如何將HTML5性能發揮到極致
HTML5作為新興領域越來越熱。然而在移動設備硬件性能弱于PC的背景下，對性能的需求顯得更為重要，而HTML5性能優化前與優化后有著極大的差別，如何優化才能提高性能，對此熟知的人很少。本文以LayaAir引擎為例，通過代碼示例詳細闡述如何利用引擎對HTML5作出性能的極致優化。
主題包括：
- 代碼執行基本原理
- 基準測試
- 內存優化
- 圖形渲染性能
- 減少CPU使用量
- 其他優化策略
第1節：代碼執行基本原理
LayaAir引擎支持AS3、TypeScript、JavaScript三種語言開發，然而無論是采用哪種開發語言，最終執行的都是JavaScript代碼。所有看到的畫面都是通過引擎繪制出來的，更新頻率取決于開發者指定的FPS，例如指定幀頻率為60FPS，則運行時每個幀的執行時間為六十分之一秒，所以幀速越高，視覺上感覺越流暢，60幀是滿幀。
由于實際運行環境是在瀏覽器中，因此性能還取決于JavaScript解釋器的效率，指定的FPS幀速在低性能解釋器中可能不會達到，所以這部分不是開發者能夠決定的，開發者能作的是盡可能通過優化，在低端設備或低性能瀏覽器中，提升FPS幀速。
LayaAir引擎在每幀都會重繪，在性能優化時，除了關注每幀執行邏輯代碼帶來的CPU消耗，還需要注意每幀調用繪圖指令的數量以及GPU的紋理提交次數。
第2節：基準測試
LayaAir引擎內置的性能統計工具可用于基準測試，實時檢測當前性能。開發者可以使用laya.utils.Stat類，通過Stat.show() 顯示統計面板。具體編寫代碼如下例所示：
- Stat.show(0,0); //AS3的面板調用寫法
- Laya.Stat.show(0,0); //TS與JS的面板調用寫法
Canvas渲染的統計信息：
WebGL渲染的統計信息：
統計參數的意義：
FPS：
- 每秒呈現的幀數(數字越高越好)。
- 使用canvas渲染時，描述字段顯示為FPS(Canvas)，使用WebGL渲染時，描述字段顯示為FPS(WebGL)。
Sprite：
- 渲染節點數量(數字越低越好)。
- Sprite統計所有渲染節點(包括容器)，這個數字的大小會影響引擎節點遍歷，數據組織和渲染的次數。
DrawCall：
- DrawCall在canvas和WebGL渲染下代表不同的意義(越少越好)。
- Canvas下表示每幀的繪制次數，包括圖片、文字、矢量圖。盡量限制在100之下。
- WebGL下表示渲染提交批次，每次準備數據并通知GPU渲染繪制的過程稱為1次DrawCall，在每1次DrawCall中除了在通知GPU的渲染上比較耗時之外，切換材質與shader也是非常耗時的操作。 DrawCall的次數是決定性能的重要指標，盡量限制在100之下。
Canvas：
三個數值 —— 每幀重繪的畫布數量 / 緩存類型為“normal”類型的畫布數量 / 緩存類型為“bitmap”類型的畫布數量”。
CurMem：僅限WebGL渲染，表示內存與顯存占用(越低越好)。
Shader：僅限WebGL渲染，表示每幀Shader提交次數。
無論是Canvas模式還是WebGL模式，我們都需要重點關注DrawCall，Sprite，Canvas這三個參數，然后針對性地進行優化。(參見“圖形渲染性能”)
第3節：內存優化
對象池
對象池，涉及到不斷重復使用對象。在初始化應用程序期間創建一定數量的對象并將其存儲在一個池中。對一個對象完成操作后，將該對象放回到池中，在需要新對象時可以對其進行檢索。
由于實例化對象成本很高，使用對象池重用對象可減少實例化對象的需求。還可以減少垃圾回收器運行的機會，從而提高程序的運行速度。
以下代碼演示使用
Laya.utils.Pool：
- ar SPRITE_SIGN = 'spriteSign';
- var sprites = [];
- function initialize()
- {
- for (var i = 0; i < 1000; i++)
- {
- var sp = Pool.getItemByClass(SPRITE_SIGN, Sprite)
- sprites.push(sp);
- Laya.stage.addChild(sp);
- }
- }
- initialize();
在initialize中創建大小為1000的對象池。
以下代碼在當單擊鼠標時，將刪除顯示列表中的所有顯示對象，并在以后的其他任務中重復使用這些對象：
- Laya.stage.on("click", this, function()
- {
- var sp;
- for(var i = 0, len = sprites.length; i < len; i++)
- {
- sp = sprites.pop();
- Pool.recover(SPRITE_SIGN, sp);
- Laya.stage.removeChild(sp);
- }
- });
調用Pool.recover后，指定的對象會被回收至池內。
使用Handler.create
在開發過程中，會經常使用Handler來完成異步回調。Handler.create使用了內置對象池管理，因此在使用Handler對象時應使用Handler.create來創建回調處理器。以下代碼使用Handler.create創建加載的回調處理器：
- Laya.loader.load(urls, Handler.create(this, onAssetLoaded));
在上面的代碼中，回調被執行后Handler將會被對象池收回。此時，考慮如下代碼會發生什么事：
- Laya.loader.load(urls, Handler.create(this, onAssetLoaded), Handler.create(this, onLoading));
在上面的代碼中，使用Handler.create返回的處理器處理progress事件。此時的回調執行一次之后就被對象池回收，于是progress事件只觸發了一次，此時需要將四個名為once的參數設置為false：
- Laya.loader.load(urls, Handler.create(this, onAssetLoaded), Handler.create(this, onLoading, null, false));
釋放內存
JavaScript運行時無法啟動垃圾回收器。要確保一個對象能夠被回收，請刪除對該對象的所有引用。Sprite提供的destory會幫助設置內部引用為null。
例如，以下代碼確保對象能夠被作為垃圾回收：
- var sp = new Sprite();
- sp.destroy();
當對象設置為null，不會立即將其從內存中刪除。只有系統認為內存足夠低時，垃圾回收器才會運行。內存分配(而不是對象刪除)會觸發垃圾回收。
垃圾回收期間可能占用大量CPU并影響性能。通過重用對象，嘗試限制使用垃圾回收。此外，盡可能將引用設置為null，以便垃圾回收器用較少時間來查找對象。有時(比如兩個對象相互引用)，無法同時設置兩個引用為null，垃圾回收器將掃描無法被訪問到的對象，并將其清除，這會比引用計數更消耗性能。
資源卸載
游戲運行時總會加載許多資源，這些資源在使用完成后應及時卸載，否則一直殘留在內存中。
下例演示加載資源后對比資源卸載前和卸載后的資源狀態：
- var assets = [];
- assets.push("res/apes/monkey0.png");
- assets.push("res/apes/monkey1.png");
- assets.push("res/apes/monkey2.png");
- assets.push("res/apes/monkey3.png");
- Laya.loader.load(assets, Handler.create(this, onAssetsLoaded));
- function onAssetsLoaded()
- {
- for(var i = 0, len = assets.length; i < len; ++i)
- {
- var asset = assets[i];
- console.log(Laya.loader.getRes(asset));
- Laya.loader.clearRes(asset);
- console.log(Laya.loader.getRes(asset));
- }
- }
關于濾鏡、遮罩
嘗試盡量減少使用濾鏡效果。將濾鏡(BlurFilter和GlowFilter)應用于顯示對象時，運行時將在內存中創建兩張位圖。其中每個位圖的大小與顯示對象相同。將第一個位圖創建為顯示對象的柵格化版本，然后用于生成應用濾鏡的另一個位圖：
應用濾鏡時內存中的兩個位圖
當修改濾鏡的某個屬性或者顯示對象時，內存中的兩個位圖都將更新以創建生成的位圖，這兩個位圖可能會占用大量內存。此外，此過程涉及CPU計算，動態更新時將會降低性能(參見“圖形渲染性能 – 關于cacheAs)。
ColorFiter在Canvas渲染下需要計算每個像素點，而在WebGL下的GPU消耗可以忽略不計。
最佳的做法是，盡可能使用圖像創作工具創建的位圖來模擬濾鏡。避免在運行時中創建動態位圖，可以幫助減少CPU或GPU負載。特別是一張應用了濾鏡并且不會在修改的圖像。
第4節：圖形渲染性能
優化Sprite
- 盡量減少不必要的層次嵌套，減少Sprite數量。
- 非可見區域的對象盡量從顯示列表移除或者設置visible=false。
- 對于容器內有大量靜態內容或者不經常變化的內容(比如按鈕)，可以對整個容器設置cacheAs屬性，能大量減少Sprite的數量，顯著提高性能。如果有動態內容，最好和靜態內容分開，以便只緩存靜態內容。
- Panel內，會針對panel區域外的直接子對象(子對象的子對象判斷不了)進行不渲染處理，超出panel區域的子對象是不產生消耗的。
優化DrawCall
- 對復雜靜態內容設置cacheAs，能大量減少DrawCall，使用好cacheAs是游戲優化的關鍵。
- 盡量保證同圖集的圖片渲染順序是挨著的，如果不同圖集交叉渲染，會增加DrawCall數量。
- 盡量保證同一個面板中的所有資源用一個圖集，這樣能減少提交批次。
優化Canvas
在對Canvas優化時，我們需要注意，在以下場合不要使用cacheAs：
- 對象非常簡單，比如一個字或者一個圖片，設置cacheAs=bitmap不但不提高性能，反而會損失性能。
- 容器內有經常變化的內容，比如容器內有一個動畫或者倒計時，如果再對這個容器設置cacheAs=bitmap，會損失性能。
可以通過查看Canvas統計信息的第一個值，判斷是否一直在刷新Canvas緩存。
關于cacheAs
設置cacheAs可將顯示對象緩存為靜態圖像，當cacheAs時，子對象發生變化，會自動重新緩存，同時也可以手動調用reCache方法更新緩存。 建議把不經常變化的復雜內容，緩存為靜態圖像，能極大提高渲染性能，cacheAs有”none”，”normal”和”bitmap”三個值可選。
- 默認為”none”，不做任何緩存。
- 當值為”normal”時，canvas下進行畫布緩存，webgl模式下進行命令緩存。
- 當值為”bitmap”時，canvas下進行依然是畫布緩存，webGL模式下使用renderTarget緩存。這里需要注意的是，webGL下renderTarget緩存模式有2048大小限制，超出2048會額外增加內存開銷。另外，不斷重繪時開銷也比較大，但是會減少drawcall，渲染性能最高。 webGL下命令緩存模式只會減少節點遍歷及命令組織，不會減少drawcall，性能中等。
設置cacheAs后，還可以設置staticCache=true以阻止自動更新緩存，同時可以手動調用reCache方法更新緩存。
cacheAs主要通過兩方面提升性能。一是減少節點遍歷和頂點計算;二是減少drawCall。善用cacheAs將是引擎優化性能的利器。
下例繪制10000個文本：
- Laya.init(550, 400, Laya.WebGL);
- Laya.Stat.show();
- var textBox = new Laya.Sprite();
- var text;
- for (var i = 0; i < 10000; i++)
- {
- text = new Laya.Text();
- text.text = (Math.random() * 100).toFixed(0);
- text.color = "#CCCCCC";
- text.x = Math.random() * 550;
- text.y = Math.random() * 400;
- textBox.addChild(text);
- }
- Laya.stage.addChild(textBox);
下面是筆者電腦上的運行時截圖，FPS穩定于52上下。
當我們對文字所在的容器設置為cacheAs之后，如下面的例子所示，性能獲得較大的提升，FPS達到到了60幀。
- // …省略其他代碼… var textBox = new Laya.Sprite();
- textBox.cacheAs = "bitmap"; // …省略其他代碼…
文字描邊
在運行時，設置了描邊的文本比沒有描邊的文本多調用一次繪圖指令。此時，文本對CPU的使用量和文本的數量成正比。因此，盡量使用替代方案來完成同樣的需求。
對于幾乎不變動的文本內容，可以使用cacheAs降低性能消耗，參見“圖形渲染性能 – 關于cacheAs”。
對于內容經常變動，但是使用的字符數量較少的文本域，可以選擇使用位圖字體。
跳過文本排版，直接渲染
大多數情況下，很多文本都不需要復雜的排版，僅僅簡單地顯示一行字。為了迎合這一需求，Text提供的名為changeText的方法可以直接跳過排版。
- var text = new Text();
- text.text = "text";
- Laya.stage.addChild(text);
- //后面只是更新文字內容，使用changeText能提高性能
- text.changeText("text changed.");
Text.changeText會直接修改繪圖指令中該文本繪制的最后一條指令，這種前面的繪圖指令依舊存在的行為會導致changeText只使用于以下情況：
- 文本始終只有一行。
- 文本的樣式始終不變(顏色、粗細、斜體、對齊等等)。
即使如此，實際編程中依舊會經常使用到這樣的需要。
第5節：減少CPU使用量
減少動態屬性查找
JavaScript中任何對象都是動態的，你可以任意地添加屬性。然而，在大量的屬性里查找某屬性可能很耗時。如果需要頻繁使用某個屬性值，可以使用局部變量來保存它：
- function foo()
- {
- var prop = target.prop;
- // 使用prop
- process1(prop);
- process2(prop);
- process3(prop);
- }
計時器
LayaAir提供兩種計時器循環來執行代碼塊。
- Laya.timer.frameLoop執行頻率依賴于幀頻率，可通過Stat.FPS查看當前幀頻。
- Laya.timer.loop執行頻率依賴于參數指定時間。
當一個對象的生命周期結束時，記得清除其內部的Timer：
- Laya.timer.frameLoop(1, this, animateFrameRateBased);
- Laya.stage.on("click", this, dispose);
- function dispose()
- {
- Laya.timer.clear(this, animateFrameRateBased);
- }
獲取顯示對象邊界的做法
在相對布局中，很經常需要正確地獲取顯示對象的邊界。獲取顯示對象的邊界也有多種做法，而其間差異很有必要知道。
1.使用getBounds/ getGraphicBounds。、
- var sp = new Sprite();
- sp.graphics.drawRect(0, 0, 100, 100, "#FF0000");
- var bounds = sp.getGraphicBounds();
- Laya.stage.addChild(sp);
getBounds可以滿足多數多數需求，但由于其需要計算邊界，不適合頻繁調用。
2.設置容器的autoSize為true。
- var sp = new Sprite();
- sp.autoSize = true;
- sp.graphics.drawRect(0, 0, 100, 100, "#FF0000");
- Laya.stage.addChild(sp);
上述代碼可以在運行時正確獲取寬高。autoSize在獲取寬高并且顯示列表的狀態發生改變時會重新計算(autoSize通過getBoudns計算寬高)。所以對擁有大量子對象的容器應用autoSize是不可取的。如果設置了size，autoSize將不起效。
使用loadImage后獲取寬高：
- var sp = new Sprite();
- sp.loadImage("res/apes/monkey2.png", 0, 0, 0, 0, Handler.create(this, function()
- {
- console.log(sp.width, sp.height);
- }));
- Laya.stage.addChild(sp);
loadImage在加載完成的回調函數觸發之后才可以正確獲取寬高。
3.直接調用size設置：
- Laya.loader.load("res/apes/monkey2.png", Handler.create(this, function()
- {
- var texture = Laya.loader.getRes("res/apes/monkey2.png");
- var sp = new Sprite();
- sp.graphics.drawTexture(texture, 0, 0);
- sp.size(texture.width, texture.height);
- Laya.stage.addChild(sp);
- }));
使用Graphics.drawTexture并不會自動設置容器的寬高，但是可以使用Texture的寬高賦予容器。毋庸置疑，這是最高效的方式。
注：getGraphicsBounds用于獲取矢量繪圖寬高。
根據活動狀態改變幀頻
幀頻有三種模式，Stage.FRAME_SLOW維持FPS在30;Stage.FRAME_FAST維持FPS在60;Stage.FRAME_MOUSE則選擇性維持FPS在30或60幀。
有時并不需要讓游戲以60FPS的速率執行，因為30FPS已經能夠滿足多數情況下人類視覺的響應，但是鼠標交互時，30FPS可能會造成畫面的不連貫，于是Stage.FRAME_MOUSE應運而生。
下例展示以Stage.FRAME_SLOW的幀率，在畫布上移動鼠標，使圓球跟隨鼠標移動：
- Laya.init(Browser.width, Browser.height);
- Stat.show();
- Laya.stage.frameRate = Stage.FRAME_SLOW;
- var sp = new Sprite();
- sp.graphics.drawCircle(0, 0, 20, "#990000");
- Laya.stage.addChild(sp);
- Laya.stage.on(Event.MOUSE_MOVE, this, function()
- {
- sp.pos(Laya.stage.mouseX, Laya.stage.mouseY);
- });
此時FPS顯示30，并且在鼠標移動時，可以感覺到圓球位置的更新不連貫。設置Stage.frameRate為Stage.FRAME_MOUSE：
- Laya.stage.frameRate = Stage.FRAME_MOUSE;
此時在鼠標移動后FPS會顯示60，并且畫面流暢度提升。在鼠標靜止2秒不動后，FPS又會恢復到30幀。
使用callLater
callLater使代碼塊延遲至本幀渲染前執行。如果當前的操作頻繁改變某對象的狀態，此時可以考慮使用callLater，以減少重復計算。
考慮一個圖形，對它設置任何改變外觀的屬性都將導致圖形重繪：
- var rotation = 0,
- scale = 1,
- position = 0;
- function setRotation(value)
- {
- this.rotation = value;
- update();
- }
- function setScale(value)
- {
- this.scale = value;
- update();
- }
- function setPosition(value)
- {
- this.position = value;
- update();
- }
- function update()
- {
- console.log('rotation: ' + this.rotation + '\tscale: ' + this.scale + '\tposition: ' + position);
- }
調用以下代碼更改狀態：
- setRotation(90); setScale(2); setPosition(30);
控制臺的打印結果是
- rotation: 90 scale: 1 position: 0
- rotation: 90 scale: 2 position: 0
- rotation: 90 scale: 2 position: 30
update被調用了三次，并且最后的結果是正確的，但是前面兩次調用都是不需要的。
嘗試將三處update改為：
- Laya.timer.callLater(this, update);
此時，update只會調用一次，并且是我們想要的結果。
圖片/圖集加載
在完成圖片/圖集的加載之后，引擎就會開始處理圖片資源。如果加載的是一張圖集，會處理每張子圖片。如果一次性處理大量的圖片，這個過程可能會造成長時間的卡頓。
在游戲的資源加載中，可以將資源按照關卡、場景等分類加載。在同一時間處理的圖片越少，當時的游戲響應速度也會更快。在資源使用完成后，也可以予以卸載，釋放內存。
第6節：其他優化策略
- 減少粒子使用數量，在移動平臺Canvas模式下，盡量不用粒子;
- 在Canvas模式下，盡量減少旋轉，縮放，alpha等屬性的使用，這些屬性會對性能產生消耗。(在WebGL模式可以使用);
- 不要在timeloop里面創建對象及復雜計算;
- 盡量減少對容器的autoSize的使用，減少getBounds()的使用，因為這些調用會產生較多計算;
- 盡量少用try catch的使用，被try catch的函數執行會變得非常慢;
