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功能强大、值得关注的CSS Houdini API

前端瓶子君

共 8378字，需浏览 17分钟

 ·

2022-05-26 10:15

概念

CSS Houdini API是CSS引擎暴露出来的一套api，通过这套API，开发者可以直接触及CSSOM，告诉浏览器如何去解析CSS，从而影响浏览器的渲染过程，实现很多炫酷的功能。

Properties and Values API

该API允许开发者自定义CSS属性，并告诉浏览器该如何解析。细想发现，这与Web Components有异曲同工之妙，只不过Web Components允许我们自定义HTML标签，而Properties and Values API允许我们自定义CSS属性。由此可以看出Web发展的一个重要趋势是，浏览器会越来越多地暴露底层能力给开发者。 Properties and Values API有两种书写形式，一种是js写法：

CSS.registerProperty({
  name: '--my-prop',
  syntax: '',
  inherits: false,
  initialValue: '#c0ffee',
});
复制代码

另一种是CSS写法：

@property --my-prop {
  syntax: '<color>';
  inherits: false;
  initial-value: #c0ffee;
}
复制代码

这两种写法是等价的。它做了以下几件事：

  • name：定义了属性名（--my-prop）；
  • syntax：约定了属性的类型（，所有支持的类型可以参考W3C的标准[1]），默认为*；
  • inherits：规定是否可以继承父元素的属性，默认为true；
  • initialValue：初始值、出错时兜底的值。

当我们将属性定义为类型，就不能赋值给height属性，比如：

#app {
  width: 200px;
  height: var(--my-prop); /* 无效，高度为0 */
}
复制代码

但可以赋值给background-color

#app {
  width: 200px;
  height: 200px;
  --my-prop: red;
  background-color: var(--my-prop); /* 红色 */
}
复制代码

说了这么多，好像只说了Properties and Values API是什么，怎么用。但它如果没有好处，我为什么要用它呢？不错。这里就举一个🌰吧。我们知道，如果background是纯色的话，颜色切换的动画是很容易实现的，具体查看例子：CodePen[2]。但如果background是渐变色，然后用transition实现背景色切换，CSS就无能为力了，CodePen[3]上可以看到没有动画效果。不过，Properties and Values API可以轻松解决这个问题。

<head>
  <title>cssPropertyValueApititle>
  <script>
    CSS.registerProperty({
      name: '--my-color',
      syntax: '',
      inherits: false,
      initialValue: 'red',
    });
  script>
  <style>
    .box {
      width: 400px;
      height: 60px;
      --my-color: #c0ffee;
      background: linear-gradient(to right, #fff, var(--my-color));
      transition: --my-color 1s ease-in-out;
    }

    .box:hover {
      --my-color: #b4d455;
    }
  style>
head>
<body>
  <div class="box">div>
body>
复制代码

效果可以查看CodePen[4]。浏览器不知道如何处理渐变的转换，但知道如何处理颜色的转换。registerProperty方法告诉浏览器--my-color是类型，所以transition能够处理--my-color的转换，从而实现渐变背景的动画效果。

Typed Object Model API

过去很长时间，我们用js操作CSSOM都是这么写：

// Element styles.
el.style.opacity = 0.3;

// 或者
// Stylesheet rules.
document.styleSheets[0].cssRules[0].style.opacity = 0.3;
复制代码

好像很正常额，但是，如果我们打印一下opacity的类型：

el.style.opacity = 0.3;
console.log(typeof el.style.opacity); // string
复制代码

很多问号吧，类型竟然是string。再来看看新的Typed Object Model API怎么写：

// Element styles.
el.attributeStyleMap.set('opacity', 0.3);
typeof el.attributeStyleMap.get('opacity').value === 'number' // true

// Stylesheet rules.
const stylesheet = document.styleSheets[0];
stylesheet.cssRules[0].styleMap.set('background', 'blue');
复制代码

直接赋值变成函数操作，更清晰了。除了set方法，还有has、delete、clear等方法。更详尽的api介绍可以到MDN[5]网站上阅读。元素上多了两个很重要的属性：attributeStyleMap和computedStyleMap，用来代替之前直接在style对象上的操作，后面会详细讲。而且可以看到，这时opacity的类型是正确的。再看一个例子：

el.attributeStyleMap.set('margin-top', CSS.px(10));
el.attributeStyleMap.set('margin-top', '10px'); // string写法也没问题，向下兼容
el.attributeStyleMap.get('margin-top').value  // 10
el.attributeStyleMap.get('margin-top').unit // 'px'

el.attributeStyleMap.set('display', new CSSKeywordValue('initial'));
el.attributeStyleMap.get('display').value // 'initial'
el.attributeStyleMap.get('display').unit // undefined
复制代码

Typed Object Model API增加了很多的类：

  1. CSSKeywordValue；
  2. CSSNumericValue；
  3. CSSTransformValue；
  4. ...

还增加了很多有用的方法，如CSS.px、CSS.em等，效果跟使用CSSUnitValue类是一样的，就是更友好的一种形式而已。属性值是一个对象，包含value和unit，当我们只想要数值而不想要单位时，可以减少解析这一步的处理。总的来说，Typed Object Model API的设计让我们对样式的操作更明确了，也更像java了。

attributeStyleMap vs computedStyleMap

attributeStyleMap和computedStyleMap都是用来存放样式的对象，但两者有一些区别。 attributeStyleMap是一个对象，而computedStyleMap是一个函数。另外，computedStyleMap返回一个只读对象，只能执行get、has、entities、forEach等操作。为什么要设计两个map？因为我们设置的样式不一定完全符合约定，attributeStyleMap是原始输入的样式，而computedStyleMap经过浏览器转换最后实际应用的样式。

el.attributeStyleMap.set('opacity', 3);
el.attributeStyleMap.get('opacity').value === 3  // 没有收紧
el.computedStyleMap().get('opacity').value === 1 // 计算样式会收紧opacity

el.attributeStyleMap.set('z-index', CSS.number(15.4));
el.attributeStyleMap.get('z-index').value  === 15.4 // 原始值
el.computedStyleMap().get('z-index').value === 15 // 四舍五入
复制代码

小结

Typed Object Model API带来了很多好处：

  1. 更少的心智负担和bug：比如上面说的opacity的类型问题，可以避免`opacity + 0.5`变成`0.30.5`。又比如，过去样式属性既可以驼峰写法也可以是横杆连接写法，现在只能是横杆连接写法（与CSS一致），我们再也不用在写法上纠结了。
el.style['background-color'] = 'red'; // ok
// 等同于
el.style['backgroundColor'] = 'red'; // ok

el.attributeStyleMap.set('background-color', 'red');
复制代码
  1. 强大的数学操作和单位转换：我们可以将px单位的值转成cm（厘米），这可能在某些场景下有用。
  2. 值的自动修正。
  3. 错误处理，可以用try catch语句捕获错误：
try {
  const css = CSSStyleValue.parse('transform', 'translate4d(bogus value)');
  // use css
} catch (err) {
  console.error(err);
}
复制代码
  1. 性能更佳：js对象转成C++底层对象要比序列化、反序列化string再转C++底层对象快。

Worklet

Houdini worlets是一套类似于web workers的轻量级接口，允许用户使用浏览器渲染阶段的底层能力。使用方式有点类似service worker，需要引入js文件，并注册模块。Houdini worlets只能运行在https或者localhost上。Houdini worlets按功能分主要有4类：PaintWorklet、LayoutWorklet、AnimationWorklet和AudioWorklet，这里只会介绍前3类。每种worklet对应着特定的api和特定的渲染阶段（cascade -> layout -> paint -> composite）：

  • Paint Worklet - Paint API - paint
  • Layout Worklet - Layout API - layout
  • AnimationWorklet - Animation API - composite

Paint API

Paint Api允许我们使用类似于canvas 2D的api定义如何绘制image，主要用在一些可以设置image的CSS属性上，比如background-image、border-image、list-style-image等。主要步骤分为3步：

  1. `registerPaint`定义如何绘制；
  2. `CSS.paintWorklet.addModule`注册模块；
  3. 在CSS里调用全局的`paint`方法绘制指定模块。
// path/to/worklet/file.js
registerPaint('paint-color-example', class {
  static get inputProperties() { 
    return ['--my-color'];
  }
  
  static get inputArguments() { 
    return [''];
  }
  
  static get contextOptions() { 
    return {alpha: true};
  }

  paint(ctx, size, properties, args) {
    ctx.fillStyle = properties.get('--my-color');
    ctx.beginPath();
    ...
});

// html或者main js
CSS.paintWorklet.addModule('path/to/worklet/file.js');
// 或者引用外部url，但需要https
// CSS.paintWorklet.addModule("https://url/to/worklet/file.js");

复制代码

registerPaint里的类有几个方法：

  • inputProperties，要使用哪些CSS属性；
  • inputArguments，CSS中使用paint函数除了模块名外的其他参数，指定其类型；
  • contextOptions，由于使用的是canvas的2D render context绘制，所以可能会设置一些canvas上下文的选项；
  • paint：最关键的方法，定义绘制行为。ctx的使用和canvas一致，size表示绘制的大小，包括width、height等信息，properties就是inputProperties静态方法里定义的属性，args就是paint的入参，跟inputArguments定义的对应。

CSS.paintWorklet.addModule注册模块，可以是本地路径，也可以是外部的url。最后，在CSS里使用

.example {
  background-image: paint(paint-color-example, blue);
}
复制代码

Houdini.how[6]网站上有很多使用Paint API实现的炫酷效果，大家可以去看看。

Layout API

Layput API扩展了浏览器layout的能力，主要作用于CSS的display属性。基本写法如下：

registerLayout('layout-api-example', class {
  static get inputProperties() { return ['--exampleVariable']; }

  static get childrenInputProperties() { return ['--exampleChildVariable']; }

  static get layoutOptions() {
    return {
      childDisplay: 'normal',
      sizing: 'block-like'
    };
  }

  intrinsicSizes(children, edges, styleMap) {
    /* ... */
  }

  layout(children, edges, constraints, styleMap, breakToken) {
    /* ... */
  }
});
复制代码
  • inputProperties，父布局元素使用的属性
  • childrenInputProperties，子布局元素使用的属性
  • layoutOptions
    • childDisplay，预定义子元素的display值，block或者normal
    • sizing，值为block-like或者manual，告诉浏览器是否要预先计算大小
  • intrinsicSizes，定义盒子或者内容如何适配布局
    • children，子元素
    • edges，盒子边缘
    • styleMap，盒子的Typed Object Model
  • layout，布局实现的主要函数
    • children，子元素
    • edges，盒子边缘
    • constraints，父布局的约束
    • styleMap，盒子的Typed Object Model
    • breakToken，分页或者打印时使用的分割符

定义好之后使用，跟Paint Api类似

// 注册模块
CSS.layoutWorklet.addModule('path/to/worklet/file.js');
复制代码
.example {
  display: layout(layout-api-example); /* 作为一种自定义的dislay */
}
复制代码

目前CSS已经有很多种布局方式了，我们还需要Layout API吗？当然需要，做过移动端开发的同学应该知道，瀑布流布局（Masonry）是很常见的。如果我们根据业务定义好这Masonry布局，下次再遇到同样的需求，就可以直接复用了。网上已经有人实现了Masonry布局，大家可以参考[7]一下。

Animation API

扩展浏览器动画的能力，能够监听scroll、hover、click等事件，提供流畅的动画效果。基本用法：

// 定义动画
registerAnimator("animation-api-example", class {
  constructor(options) {
    /* ... */
  }
  animate(currentTime, effects) {
    /* ... */
  }
});
复制代码

amimate：动画的主要实现逻辑

  • currentTime，时间线上当前的时间；
  • effects，动效的集合。
// 注册，异步函数
await CSS.animationWorklet.addModule("path/to/worklet/file.js");;

// 动画要作用的元素
const elementExample = document.getElementById("elementExample");

// 定义关键帧动画
const effectExample = new KeyframeEffect(
  elementExample,
  [ /* ... */ ],   /* 关键帧 */
  { /* ... */ },   /* duration, delay, iterations等选项 */
);

/* 创建WorkletAnimation实例并运行 */
new WorkletAnimation(
  "animation-api-example" // 前面定义的动画名
  effectExample,              // 动画
  document.timeline,          // 输入时间线
  {},                         // constructor的参数
).play(); 
复制代码

动画的知识点非常多，不是本文所能涵盖的。网上有人用Animation API实现了以下的动画效果，具体可以参看这里[8]

可以用了吗

目前只是部分主流浏览器实现了部分API，要谨慎使用，最好判断浏览器是否支持再使用，或者借助polyfill。

总结

  1. Houdini API是一套功能强大，暴露CSS引擎能力的方案；
  2. 优势明显，比如：更友好的API、轻松突破以往CSS有限的能力范围、性能提升；
  3. 浏览器实现程度不是很好，很多API还在草案当中，有些API的使用需要借助polyfill。本文并没有提及Parser API和Font Metrics API，这两个还在提案阶段，以后变数太大；
  4. Houdini API还是很值得期待的，大家可以持续关注下。

关于本文

作者：前端斟茶兵

https://juejin.cn/post/7100506454238429215

最后

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