前言

在前端的世界中，如何優化 performance 一直都是很重要的議題，也常常被拿來當作評斷前端工程師能力的一個依據。效能調教有許多方面可以探討，但最主要的重點就是希望使用者在操作網站時，不會感受到頁面跳動，尤其是當網站有動畫效果時，些微的跳動就會引起使用者注意。

大概在去年的時候，同事為了解決 CSS Animation 在頁面上的不順暢，研究了不少 hack 技巧，其中一個讓我覺得很特別的就是今天的主角：FLIP。

FLIP 技巧已經出來好幾年了，但我也是去年才知道，今天這篇算是個複習與回顧，順便分享給還不知道此技巧的讀者。

什麼是 FLIP？為什麼我們需要它？

在開始介紹 FLIP 之前，必須先說明一下我們在製作 CSS 動畫時，可能會遭遇的效能問題。

舉例來說，今天我們想要製造一個如下效果的動畫：

code link

我們通常會需要調整 DOM 元素的位置與大小，而這類的操作會造成瀏覽器偵測到潛在的 Layout 改變，而重新從 pixel pipeline 的 Layout 階段開始 reflow 與 repaint，若同時在這階段進行其他 js 操作或是頁面互動，就會降低 fps，也就代表著頁面可能會掉幀，造成視覺上的跳動。

當然在目前硬體設備越來越強大的狀態下，其實像上圖中的動畫很難會有問題，但若是背後有其他繁重的 js 在運作，還是有可能出現下面這樣的 fps 狀態：

解決方法通常就是要想辦法將這類花費昂貴的動畫改用 transform、opacity 來製作，讓動畫的進行能在 Composite 階段進行即可，不須動到 Layout。

這時候就可以引入 FLIP 技巧來幫忙了！透過 FLIP 可以將那些會導致 Layout 更動的動畫，轉成以 transform 這樣的屬性來達成。

FLIP

如果你直接 google 搜尋 FLIP，可能會查到滑板教學；搜尋 FLIP CSS，應該會出現卡片翻轉的動畫教學。

那到底 FLIP 跟網頁動畫的優化有什麼關係呢？

FLIP 其實是四個字的組合：First, Last, Invert, Play：

• First：在 FLIP 技巧中，我們需要先記錄下動畫元件的初始狀態。

• Last：接著進行一些運算後，套用動畫的最終狀態在動畫元件上，並且將完成動畫後的狀態記錄下來。

• Invert：FLIP 最主要的 hack 就是發生在這個階段。根據前兩個步驟，我們可以知道該動畫物件在動畫期間的位置變化，接著利用 transform 與 scale，將物件從動畫結尾位置移動回初始狀態的地點。

• Play：在最後的步驟時，元件已經被我們 transform 回起始點了，這時只要將 transform 屬性移除，並加上 transition 的效果，我們就能完美的消除原先昂貴的 Layout change，改以能擁有獨自 Layer 的 transform 來處理動畫效果。

文字敘述可能不夠好懂，David Khourshid 做的這個範例應該就能非常清楚的說明 FLIP 原理：

See the Pen How the FLIP technique works by David Khourshid (@davidkpiano) on CodePen.

解釋起來其實會發現跟 FLIP 這個字其實也是很吻合的，把元件從結束狀態 ”翻“ 回初始狀態。

看到這邊可能會有些人覺得困惑，為什麼要這麼麻煩，不能直接用 transform 搭配 transition 將元件移動至結束位置嗎？

的確是可以，但如果你今天是要優化原先寫好的動畫，變成要重新手動計算 transform 的位置與 scale 的比例，是件麻煩的事，倒不如讓瀏覽器幫你處理這部分的計算，只要算出起點與終點位置的差異即可。

此外，將元件先移至結束位置，再 transform 回去起點的方式，可以讓瀏覽器先知道這個動畫會走的過程，據說有助於更快的處理動畫。（但我沒有實際測試過，並非百分百確定有這種效果，也歡迎大家幫忙補充！）

接著我們實際做做看

依照 FLIP 原則，我們將一開始的動畫做點調整：

• First：

// Fisrt: 記錄初始狀態
const collapsed = elem.getBoundingClientRect();

• Last：

// 進行運算, 套用動畫結尾的 css style
elem.classList.add('expanded');
// Last: 紀錄結束狀態
const expanded = elem.getBoundingClientRect();

• Invert：

// INVERT
// 根據在 F 與 L 紀錄的位置，我們算出其位置差距 (top 與 left)
const invertedTop = collapsed.top - expanded.top;
const invertedLeft = collapsed.left - expanded.left;
// 大小的部分則是用寬高差去計算 scale 的比例
const invertedWidth = collapsed.width / expanded.width;
const invertedHeight = collapsed.height / expanded.height;
// 設定 transform origin，代表動畫要從哪裡開始
elem.style.transformOrigin = 'top left';
// 將算好的差距 apply 到 transform 屬性上
// 這樣就能將元件 ”翻“ 回初始位置
elem.style.transform = 'translate(' + invertedLeft + 'px, ' + invertedTop + 'px) scale(' + invertedWidth + ', ' + invertedHeight + ')';

• Play：

// PLAY
// 利用 Raf，在下個 frame 開始時再做動畫
requestAnimationFrame(function(){
  // 設定 transition，並移除 transform，讓他再 "翻" 到結尾位置
  elem.style.transition = '550ms ease-out';
  elem.style.transform = '';
});
elem.addEventListener('transitionend', function() {
  elem.style.transition = '';
});

經由 FLIP 技巧調整過後的動畫：

See the Pen FLIP - good by Arvin (@arvin0731) on CodePen.

我一開始看到這個實作時，稍微有點困惑，覺得為什麼可以直接先加上結尾狀態的 css，而不會讓元件真正更動？

原因很簡單，就在於這些動作是在瀏覽器繪製下一個 frame 之前就做完的，在瀏覽器真正過了 16ms，要開始繪圖時，我們已經 apply 了另一個繪圖需求，也就是 transform。所以並不會看到元間跑到結束位置的狀況。

從下面這張圖應該會更好理解：

圖片來源

上排黑色箭頭代表每一次的 frame render，下排則是繪圖需求，而紅色可以想做是我們計算結尾位置的動作。可以明顯看到，在每次紅色箭頭的後面，真正開始繪圖前，都有新的繪圖需求會蓋過去，因此瀏覽器並不會渲染紅色箭頭的部分。

另外這邊要注意兩件事，第一個是 F、L、I 的時間需要掌控在 100ms 之內，根據 Paul Lewis 的 FLIP 介紹文章，使用者在做了互動後，到感知動畫的發生，這中間可以有 100ms 的空隙，我們只要能在這 100ms 中將初始與結尾位置計算完，並翻回初始點，使用者就不會感受到任何差異。

圖片來源

最後，在這個例子中，我需要利用 transitionend 這個事件，在動畫的最後把 transition 拿掉，否則下一次要計算動畫終點位置時 elem.classList.add('expanded');，就會產生 transition 效果，那不是我們要的。

結論

FLIP 技巧的概念很簡單，但實作起來的確會增加不少程式碼，但好在有不少套件可以使用，也能搭配 Web Animations API (polyfill) 來開發。比較推薦的是 David Khourshid 的 flipping.js，他在去年也有寫了一篇文章來介紹 Animating Layouts with the FLIP Technique，其中還有講到如何將 FLIP 應用在兩個獨立的元件上，寫得很棒很清楚，推薦大家直接去閱讀！

資料來源

1. Animating Layouts with the FLIP Technique
2. [javascript] requestAnimationFrame 優化動畫效率與資源
3. FLIP Your 60 FPS Animations, FLIP ’Em Good
4. FLIP Your Animations

關於作者：
@arvinh 前端攻城獅，熱愛數據分析和資訊視覺化