从打字机效果的N种实现看JS定时器机制和前端动画

来源 | https://king-hcj.github.io/2021/01/10/js-typed/

首先，什么是打字机效果呢？一图胜千言，诸君请看：

打字机效果即为文字逐个输出，实际上就是Web动画。

在Web应用中，实现动画效果的方法比较多，JavaScript 中可以通过定时器 setTimeout 来实现，css3 可以使用 transition 和 animation 来实现，html5 中的 canvas 也可以实现。

除此之外，html5 还提供一个专门用于请求动画的 API，即 requestAnimationFrame（rAF），顾名思义就是 “请求动画帧”。

接下来，我们一起来看看 打字机效果 的几种实现。为了便于理解，我会尽量使用简洁的方式进行实现，有兴趣的话，你也可以把这些实现改造的更有逼格、更具艺术气息一点，因为编程，本来就是一门艺术。

打字机效果的 N 种实现

实现一：setTimeout()

setTimeout版本的实现很简单，只需把要展示的文本进行切割，使用定时器不断向DOM元素里追加文字即可，同时，使用::after伪元素在DOM元素后面产生光标闪烁的效果。代码和效果图如下：

setTimeout()方法的返回值是一个唯一的数值（ID），上面的代码中，我们也做了setTimeout()返回值的打印，那么，这个数值有什么用呢？

如果你想要终止setTimeout()方法的执行，那就必须使用 clearTimeout()方法来终止，而使用这个方法的时候，系统必须知道你到底要终止的是哪一个setTimeout()方法(因为你可能同时调用了好几个 setTimeout()方法)，这样clearTimeout()方法就需要一个参数，这个参数就是setTimeout()方法的返回值(数值)，用这个数值来唯一确定结束哪一个setTimeout()方法。

实现二：setInterval()

setInterval实现的打字机效果，其实在MDN window.setInterval 案例三中已经有一个了，而且还实现了播放、暂停以及终止的控制，效果可点击这里查看，在此只进行setInterval打字机效果的一个最简单实现，其实代码和前文setTimeout的实现类似，效果也一致。

(function () {  // 获取容器  const container = document.getElementById('content')  // 把需要展示的全部文字进行切割  const data = '最简单的打字机效果实现'.split('')  // 需要追加到容器中的文字下标  let index = 0  let timer = null  function writing() {    if (index < data.length) {      // 追加文字      container.innerHTML += data[index ++]      // 没错，也可以通过，clearTimeout取消setInterval的执行      // index === 4 && clearTimeout(timer)    } else {      clearInterval(timer)    }    console.log(timer) // 这里会打印出 1 1 1 1 1 ...  }  // 使用 setInterval 时，结束后不要忘记进行 clearInterval  timer = setInterval(writing, 200)})();

和setTimeout一样，setInterval也会返回一个 ID（数字），可以将这个ID传递给clearInterval()或者clearTimeout() 以取消定时器的执行。

在此有必要强调一点：定时器指定的时间间隔，表示的是何时将定时器的代码添加到消息队列，而不是何时执行代码。所以真正何时执行代码的时间是不能保证的，取决于何时被主线程的事件循环取到，并执行。

实现三：requestAnimationFrame()

在动画的实现上，requestAnimationFrame 比起 setTimeout 和 setInterval来无疑更具优势。我们先看看打字机效果的requestAnimationFrame实现：

(function () {    const container = document.getElementById('content')    const data = '与 setTimeout 相比，requestAnimationFrame 最大的优势是 由系统来决定回调函数的执行时机。具体一点讲就是，系统每次绘制之前会主动调用 requestAnimationFrame 中的回调函数，如果系统绘制率是 60Hz，那么回调函数就每16.7ms 被执行一次，如果绘制频率是75Hz，那么这个间隔时间就变成了 1000/75=13.3ms。换句话说就是，requestAnimationFrame 的执行步伐跟着系统的绘制频率走。它能保证回调函数在屏幕每一次的绘制间隔中只被执行一次，这样就不会引起丢帧现象，也不会导致动画出现卡顿的问题。'.split('')    let index = 0    function writing() {      if (index < data.length) {        container.innerHTML += data[index ++]        requestAnimationFrame(writing)      }    }    writing()  })();

与setTimeout相比，requestAnimationFrame最大的优势是由系统来决定回调函数的执行时机。具体一点讲，如果屏幕刷新率是60Hz,那么回调函数就每16.7ms被执行一次，如果刷新率是75Hz，那么这个时间间隔就变成了1000/75=13.3ms，换句话说就是，requestAnimationFrame的步伐跟着系统的刷新步伐走。

它能保证回调函数在屏幕每一次的刷新间隔中只被执行一次，这样就不会引起丢帧现象，也不会导致动画出现卡顿的问题。

实现四：CSS3

除了以上三种js方法之外，其实只用CSS我们也可以实现打字机效果。大概思路是借助CSS3的@keyframes来不断改变包含文字的容器的宽度，超出容器部分的文字隐藏不展示。

  
    大江东去浪淘尽，千古风流人物  

以上CSS打字机效果的原理一目了然：

初始文字是全部在页面上的，只是容器的宽度为0，设置文字超出部分隐藏，然后不断改变容器的宽度；

设置border-right，并在关键帧上改变 border-color 为transparent，右边框就像闪烁的光标了。

实现五：Typed.js

Typed.js is a library that types. Enter in any string, and watch it type at the speed you've set, backspace what it's typed, and begin a new sentence for however many strings you've set.

Typed.js是一个轻量级的打字动画库, 只需要几行代码，就可以在项目中实现炫酷的打字机效果（本文第一张动图即为Typed.js实现）。源码也相对比较简单，有兴趣的话，可以到GitHub进行研读。

        
  
    
Typed.js is a JavaScript library.    
It types out sentences.  
  

使用Typed.js，我们也可以很容易的实现对动画开始、暂停等的控制：

    
  
  开始  暂停  切换  重置

参考资料：Typed.js官网 | Typed.js GitHub地址

当然，打字机效果的实现方式，也不仅仅局限于上面所说的几种方法，本文的目的，也不在于搜罗所有打字机效果的实现，如果那样将毫无意义，接下来，我们将会对CSS3动画和JS动画进行一些比较，并对setTimeout、setInterval 和 requestAnimationFrame的一些细节进行总结。

CSS3动画和JS动画的比较

关于CSS动画和JS动画，有一种说法是CSS动画比JS流畅，其实这种流畅是有前提的。借此机会，我们对CSS3动画和JS动画进行一个简单对比。

JS动画

优点：

JS动画控制能力强，可以在动画播放过程中对动画进行精细控制，如开始、暂停、终止、取消等；

JS动画效果比CSS3动画丰富，功能涵盖面广，比如可以实现曲线运动、冲击闪烁、视差滚动等CSS难以实现的效果；

JS动画大多数情况下没有兼容性问题，而CSS3动画有兼容性问题；

缺点：

JS在浏览器的主线程中运行，而主线程中还有其它需要运行的JS脚本、样式计算、布局、绘制任务等，对其干扰可能导致线程出现阻塞，从而造成丢帧的情况；

对于帧速表现不好的低版本浏览器，CSS3可以做到自然降级，而JS则需要撰写额外代码；

JS动画往往需要频繁操作DOM的css属性来实现视觉上的动画效果，这个时候浏览器要不停地执行重绘和重排，这对于性能的消耗是很大的，尤其是在分配给浏览器的内存没那么宽裕的移动端。

CSS3动画

优点：

部分情况下浏览器可以对动画进行优化（比如专门新建一个图层用来跑动画），为什么说部分情况下呢，因为是有条件的：

在Chromium基础上的浏览器中

同时CSS动画不触发layout或paint，在CSS动画或JS动画触发了paint或layout时，需要main thread进行Layer树的重计算，这时CSS动画或JS动画都会阻塞后续操作。

部分效果可以强制使用硬件加速 （通过 GPU 来提高动画性能）

缺点：

代码冗长。CSS 实现稍微复杂一点动画，CSS代码可能都会变得非常笨重；

运行过程控制较弱。css3动画只能在某些场景下控制动画的暂停与继续，不能在特定的位置添加回调函数。

main thread(主线程)和compositor thread(合成器线程)

渲染线程分为main thread(主线程)和compositor thread(合成器线程)。主线程中维护了一棵Layer树（LayerTreeHost），管理了TiledLayer，在compositor thread，维护了同样一颗LayerTreeHostImpl，管理了LayerImpl，这两棵树的内容是拷贝关系。因此可以彼此不干扰，当Javascript在main thread操作LayerTreeHost的同时，compositor thread可以用LayerTreeHostImpl做渲染。当Javascript繁忙导致主线程卡住时，合成到屏幕的过程也是流畅的。

为了实现防假死，鼠标键盘消息会被首先分发到compositor thread，然后再到main thread。这样，当main thread繁忙时，compositor thread还是能够响应一部分消息，例如，鼠标滚动时，如果main thread繁忙，compositor thread也会处理滚动消息，滚动已经被提交的页面部分（未被提交的部分将被刷白）。

CSS动画比JS动画流畅的前提

CSS动画比较少或者不触发pain和layout，即重绘和重排时。例如通过改变如下属性生成的css动画，这时整个CSS动画得以在compositor thread完成（而JS动画则会在main thread执行，然后触发compositor进行下一步操作）：

backface-visibility：该属性指定当元素背面朝向观察者时是否可见（3D，实验中的功能）；

opacity：设置 div 元素的不透明级别；

perspective 设置元素视图，该属性只影响 3D 转换元素；

perspective-origin：该属性允许您改变 3D 元素的底部位置；

transform：该属性应用于元素的2D或3D转换。这个属性允许你将元素旋转，缩放，移动，倾斜等。

JS在执行一些昂贵的任务时，main thread繁忙，CSS动画由于使用了compositor thread可以保持流畅；

部分属性能够启动3D加速和GPU硬件加速，例如使用transform的translateZ进行3D变换时；

通过设置 will-change 属性，浏览器就可以提前知道哪些元素的属性将会改变，提前做好准备。待需要改变元素的时机到来时，就可以立刻实现它们，从而避免卡顿等问题。

不要将 will-change 应用到太多元素上，如果过度使用的话，可能导致页面响应缓慢或者消耗非常多的资源。

例如下面的代码就是提前告诉渲染引擎 box 元素将要做几何变换和透明度变换操作，这时候渲染引擎会将该元素单独实现一帧，等这些变换发生时，渲染引擎会通过合成线程直接去处理变换，这些变换并没有涉及到主线程，这样就大大提升了渲染的效率。

.box {will-change: transform, opacity;}

setTimeout、setInterval 和 requestAnimationFrame 的一些细节

setTimeout 和 setInterval

setTimeout 的执行时间并不是确定的。在JavaScript中，setTimeout 任务被放进了异步队列中，只有当主线程上的任务执行完以后，才会去检查该队列里的任务是否需要开始执行，所以 setTimeout 的实际执行时机一般要比其设定的时间晚一些。

刷新频率受 屏幕分辨率 和 屏幕尺寸 的影响，不同设备的屏幕绘制频率可能会不同，而 setTimeout 只能设置一个固定的时间间隔，这个时间不一定和屏幕的刷新时间相同。

setTimeout 的执行只是在内存中对元素属性进行改变，这个变化必须要等到屏幕下次绘制时才会被更新到屏幕上。如果两者的步调不一致，就可能会导致中间某一帧的操作被跨越过去，而直接更新下一帧的元素。假设屏幕每隔16.7ms刷新一次，而setTimeout 每隔10ms设置图像向左移动1px， 就会出现如下绘制过程：

第 0 ms：屏幕未绘制，等待中，setTimeout 也未执行，等待中；

第 10 ms：屏幕未绘制，等待中，setTimeout 开始执行并设置元素属性 left=1px；

第 16.7 ms：屏幕开始绘制，屏幕上的元素向左移动了 1px， setTimeout 未执行，继续等待中；

第 20 ms：屏幕未绘制，等待中，setTimeout 开始执行并设置 left=2px;

第 30 ms：屏幕未绘制，等待中，setTimeout 开始执行并设置 left=3px;

第 33.4 ms：屏幕开始绘制，屏幕上的元素向左移动了 3px， setTimeout 未执行，继续等待中；

...

从上面的绘制过程中可以看出，屏幕没有更新 left=2px 的那一帧画面，元素直接从left=1px 的位置跳到了 left=3px 的的位置，这就是丢帧现象，这种现象就会引起动画卡顿。

setInterval的回调函数调用之间的实际延迟小于代码中设置的延迟，因为回调函数执行所需的时间“消耗”了间隔的一部分，如果回调函数执行时间长、执行次数多的话，误差也会越来越大：

// repeat with the interval of 2 secondslet timerId = setInterval(() => console.log('tick', timerId), 2000);// after 50 seconds stopsetTimeout(() => {  clearInterval(timerId);  console.log('stop', timerId);}, 50000);

嵌套的setTimeout可以保证固定的延迟：

let timerId = setTimeout(function tick() {  console.log('tick', timerId);  timerId = setTimeout(tick, 2000); // (*)}, 2000);

requestAnimationFrame

除了上文提到的requestAnimationFrame的优势外，requestAnimationFrame还有以下两个优势：

CPU节能：使用setTimeout实现的动画，当页面被隐藏或最小化时，setTimeout 仍然在后台执行动画任务，由于此时页面处于不可见或不可用状态，刷新动画是没有意义的，完全是浪费CPU资源。

而requestAnimationFrame则完全不同，当页面处于未激活的状态下，该页面的屏幕刷新任务也会被系统暂停，因此跟着系统步伐走的requestAnimationFrame也会停止渲染，当页面被激活时，动画就从上次停留的地方继续执行，有效节省了CPU开销。

函数节流：在高频率事件(resize,scroll等)中，为了防止在一个刷新间隔内发生多次函数执行，使用requestAnimationFrame可保证每个刷新间隔内，函数只被执行一次，这样既能保证流畅性，也能更好的节省函数执行的开销。

一个刷新间隔内函数执行多次是没有意义的，因为显示器每16.7ms刷新一次，多次绘制并不会在屏幕上体现出来。

关于最小时间间隔

2011年的标准中是这么规定的：

setTimeout：如果当前正在运行的任务是由setTimeout（）方法创建的任务，并且时间间隔小于4ms，则将时间间隔增加到4ms；

setInterval：如果时间间隔小于10ms，则将时间间隔增加到10ms。

在最新标准中：如果时间间隔小于0，则将时间间隔设置为0。如果嵌套级别大于5，并且时间间隔小于4ms，则将时间间隔设置为4ms。

定时器的清除

由于clearTimeout（）和clearInterval（）清除的是同一列表（活动计时器列表）中的条目，因此可以使用这两种方法清除setTimeout（）或 setInterval（）创建的计时器。

本文完~