CSS 的 flex-box 布局的完整 JavaScript 实现比运行等效的原生实现要慢，但不难想象，在某些情况下，偷工减料可以提升性能。假设有一个网站，其中只有功能块，例如 Windows 10 或砖块式布局。不使用绝对定位和固定定位，也不使用 z-index，并且元素绝不会重叠或具有任何类型的边框或溢出。如果能够在重新布局时跳过所有这些检查，则可以提升性能。

registerLayout('random-layout', class {
    static get inputProperties() {
        return [];
    }
    static get childrenInputProperties() {
        return [];
    }
    layout(children, constraintSpace, styleMap) {
        const width = constraintSpace.width;
        const height = constraintSpace.height;
        for (let child of children) {
            const x = Math.random()*width;
            const y = Math.random()*height;
            const constraintSubSpace = new ConstraintSpace();
            constraintSubSpace.width = width-x;
            constraintSubSpace.height = height-y;
            const childFragment = child.doLayout(constraintSubSpace);
            childFragment.x = x;
            childFragment.y = y;
        }

        return {
            minContent: 0,
            maxContent: 0,
            width: width,
            height: height,
            fragments: [],
            unPositionedChildren: [],
            breakToken: null
        };
    }
});

类型化 CSSOM（规范）

类型化 CSSOM（CSS 对象模型或层叠样式表对象模型）解决了我们可能都遇到过的问题，而我们之前只是学会了忍受。我用一行 JavaScript 代码来举例说明：

    $('#someDiv').style.height = getRandomInt() + 'px';

我们要进行数学运算，将数字转换为字符串以附加单位，目的是让浏览器解析该字符串，并将其转换回 CSS 引擎的数字。如果您使用 JavaScript 操控转换，情况会更加糟糕。不用了！CSS 即将开始输入。

此草稿是较为成熟的草稿之一，我们已经在开发polyfill。（免责声明：使用 polyfill 显然会增加更多计算开销。目的是展示该 API 的便捷性。）

您将处理元素的 StylePropertyMap，而不是字符串，其中每个 CSS 属性都有自己的键和相应的值类型。width 等属性的值类型为 LengthValue。LengthValue 是所有 CSS 单位（例如 em、rem、px、percent 等）的字典。设置 height: calc(5px + 5%) 会产生 LengthValue{px: 5, percent: 5}。box-sizing 等某些属性仅接受特定的关键字，因此具有 KeywordValue 值类型。然后，您可以在运行时检查这些属性的有效性。

<div style="width: 200px;" id="div1"></div>
<div style="width: 300px;" id="div2"></div>
<div id="div3"></div>
<div style="margin-left: calc(5em + 50%);" id="div4"></div>

var w1 = $('#div1').styleMap.get('width');
var w2 = $('#div2').styleMap.get('width');
$('#div3').styleMap.set('background-size',
    [new SimpleLength(200, 'px'), w1.add(w2)])
$('#div4')).styleMap.get('margin-left')
    // => {em: 5, percent: 50}

属性和值

（规范）

您是否了解 CSS 自定义属性（或其非官方别名“CSS 变量”）？这是它们，但添加了类型！到目前为止，变量只能具有字符串值，并且使用简单的搜索和替换方法。借助此草稿，您不仅可以为变量指定类型，还可以定义默认值，并使用 JavaScript API 影响继承行为。从技术层面来说，这还允许使用标准 CSS 转换和动画为自定义属性添加动画效果，我们也在考虑这一点。

["--scale-x", "--scale-y"].forEach(function(name) {
document.registerProperty({
    name: name,
    syntax: "<number>",
    inherits: false,
    initialValue: "1"
    });
});

字体测量

字体测量参数的含义与字面意思完全相同。当我使用字体 Y 以大小 Z 渲染字符串 X 时，边界框（或边界框）是什么？如果我使用 ruby 注解，会怎么样？用户一直在请求此功能，Houdini 应该终于能实现这些愿望了。

但不止如此！

Houdini 的草稿列表中还有更多规范，但这些规范的未来发展前景相当不确定，它们只不过是一些想法的占位符。例如，自定义溢出行为、CSS 语法扩展 API、原生滚动行为的扩展，以及类似的雄心勃勃的功能，这些功能都让 Web 平台上实现了以前无法实现的功能。

演示

我已将演示代码（使用 polyfill 的实时演示）开源。