Canvas 性能优化：脏矩形渲染

,大家好，我是前端西瓜哥。,使用 Canvas 做图形编辑器时，我们需要自己维护自己的图形树，来保存图形的信息，并定义元素之间的关系。,我们改变画布中的某个图形，去更新画布，最简单的是清空画布，然后根据图形树将所有图形再绘制一遍，这在图形较少的情况下是没什么问题的。但如果图形数量很多，那绘制起来可能就出现卡顿了。,那么，有没有什么办法来优化一下？有，脏矩形渲染。,这里我们假设这么一个场景，画布上绘制了随机位置大量的绿球，然后顶层再绘制一个红球。,,现在我们希望红球跟着光标进行移动，底层的绿球保存不动，该怎么做更新？,首先我们不考虑 Canvas 分层 的做法，因为我这里只是为了方便，使用了比较简单的场景。实际场景会更复杂，通常是用光标选中一个元素去拖拽它，涉及 图形拾取 的实现，同时元素是会在任意层级的。这里为了聚焦于更新，所以去掉了这些无关紧要的点。,OK，回到正题，思考一下怎么做更新？,一种容易想到的方案是 全量更新，在鼠标移动的时候，将所有的球重新绘制一遍。前面也说了，这在球的数量较少的情况下倒是没什么问题，但如果图形逐渐增多，达到一定数量，就会出现  GPU 的瓶颈，出现掉帧的情况。因为要在非常短的时间内绘制大量的图形。,另一种方案就是本文的主题 脏矩形渲染 了，本质上是局部重绘。,在讲解之前，我们先明白几个概念。,,脏矩形渲染简单来说，就是计算被改变的目标图形两帧所产生的包围盒（脏矩形），将该区域清空，然后将和脏矩形发生相交的所有图形在这个区域内重绘。,对于前面移动红球的场景，具体逻辑为：,相比全部绘制，局部绘制能有效减少需要绘制的图形数量，减少对 GPU 绘制指令的调用，从而提高渲染性能。,这里还有个优化点，就是减少遍历的图形数量，可以使用 四叉树碰撞检测 来做优化，具体读者可以自行网上搜索，晚点我会写一篇文章进行讲解。,具体实现请看这个线上 demo：,https://codesandbox.io/s/1jr5lj。,其中有下面这么一段代码，你可以通过注释和反注释来选择 “全局渲染” 还是 “脏矩形渲染”。,此外，可通过 greenBallCount 变量设置绿球数量，测试性能的上限。,然后说说其中涉及的一些简单的算法，这些算法可以在我的 github 项目中找到：,https://github.com/F-star/graphics-algorithm。,TypeScript 类型：,这个算法用于两帧红球形成的包围盒，也就是脏矩形。以及计算绿球的包围盒。,该算法用于找出和脏矩形碰撞的绿球。,用于生成大量随机绿球。,主要是看 fps。,我们先开启浏览器的 fps 监测。,,然后选中这个，即可打开 fps 监测。,,绿球在 3300 个的情况下，快速地移动光标让红球不断改变位置。对我的设备来说，测试结果如下。,使用脏矩形渲染的情况下，除了一开始初始化必要的全部渲染外，之后 fps 能稳定在满帧数 59.4 毫无波动（不同的显示器的满 FPS 不同）。,,后来我改成 30000 个，结果还是稳定 59.4。主要还是移动的两帧形成的脏矩形太小了，所以重绘的图形数量其实并不多，如果脏矩形变大，渲染性能就会下降。当脏矩形变成画布大小，其实就退化为全局渲染了。,而全局渲染则掉到了 37.8 fps，这还是 3300 个的情况下。,,脏矩形渲染，其实就是局部渲染，找到图形会变化的区域（脏矩形）做去更新，这个区域外都是不变的。找出所有和脏矩形相交的图形，将它们在这个区域内进行更新。