تحسين عرض المتصفح: نظرة متعمقة على أداء الرسم في جافا سكريبت

في عالمنا الرقمي سريع الخطى اليوم، يتوقع المستخدمون أن تكون مواقع الويب وتطبيقاته سريعة الاستجابة وعالية الأداء. يمكن أن تؤدي واجهة المستخدم البطيئة أو المتقطعة إلى الإحباط وفي النهاية إلى هجر المستخدمين للموقع. أحد الجوانب الحاسمة لأداء الويب هو مسار عرض المتصفح، وفهم كيفية تأثير جافا سكريبت على مرحلة الرسم الخاصة به هو أمر بالغ الأهمية لبناء تجارب ويب محسّنة. سيقدم هذا الدليل نظرة شاملة على أداء الرسم في جافا سكريبت، ويقدم استراتيجيات وتقنيات عملية لتحسين استجابة تطبيق الويب الخاص بك للمستخدمين في جميع أنحاء العالم.

فهم مسار عرض المتصفح

مسار عرض المتصفح هو سلسلة من الخطوات التي يتخذها متصفح الويب لتحويل كود HTML و CSS وجافا سكريبت إلى تمثيل مرئي على شاشة المستخدم. يعد تحسين هذا المسار أمرًا أساسيًا لتقديم تجربة سلسة وعالية الأداء. المراحل الرئيسية هي:

1. بناء DOM: يقوم المتصفح بتحليل HTML وبناء نموذج كائن المستند (DOM)، وهو تمثيل شجري لهيكل HTML.
2. بناء CSSOM: يقوم المتصفح بتحليل CSS وبناء نموذج كائن CSS (CSSOM)، وهو تمثيل شجري لقواعد CSS.
3. بناء شجرة العرض: يدمج المتصفح بين DOM و CSSOM لإنشاء شجرة العرض، والتي تتضمن فقط العقد المرئية وأنماطها.
4. التخطيط: يحسب المتصفح حجم وموضع كل عنصر في شجرة العرض، ويحدد مكان عرضها على الشاشة. يُعرف هذا أيضًا باسم إعادة التدفق (Reflow).
5. الرسم: يحول المتصفح شجرة العرض إلى وحدات بكسل فعلية على الشاشة. تُعرف هذه العملية باسم التنقيط (Rasterization).
6. التركيب: يدمج المتصفح الطبقات المختلفة للصفحة في صورة نهائية، يتم عرضها بعد ذلك للمستخدم.

دور جافا سكريبت في أداء الرسم

يمكن لجافا سكريبت أن يؤثر بشكل كبير على مرحلة الرسم في مسار العرض بعدة طرق:

• التلاعب المباشر بالأنماط: يمكن لجافا سكريبت تعديل أنماط CSS للعناصر مباشرةً، مما يؤدي إلى إعادة الرسم وإعادة التدفق. يمكن أن تؤدي التغييرات المتكررة أو غير المحسّنة للأنماط إلى اختناقات في الأداء. على سبيل المثال، سيؤدي تغيير خصائص `left` و `top` لعنصر بشكل متكرر في حلقة برمجية على الأرجح إلى عمليات إعادة تدفق ورسم متعددة.
• التلاعب بـ DOM: يمكن أن يؤدي إضافة أو إزالة أو تعديل العناصر في DOM إلى إعادة التدفق وإعادة الرسم، حيث يحتاج المتصفح إلى إعادة حساب التخطيط وإعادة رسم المناطق المتأثرة. يمكن أن تؤدي إضافة عدد كبير من العناصر برمجيًا دون تحسين مناسب إلى تدهور الأداء بشكل كبير.
• الرسوم المتحركة: يمكن أن تؤدي الرسوم المتحركة القائمة على جافا سكريبت إلى إعادة الرسم في كل إطار، خاصة إذا لم يتم تحسينها. غالبًا ما يؤدي استخدام خصائص مثل `left` أو `top` أو `width` أو `height` مباشرة في الرسوم المتحركة إلى إجبار المتصفح على إعادة حساب التخطيط، مما يؤدي إلى أداء ضعيف.
• الحسابات المعقدة: يمكن لكود جافا سكريبت الذي يقوم بحسابات معقدة أو معالجة بيانات أن يمنع الخيط الرئيسي (main thread) من العمل، مما يؤخر مرحلة الرسم ويجعل واجهة المستخدم غير مستجيبة. تخيل معالجة مجموعة بيانات كبيرة لإنشاء تصورات معقدة؛ إذا حدثت هذه المعالجة على الخيط الرئيسي، فيمكنها أن تمنع عملية العرض.

تحديد اختناقات أداء الرسم

قبل التحسين، من الضروري تحديد اختناقات أداء الرسم المحددة في تطبيقك. إليك كيفية استخدام أدوات مطوري Chrome (أو أدوات مشابهة في المتصفحات الأخرى) لتشخيص مشكلات الأداء:

1. افتح أدوات مطوري Chrome: اضغط على F12 (أو Cmd+Opt+I على macOS) لفتح أدوات مطوري Chrome.
2. انتقل إلى علامة التبويب Performance: حدد علامة التبويب "Performance".
3. سجل ملف تعريف الأداء: انقر فوق زر التسجيل (الزر الدائري) وتفاعل مع تطبيق الويب الخاص بك لإثارة مشكلة الأداء.
4. أوقف التسجيل: انقر فوق زر التسجيل مرة أخرى لإيقاف التسجيل.
5. حلل المخطط الزمني: افحص المخطط الزمني لتحديد فترات الرسم الطويلة، وعمليات إعادة التدفق المفرطة (حسابات التخطيط)، وتنفيذ جافا سكريبت الذي يمنع الخيط الرئيسي. انتبه إلى قسم "Rendering"؛ سيسلط هذا الضوء على أحداث الرسم. ابحث عن المناطق الحمراء، التي تشير إلى مشكلات في الأداء. يمكن لعلامة التبويب "Summary" في الأسفل تقديم نظرة عامة على المكان الذي يقضي فيه المتصفح وقته.
6. تمكين وميض الرسم (Paint Flashing): في علامة التبويب Rendering (يمكن الوصول إليها عبر النقاط الثلاث في أدوات المطور)، قم بتمكين "Paint flashing". هذا يسلط الضوء على مناطق الشاشة التي يتم إعادة رسمها. يشير الوميض المتكرر إلى مشكلات أداء محتملة.

استراتيجيات لتحسين أداء الرسم في جافا سكريبت

بمجرد تحديد الاختناقات، يمكنك تطبيق الاستراتيجيات التالية لتحسين أداء الرسم في جافا سكريبت:

1. تقليل عمليات إعادة التدفق وإعادة الرسم

عمليات إعادة التدفق وإعادة الرسم هي عمليات مكلفة. يعد تقليل عدد مرات حدوثها أمرًا بالغ الأهمية للأداء. إليك بعض التقنيات:

• تجنب التلاعب المباشر بالأنماط: بدلاً من تعديل الأنماط مباشرة على العناصر الفردية، حاول تغيير أسماء الفئات (class names) أو تعديل متغيرات CSS. يتيح ذلك للمتصفح تجميع التحديثات وتحسين عملية العرض. على سبيل المثال، بدلاً من `element.style.width = '100px'`، فكر في إضافة فئة تحدد العرض.
• تجميع تحديثات DOM: عند إجراء تغييرات متعددة على DOM، قم بتجميعها معًا لتقليل عدد عمليات إعادة التدفق. يمكنك استخدام تقنيات مثل أجزاء المستند (document fragments) أو المتغيرات المؤقتة لجمع التغييرات قبل تطبيقها على DOM. على سبيل المثال، بدلاً من إضافة العناصر إلى DOM واحدًا تلو الآخر في حلقة، أضفها إلى جزء مستند ثم أضف الجزء إلى DOM مرة واحدة.
• اقرأ خصائص التخطيط بعناية: قراءة خصائص التخطيط (مثل `offsetWidth`، `offsetHeight`، `scrollTop`) تجبر المتصفح على إعادة حساب التخطيط. تجنب قراءة هذه الخصائص دون داعٍ، خاصة داخل الحلقات. إذا كنت بحاجة إلى استخدامها، فخزن القيم مؤقتًا وأعد استخدامها.
• استخدم `requestAnimationFrame` للرسوم المتحركة: `requestAnimationFrame` هي واجهة برمجة تطبيقات للمتصفح تقوم بجدولة الرسوم المتحركة لتعمل قبل عملية إعادة الرسم التالية. هذا يضمن أن تكون الرسوم المتحركة متزامنة مع معدل تحديث المتصفح، مما يؤدي إلى عرض أكثر سلاسة وكفاءة. بدلاً من استخدام `setInterval` أو `setTimeout` للرسوم المتحركة، استخدم `requestAnimationFrame`.
• DOM الافتراضي والمطابقة (لأطر العمل مثل React، Vue.js، Angular): تقلل أطر العمل التي تستخدم DOM الافتراضي من التلاعب المباشر بـ DOM. يتم تطبيق التغييرات أولاً على DOM الافتراضي، ثم يقوم إطار العمل بتحديث DOM الفعلي بكفاءة بناءً على الاختلافات (المطابقة). من الضروري فهم كيفية تعامل إطار العمل الخاص بك مع تحديثات DOM.

2. استغلال تحويلات CSS والشفافية للرسوم المتحركة

عند تحريك العناصر، فضل استخدام تحويلات CSS (مثل `translate`، `scale`، `rotate`) والشفافية (opacity). يمكن تحريك هذه الخصائص دون التسبب في إعادة التدفق، حيث يتم التعامل معها عادةً بواسطة وحدة معالجة الرسومات (GPU). يعد تحريك خصائص مثل `left` أو `top` أو `width` أو `height` أكثر تكلفة بكثير لأنها غالبًا ما تفرض إعادة حساب التخطيط.

على سبيل المثال، بدلاً من تحريك خاصية `left` لتحريك عنصر أفقيًا، استخدم `transform: translateX(value)`. وبالمثل، استخدم `opacity` بدلاً من التلاعب المباشر بخاصية `display`.

3. تحسين كود جافا سكريبت

يعتبر كود جافا سكريبت الفعال ضروريًا لمنع الاختناقات التي يمكن أن تؤخر مرحلة الرسم. إليك بعض الاعتبارات:

• تقليل وقت تنفيذ جافا سكريبت: حدد وحسّن كود جافا سكريبت الذي يعمل ببطء. استخدم علامة التبويب Performance في أدوات مطوري Chrome لتحليل الكود الخاص بك وتحديد الوظائف الأكثر استهلاكًا للوقت.
• استخدام Web Workers للمهام الخلفية: انقل المهام التي تستغرق وقتًا طويلاً أو تتطلب حسابات مكثفة إلى Web Workers. تعمل Web Workers في خيوط منفصلة، مما يمنعها من حظر الخيط الرئيسي والتداخل مع العرض. على سبيل المثال، يمكن معالجة الصور أو تحليل البيانات أو طلبات الشبكة في Web Workers.
• منع الارتداد والتقييد (Debouncing and Throttling): عند التعامل مع الأحداث مثل التمرير أو تغيير الحجم، استخدم منع الارتداد أو التقييد للحد من عدد المرات التي يتم فيها تنفيذ دالة. يمكن أن يمنع هذا عمليات إعادة الرسم وإعادة التدفق المفرطة. يضمن منع الارتداد استدعاء الدالة فقط بعد فترة معينة من عدم النشاط. يضمن التقييد استدعاء الدالة مرة واحدة على الأكثر خلال فترة زمنية محددة.
• تقسيم الكود (Code Splitting): قسّم كود جافا سكريبت الخاص بك إلى أجزاء أصغر وقم بتحميلها عند الطلب. يمكن أن يقلل هذا من وقت التحميل الأولي لتطبيقك ويحسن من استجابته. يمكن أن تساعد أدوات مثل Webpack و Parcel في تقسيم الكود.
• هياكل البيانات والخوارزميات الفعالة: استخدم هياكل البيانات والخوارزميات المناسبة لتحسين معالجة البيانات. فكر في استخدام Maps و Sets بدلاً من Objects و Arrays عندما يكون الأداء حاسمًا.

4. استخدام تسريع الأجهزة

يمكن للمتصفحات الاستفادة من وحدة معالجة الرسومات (GPU) لتسريع عمليات عرض معينة، مثل التركيب والتحويلات. شجع على تسريع الأجهزة باستخدام خصائص CSS التي تؤدي إلى إنشاء طبقات تركيب جديدة. غالبًا ما يتم استخدام خاصية CSS `will-change`، ولكن استخدمها بحكمة، حيث يمكن أن يؤثر الاستخدام المفرط سلبًا على الأداء.

مثال:

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

              
                Copy
              
            
          

يخبر هذا المتصفح أن خصائص `transform` و `opacity` للعنصر من المحتمل أن تتغير، مما يسمح له بتحسين العرض وفقًا لذلك.

5. تحسين الصور والأصول الأخرى

يمكن للصور الكبيرة والأصول الأخرى أن تؤثر بشكل كبير على وقت تحميل الصفحة وأداء العرض. حسّن أصولك لتقليل حجمها وتحسين سرعة التحميل.

• تحسين الصور: استخدم أدوات مثل ImageOptim أو TinyPNG لضغط الصور دون التضحية بالجودة. اختر تنسيق الصورة المناسب (مثل WebP، JPEG، PNG) بناءً على محتوى الصورة. استخدم الصور المتجاوبة مع السمة `srcset` لتقديم أحجام صور مختلفة بناءً على جهاز المستخدم.
• التحميل الكسول (Lazy Loading): قم بتحميل الصور والأصول الأخرى فقط عندما تكون مرئية في منفذ العرض. يمكن أن يحسن هذا بشكل كبير وقت التحميل الأولي ويقلل من كمية الموارد التي يحتاجها المتصفح للعرض. يمكن أن تساعد مكتبات مثل lazysizes في التحميل الكسول.
• التخزين المؤقت (Caching): استفد من التخزين المؤقت للمتصفح لتخزين الأصول الثابتة محليًا، مما يقلل من الحاجة إلى تنزيلها بشكل متكرر. قم بتكوين الخادم الخاص بك لتعيين رؤوس التخزين المؤقت المناسبة. فكر في استخدام شبكة توصيل المحتوى (CDN) لتوزيع أصولك عالميًا وتحسين أوقات التحميل للمستخدمين في جميع أنحاء العالم.

6. المراقبة والتحسين المستمر

تحسين أداء الويب هو عملية مستمرة. راقب أداء تطبيقك باستمرار وحدد مجالات التحسين. استخدم أدوات مراقبة الأداء مثل Google PageSpeed Insights و WebPageTest و Lighthouse للحصول على رؤى حول أداء تطبيقك وتحديد المشكلات المحتملة. قم بتحليل الكود الخاص بك بانتظام وتحليل مسار العرض لتحديد ومعالجة الاختناقات.

اعتبارات عالمية لأداء الويب

عند تحسين أداء الويب، من المهم مراعاة السياق العالمي. قد يكون لدى المستخدمين من أجزاء مختلفة من العالم سرعات شبكة وقدرات أجهزة وتكاليف وصول إلى الإنترنت متفاوتة.

• كمون الشبكة: يمكن أن يؤثر كمون الشبكة بشكل كبير على وقت تحميل الصفحة، خاصة للمستخدمين في المناطق ذات البنية التحتية السيئة للإنترنت. قلل من عدد طلبات HTTP وحسّن حجم أصولك لتقليل تأثير الكمون. فكر في استخدام تقنيات مثل HTTP/2، التي تسمح بإرسال طلبات متعددة عبر اتصال واحد.
• قدرات الأجهزة: قد يستخدم المستخدمون في البلدان النامية أجهزة أقدم أو أقل قوة. حسّن تطبيقك لضمان أدائه الجيد على هذه الأجهزة. فكر في استخدام تقنيات التحميل التكيفي لتقديم محتوى مختلف بناءً على جهاز المستخدم.
• تكاليف البيانات: في بعض المناطق، يكون الوصول إلى الإنترنت مكلفًا. حسّن تطبيقك لتقليل استخدام البيانات. استخدم تقنيات مثل ضغط الصور وتقسيم الكود والتحميل الكسول لتقليل كمية البيانات التي يحتاج المستخدمون إلى تنزيلها.
• الترجمة والتوطين: تأكد من أن تطبيقك مترجم وموطّن بشكل صحيح للغات ومناطق مختلفة. استخدم ترميزات الأحرف وتنسيقات مناسبة. فكر في استخدام شبكة توصيل المحتوى (CDN) التي توزع أصولك عالميًا لتحسين أوقات التحميل للمستخدمين في جميع أنحاء العالم.

مثال: تحسين رسم متحرك يعتمد على جافا سكريبت

لنفترض أن لديك رسمًا متحركًا يعتمد على جافا سكريبت يحرك عنصرًا أفقيًا عبر الشاشة. قد يبدو الكود الأصلي هكذا:

            const element = document.getElementById('my-element');
let position = 0;

function animate() {
  position += 2;
  element.style.left = position + 'px';
  requestAnimationFrame(animate);
}

animate();
            

              
                Copy
              
            
          

هذا الكود يتلاعب مباشرة بخاصية `left`، مما يؤدي إلى عمليات إعادة تدفق ورسم في كل إطار. لتحسين هذا الرسم المتحرك، يمكنك استخدام تحويلات CSS:

            const element = document.getElementById('my-element');
let position = 0;

function animate() {
  position += 2;
  element.style.transform = `translateX(${position}px)`;
  requestAnimationFrame(animate);
}

animate();
            

              
                Copy
              
            
          

باستخدام `transform: translateX()`، يمكنك تحريك العنصر دون التسبب في إعادة التدفق، مما يؤدي إلى رسم متحرك أكثر سلاسة وأداءً.

الخاتمة

يعد تحسين أداء الرسم في جافا سكريبت أمرًا بالغ الأهمية لتقديم تجربة مستخدم سريعة وسلسة وممتعة للمستخدمين في جميع أنحاء العالم. من خلال فهم مسار عرض المتصفح، وتحديد اختناقات الأداء، وتطبيق الاستراتيجيات الموضحة في هذا الدليل، يمكنك تحسين أداء تطبيقات الويب الخاصة بك بشكل كبير. تذكر أن تراقب أداء تطبيقك باستمرار وتكيف تقنيات التحسين الخاصة بك حسب الحاجة. ضع في اعتبارك السياق العالمي وحسّن تطبيقك لضمان أدائه الجيد للمستخدمين الذين لديهم سرعات شبكة وقدرات أجهزة وتكاليف وصول إلى الإنترنت متفاوتة. سيساهم تبني هذه الممارسات في إنشاء تجارب ويب يمكن الوصول إليها وعالية الأداء للجميع، بغض النظر عن موقعهم أو أجهزتهم.