释放 CSS Houdini 的力量：用于动态样式的自定义属性和 Worklet

Web 开发的世界在不断发展，随之而来的是创造出色且高性能用户界面的可能性。CSS Houdini 是一组底层 API 的集合，它暴露了 CSS 渲染引擎的部分功能，允许开发者以前所未有的方式扩展 CSS。这为实现惊人的自定义效果和性能提升打开了大门。

什么是 CSS Houdini？

CSS Houdini 不是单一的功能，而是一组 API 的集合，它让开发者能够直接访问 CSS 渲染引擎。这意味着您可以编写代码介入浏览器的样式和布局过程，创建自定义效果、动画，甚至全新的布局模型。Houdini 允许您扩展 CSS 本身，使其成为前端开发的颠覆性技术。

可以把它想象成给了您一把打开 CSS 内部工作机制的钥匙，让您能够在其基础上构建，创造出真正独特且高性能的样式解决方案。

关键的 Houdini API

Houdini 项目由几个关键 API 组成，每个 API 针对 CSS 渲染的不同方面。让我们来探讨一些最重要的 API：

CSS 类型化对象模型 (Typed OM): 提供了一种更高效、类型安全的方式来在 JavaScript 中操作 CSS 值，减少了字符串解析的需求并提高了性能。
Paint API: 允许您定义自定义绘制函数，这些函数可以用在 background-image、border-image 和 mask-image 等 CSS 属性中。这为自定义视觉效果开启了无限可能。
Animation Worklet API: 使您能够创建独立于主线程运行的高性能、脚本驱动的动画，确保即使在复杂的网站上也能实现平滑无卡顿的动画效果。
Layout API: 赋予您定义全新布局算法的能力，扩展 CSS 内置的布局模型（如 Flexbox、Grid），以创建真正自定义的布局。
Parser API: （支持尚不广泛）提供了解析类 CSS 语言和创建自定义样式解决方案的能力。

理解自定义属性 (CSS 变量)

虽然自定义属性（也称为 CSS 变量）并非严格属于 Houdini（它们早于 Houdini 出现），但它们是现代 CSS 的基石，并且与 Houdini API 配合得天衣无缝。它们允许您定义可在整个样式表中重复使用的值。

为什么使用自定义属性？

集中控制: 在一个地方更改一个值，所有使用它的地方都会更新。
主题化: 通过更改一组自定义属性，轻松为您的网站创建不同的主题。
动态样式: 使用 JavaScript 修改自定义属性值，以创建交互式和响应式设计。
可读性: 自定义属性通过为常用值赋予有意义的名称，使您的 CSS 更具可读性。

基本语法

自定义属性名称以两个连字符（--）开头，并且区分大小写。

:root {
  --primary-color: #007bff;
  --secondary-color: #6c757d;
}

body {
  background-color: var(--primary-color);
  color: var(--secondary-color);
}

示例：动态主题化

这里有一个简单的示例，说明如何使用自定义属性来创建一个动态的主题切换器：


<button id="theme-toggle">Toggle Theme</button>

:root {
  --bg-color: #fff;
  --text-color: #000;
}

body {
  background-color: var(--bg-color);
  color: var(--text-color);
}

.dark-theme {
  --bg-color: #333;
  --text-color: #fff;
}


const themeToggle = document.getElementById('theme-toggle');
const body = document.body;

themeToggle.addEventListener('click', () => {
  body.classList.toggle('dark-theme');
});

这段代码在 body 元素上切换 dark-theme 类，这会更新自定义属性的值，从而改变网站的外观。

深入 Worklet：扩展 CSS 的能力

Worklet 是轻量级的、类似 JavaScript 的模块，它们独立于主线程运行。这对性能至关重要，因为它们在执行复杂计算或渲染时不会阻塞用户界面。

Worklet 使用 CSS.paintWorklet.addModule() 或类似的函数进行注册，然后可以在 CSS 属性中使用。让我们更仔细地研究一下 Paint API 和 Animation Worklet API。

Paint API：自定义视觉效果

Paint API 允许您定义自定义绘制函数，这些函数可以用作 background-image、border-image 和 mask-image 等 CSS 属性的值。这为创造独特且视觉上吸引人的效果开辟了一个充满可能性的世界。

Paint API 是如何工作的

定义绘制函数：编写一个导出一个 paint 函数的 JavaScript 模块。该函数接收一个绘图上下文（类似于 Canvas 2D 上下文）、元素的大小以及您定义的任何自定义属性。
注册 Worklet：使用 CSS.paintWorklet.addModule('my-paint-function.js') 来注册您的模块。
在 CSS 中使用绘制函数：在您的 CSS 中使用 paint() 函数来应用您的自定义绘制函数。

示例：创建一个自定义棋盘格图案

让我们使用 Paint API 创建一个简单的棋盘格图案。

// checkerboard.js
registerPaint('checkerboard', class {
  static get inputProperties() {
    return ['--checkerboard-size', '--checkerboard-color1', '--checkerboard-color2'];
  }

  paint(ctx, geom, properties) {
    const size = Number(properties.get('--checkerboard-size'));
    const color1 = String(properties.get('--checkerboard-color1'));
    const color2 = String(properties.get('--checkerboard-color2'));

    for (let i = 0; i < geom.width / size; i++) {
      for (let j = 0; j < geom.height / size; j++) {
        ctx.fillStyle = (i + j) % 2 === 0 ? color1 : color2;
        ctx.fillRect(i * size, j * size, size, size);
      }
    }
  }
});


/* 在您的 CSS 文件中 */
body {
  --checkerboard-size: 20;
  --checkerboard-color1: #eee;
  --checkerboard-color2: #fff;
  background-image: paint(checkerboard);
}

在这个示例中：

checkerboard.js 文件定义了一个绘制函数，该函数根据提供的尺寸和颜色绘制一个棋盘格图案。
静态 getter inputProperties 告诉浏览器这个绘制函数使用了哪些自定义属性。
CSS 设置了自定义属性，然后使用 paint(checkerboard) 将自定义绘制函数应用于 background-image。

这展示了如何使用 Paint API 和自定义属性创建复杂的视觉效果。

Animation Worklet API：高性能动画

Animation Worklet API 允许您创建在单独线程上运行的动画，确保即使在复杂的网站上也能实现平滑无卡顿的动画效果。这对于涉及复杂计算或变换的动画尤其有用。

Animation Worklet API 是如何工作的

定义动画：编写一个导出一个函数的 JavaScript 模块，该函数定义了动画的行为。这个函数接收当前时间和效果输入。
注册 Worklet：使用 CSS.animationWorklet.addModule('my-animation.js') 来注册您的模块。
在 CSS 中使用动画：在您的 CSS 中使用 animation-name 属性来应用您的自定义动画，引用您为动画函数指定的名称。

示例：创建一个简单的旋转动画

// rotation.js
registerAnimator('rotate', class {
  animate(currentTime, effect) {
    const angle = currentTime / 10;
    effect.localTransform = `rotate(${angle}deg)`;
  }
});


/* 在您的 CSS 文件中 */
.box {
  width: 100px;
  height: 100px;
  background-color: #007bff;
  animation-name: rotate;
  animation-duration: 10s;
  animation-iteration-count: infinite;
}

在这个示例中：

rotation.js 文件定义了一个根据当前时间旋转元素的动画。
CSS 将 rotate 动画应用于 .box 元素，使其连续旋转。

这展示了如何创建即使在资源密集型网站上也能平滑运行的高性能动画。

Typed OM (对象模型)：效率与类型安全

Typed OM (对象模型) 提供了一种更高效、类型安全的方式来在 JavaScript 中操作 CSS 值。Typed OM 不再处理字符串，而是将 CSS 值表示为具有特定类型的 JavaScript 对象（例如 CSSUnitValue、CSSColorValue）。这消除了字符串解析的需要，并减少了出错的风险。

Typed OM 的好处

性能：消除了字符串解析，从而加快了 CSS 操作的速度。
类型安全：通过对 CSS 值强制进行类型检查，减少了出错的风险。
提高可读性：通过使用有意义的对象名称而不是字符串，使您的代码更具可读性。

示例：访问和修改 CSS 值


const element = document.getElementById('my-element');
const style = element.attributeStyleMap;

// 获取 margin-left 的值
const marginLeft = style.get('margin-left');
console.log(marginLeft.value, marginLeft.unit); // 输出: 10 px (假设 margin-left 是 10px)

// 设置 margin-left 的值
style.set('margin-left', CSS.px(20));

在这个示例中：

我们访问元素的 attributeStyleMap，它提供了对 Typed OM 的访问。
我们使用 style.get('margin-left') 将 margin-left 的值获取为一个 CSSUnitValue 对象。
我们使用 style.set('margin-left', CSS.px(20)) 通过 CSS.px() 函数将 margin-left 的值设置为 20 像素。

Typed OM 提供了一种更健壮、更高效的方式来在 JavaScript 中与 CSS 值进行交互。

Layout API：打造自定义布局算法

Layout API 可能是 Houdini API 中最具雄心的一个。它允许您定义全新的布局算法，扩展 CSS 内置的布局模型，如 Flexbox 和 Grid。这为创造真正独特和创新的布局开辟了令人兴奋的可能性。

重要提示：Layout API 仍处于开发阶段，并未在所有浏览器中得到广泛支持。请谨慎使用，并考虑渐进增强。

Layout API 是如何工作的

定义布局函数：编写一个导出一个 layout 函数的 JavaScript 模块。该函数接收元素的子元素、约束条件和其他布局信息作为输入，并返回每个子元素的大小和位置。
注册 Worklet：使用 CSS.layoutWorklet.addModule('my-layout.js') 来注册您的模块。
在 CSS 中使用布局：在您的 CSS 中使用 display: layout(my-layout) 属性来应用您的自定义布局。

示例：创建一个简单的圆形布局（概念性）

虽然一个完整的示例很复杂，但这里有一个如何创建圆形布局的概念性大纲：

// circle-layout.js (概念性 - 简化版)
registerLayout('circle-layout', class {
  static get inputProperties() {
    return ['--circle-radius'];
  }

  async layout(children, edges, constraints, styleMap) {
      const radius = Number(styleMap.get('--circle-radius').value);
      const childCount = children.length;

      children.forEach((child, index) => {
        const angle = (2 * Math.PI * index) / childCount;
        const x = radius * Math.cos(angle);
        const y = radius * Math.sin(angle);

        child.inlineSize = 50; //示例 - 设置子元素大小
        child.blockSize = 50;
        child.styleMap.set('position', 'absolute'); //关键：精确定位所需
        child.styleMap.set('left', CSS.px(x + radius));
        child.styleMap.set('top', CSS.px(y + radius));
      });

    return {
      inlineSize: constraints.inlineSize, //将容器大小设置为 CSS 中的约束
      blockSize: constraints.blockSize,
      children: children
    };
  }
});


/* 在您的 CSS 文件中 */
.circle-container {
  display: layout(circle-layout);
  --circle-radius: 100;
  width: 300px;
  height: 300px;
  position: relative; /* 子元素绝对定位所需 */
}

.circle-container > * {
  width: 50px;
  height: 50px;
  background-color: #ddd;
  border-radius: 50%;
}

Layout API 的关键考虑因素：

坐标系：理解布局函数如何在其容器内定位元素至关重要。
性能：布局计算可能计算量很大，因此优化您的布局函数至关重要。
浏览器支持：注意 Layout API 有限的浏览器支持，并使用渐进增强技术。

CSS Houdini 的实际应用

CSS Houdini 为创建创新和高性能的 Web 体验开辟了广泛的可能性。以下是一些实际应用：

自定义图表库：创建自定义图表和数据可视化，直接在浏览器中渲染，而无需依赖外部库。
高级文本效果：实现复杂的文本效果，如沿路径流动的文本或创建自定义文本装饰。
交互式背景：生成响应用户交互或数据更新的动态背景。
自定义表单控件：设计独特且视觉上吸引人的表单控件，以增强用户体验。
高性能动画：为过渡、加载指示器和其他视觉效果创建平滑无卡顿的动画。

浏览器支持和渐进增强

CSS Houdini 的浏览器支持仍在不断发展中。虽然某些 API（如自定义属性和 Typed OM）有良好的支持，但其他 API（如 Layout API）仍处于实验阶段。

在使用 Houdini 时，采用渐进增强技术至关重要。这意味着：

从基线开始：确保您的网站在没有 Houdini 的情况下也能正常运行。
使用特性检测：在使用 Houdini API 之前，检查其是否受支持。
提供后备方案：如果某个 Houdini API 不受支持，提供一个能提供类似体验的替代方案。

您可以使用 JavaScript 来检查特性支持：


if ('paintWorklet' in CSS) {
  // Paint API 受支持
  CSS.paintWorklet.addModule('my-paint-function.js');
} else {
  // Paint API 不受支持
  // 提供一个后备方案
  element.style.backgroundImage = 'url(fallback-image.png)';
}

开始使用 CSS Houdini

准备好深入了解 CSS Houdini 了吗？以下是一些可以帮助您入门的资源：

Houdini Wiki: https://github.com/w3c/css-houdini-drafts/wiki
MDN Web 文档: 搜索特定的 Houdini API (例如, "Paint API MDN")
Houdini.how: https://houdini.how/ - 一个提供教程和示例的优秀资源。
在线演示: 探索在线演示和代码示例，看看有哪些可能性。

CSS Houdini 与可访问性

在实施 CSS Houdini 时，可访问性应是首要任务。请牢记以下几点：

语义化 HTML：始终使用语义化 HTML 作为您网站的基础。Houdini 应该是增强而非替代语义结构。
ARIA 属性：使用 ARIA 属性为辅助技术提供额外信息，尤其是在创建自定义 UI 组件时。
颜色对比度：无论使用 Houdini 创建了何种视觉效果，都要确保文本和背景颜色之间有足够的对比度。
键盘导航：确保所有交互元素都可以通过键盘导航访问。
焦点管理：实施正确的焦点管理，确保用户可以使用键盘或其他辅助设备轻松地在您的网站中导航。
使用辅助技术进行测试：定期使用屏幕阅读器和其他辅助技术测试您的网站，以识别和修复可访问性问题。

请记住，视觉效果永远不应损害可访问性。确保所有用户，无论其能力如何，都能访问和使用您的网站。

CSS 和 Houdini 的未来

CSS Houdini 代表了我们处理 Web 样式方式的重大转变。通过提供对 CSS 渲染引擎的直接访问，Houdini 使开发者能够创建真正自定义和高性能的 Web 体验。虽然一些 API 仍在开发中，但 Houdini 的潜力是不可否认的。随着浏览器支持的改善和更多开发者拥抱 Houdini，我们可以期待看到一波创新和视觉上令人惊叹的 Web 设计新浪潮。

结论

CSS Houdini 是一套强大的 API，为 Web 样式开启了新的可能性。通过掌握自定义属性和 worklet，您可以创建动态、高性能的 Web 体验，推动 CSS 可能性的边界。拥抱 Houdini 的力量，开始构建 Web 的未来吧！