跨平台 Canvas 绘图引擎背后的黑科技

在 2018 年初的时候，因为要组建可视化团队，接手公司内部的一些可视化项目，做了一些技术调研。

之前的一些可视化项目或者一些内部系统中的可视化功能，奇舞团主要是使用 d3.js 或 echarts 实现的。d3.js 由于使用上比较灵活，因此也应用的比 echarts 更广。

但是 d3 有一个缺点，就是虽然它主要的功能是处理基于数据的文档，其实对如何具体展示并没有特别限定，但是它的官方例子多半是使用 SVG 和 DOM 实现的，而考虑性能和跨平台性，我们的项目使用 Canvas 渲染要优于使用 SVG 和 DOM。

但是因为 Canvas 的 API 和 DOM/SVG 差别较大，因此要把例子移植为 Canvas 渲染，改动比较大，这样不利于开发人员快速学习和使用 D3 完成项目。

因此最初我们只是想实现一个很简单的库，封装 Canvas，让它对外暴露和 DOM/SVG 较一直的 API，这也就是实现 SpriteJS 这个库的初衷。

SpriteJS+d3 实现的地图效果及代码

在后来，随着库的设计不断深入和我们对可视化探索的不断深入，SpriteJS 逐渐完善成为一个独立的用于可视化底层的渲染库。与其他同类库相比，SpriteJS 主要有以下几个优势：

• 与 DOM 高度一致的盒模型以及 API，使得它与 d3.js 和其他适合操作 DOM 的库非常友好

• 支持属性继承，font、lineHeight、color 等许多属性为可继承属性，适合实现可视化的 UI 组件化

• 支持 CSS，可无缝对接文档中的样式，使用样式来控制 SpriteJS 的节点元素

• 支持标准 Flex 布局，也支持扩展其他类型的布局

• 支持 Web Animation API，也支持 CSS3 Animation 和 Transition

• 支持文字的排版，支持 line-break、word-break 等相关属性

• 支持外部时钟，可以很好地和其他 Canvas 库无缝集成

• 支持 React、PReact、Vue 等现代前端框架

• 跨平台，支持 Node.js 服务端渲染、支持微信小程序

SpriteJS 有与 DOM 高度一致的模型，它的对象以树状结构组织：

SpriteJS 的默认元素类型有 6 种，分别是 Scene、Layer、Group、Sprite、Label 和 Path。

其中 Sprite、Label 和 Path 分别是可带图片纹理的元素、可带文字的元素和可带 SVG Path 的矢量元素，Group 是容器，Layer 可以分层渲染，Scene 是根元素。

我们也可以使用 React 框架：

jsximport React from 'react';import ReactDOM from 'react-dom';import {Scene} from 'sprite-react';
class Block extends React.Component {  constructor(props) {    super(props);    this.state = {color: 'green'};  }
  handleClick() {    this.setState({      color: 'blue',    });  }
  render() {    return (      <sprite pos={[100, 100]} bgcolor={this.state.color} size={[50, 50]} onClick={this.handleClick.bind(this)}></sprite>    );  }}
ReactDOM.render(  <Scene>    <layer id="fglayer" handleEvent={true}>      <group>        <sprite pos={[200, 100]} size={[50, 50]} bgcolor="red" onClick={function () { this.attr('bgcolor', 'blue') } }></sprite>        <Block/>      </group>    </layer>  </Scene>,  document.getElementById('app'));

或者使用 Vue：

html<template>  <scene id="container" :viewport="[300, 300]">    <layer>      <sprite        :textures="imgUrl"        bgcolor="#fff"        :pos="[0,0]"        :size="[400, 400]"        borderRadius="200"      />    </layer>  </scene></template>
<script>export default {  data() {    return {    imgUrl: 'https://s5.ssl.qhres.com/static/ec9f373a383d7664.svg'    }  }}</script>

我们还可以使用文档中的 CSS 来控制 SpriteJS 元素的样式：

html<script src="https://unpkg.com/spritejs/dist/spritejs.min.js"></script><div id="container"></div><style>  sprite.myclass {    background-color: red;    --sprite-x: 0;    --sprite-y: 0;    width: 400px;    height: 400px;    border-radius: 200px;  }</style><script>    const imgUrl = 'https://s5.ssl.qhres.com/static/ec9f373a383d7664.svg'    const {Scene, Sprite} = spritejs;    const paper = new Scene('#container', {      viewport: [400, 400],      useDocumentCSS: true,    })
    const sprite = new Sprite(imgUrl)    sprite.className = 'myclass';    paper.layer().appendChild(sprite)</script>

这些特性使得我们能够使用 DOM 的方式来构建我们的图表和 UI 组件库，实际上我们也正是使用 SpriteJS 的这一系列特性来实现类似于 element-ui 这样的 UI 设计系统的。

基于 SpriteJS 的图表库

那么如何实现上面这些特性，尤其是高性能地实现这些特性呢？

SpriteJS 对上述特性的具体实现比较复杂，有兴趣的同学可以自己去浏览 GitHub 仓库的源代码，在这里将简化的流程试解释一二。

一、渲染时机

SpriteJS 的更新机制与传统的 Canvas 框架不同，不是固定时间刷新的，而是采用类似 DOM 的方式在属性更新的时候才刷新：

SpriteJS 有属性比较机制，当属性变化的时候，标记更新并通知 Layer，这时候 Layer 会启动一个 Promise 任务等待下一帧并更新画布。

如果涉及到 Label 或带有 Layout 的 Group，还有可能会触发 retypesetting 和 relayout 操作，如果使用文档中的 CSS，涉及到的属性恰好包含在 CSS 规则中，那么还可能会触发更复杂的 updateStyles 操作。

总之，SpriteJS 有一套判断机制，控制 Canvas 更新的时机，并确保 retypesetting、relayout、updateStyles 等耗性能的操作尽可能减少，以保证渲染性能。

文字排版

Flex 布局

二、缓存和批次

为了提升性能，SpriteJS 支持自定义缓存策略和批次渲染。

如果渲染对象的形态可枚举，我们可以采用自定义的缓存策略，利用少量的缓存对象来大大提升性能：

缓存策略

或者通过批次渲染的方式，使用起来更加方便：

批次渲染

三、SVG 和过渡动画

SpriteJS 对 SVG-Path 的支持非常的好，不仅能支持 Path 的绘制，还能支持过渡动画：

SpriteJS 支持 Web Animation API，因此可以用标准的 Web Animation 动画，也可以用 CSS3 的 keyframe 动画：

html<style>@keyframes myfirst{  0%   {background: red;}  25%  {background: yellow;}  50%  {background: blue;}  100% {background: green;}}group.list > label:nth-child(2n+1) {  color: #f37;  --sprite-scale: 1.5,1.5;  animation: myfirst 2s;}</style>

四、选择器和 CSS

在对 CSS 的支持方面，SpriteJS 支持几乎所有的 CSS3 选择器，包括元素选择器、类选择器、属性选择器和伪类选择器。而且在文档里可以将 DOM 和 SpriteJS 的选择器混合使用，就像是使用原生的 DOM 一样操作 SpriteJS 的元素。

用 CSS 定义样式

SpriteJS 支持大部分 DOM 的 CSS 属性，对于一部分 SpriteJS 独有的属性，可以使用–sprite-属性名的方式设置。

五、外部时钟

SpriteJS 支持外部时钟，因此可以很好地和第三方库联合使用：

SpriteJS 与 CurveJS 一同使用

SpriteJS 与粒子系统

六、跨平台

SpriteJS 依赖于独立 Canvas 环境而不依赖于 DOM，因此它有很好的跨平台属性，可以在 Node.js 中通过 node-canvas 渲染使用，也可以支持微信小程序。

SpriteJS 与微信小程序

目前 SpriteJS 主要用于 360 可视化项目中，作为底层渲染库使用，在未来会进一步提升它的跨平台能力，以及渲染性能，还会集成 WebGL 增加 3D 渲染的能力。

除了上面介绍的这些之外，SpriteJS 还有许多有用的能力，比如屏幕适配、资源预加载、css 雪碧图、.9 背景图片等等，具体可以参考官方文档。如果有做可视化项目的小伙伴，可以试试这个库，相信你们会有惊喜的~

• GitHub 仓库地址：

• https://github.com/spritejs/spritejs
  

• （点击阅读原文直达）

• 官网：http://spritejs.org
  

作者介绍：

月影（十年踪迹），360 前端技术委员会委员。奇舞团技术总监，JavaScript 程序猿，目前重点关注前端框架和新技术应用。

本文转载自公众号携程技术（ID：ctriptech）。

原文链接：

https://mp.weixin.qq.com/s/8J-uDw0qwDbj21UkQch2KA