动画的多种实现方式与性能对比
首先我们来了解一下Web有哪些动画形式
- CSS3动画
- Transform（变形）
- Transition（过渡）
- Animation（动画）
- JS动画（操作DOM、修改CSS属性值）
- Canvas动画
- SVG动画
- 以Three.js为首的3D动画
以上各种动画形式都可以制作出一种类型的动画，那就是帧动画，帧动画的实现原理是不断切换视觉内图片内容，利用视觉滞留生理现象来实现连续播放的动画效果
应用场景
帧动画一般用来实现稍微复杂一点的动画效果，同时希望动画更细腻，设计师更自由的发挥。他可以定义到每一个时间刻度上的展现内容，我们一般用帧动画来做页面的Loading，小人物，小物体元素的简单动画。我们想象中的帧动画应该有以下几个特点：
1. 可以自由控制播放、暂停和停止
2. 可以控制播放次数，播放速度
3. 可以添加交互，在播放完成后添加事件
4. 浏览器兼容性好
GIF图
我们可以将上面制作的帧动画导出成GIF图，GIF图会连续播放，无法暂停，它往往用来实现小细节动画，成本较低、使用方便。但其缺点也是很明显的：
画质上，gif 支持颜色少(最大256色)、Alpha 透明度支持差，图像锯齿毛边比较严重；
交互上，不能直接控制播放、暂停、播放次数，灵活性差；
性能上，gif 会引起页面周期性的绘画，性能较差。
兼容性，gif几乎所有浏览器都能够兼容
CSS3动画
CSS3动画是我们今天需要重点介绍的方案，最核心的是利用CSS3中Animation动画，确切的说是使用animation-timing-function 的阶梯函数 steps(number_of_steps, direction) 来实现逐帧动画的连续播放。
###（1）连续切换动画图片地址src（不推荐）
我们将图片放到元素的背景中（background-image），通过更改 background-image 的值实现帧的切换。但是这种方式会有以下几个缺点，所以该方案不推荐。
多张图片会带来多个 HTTP 请求
每张图片首次加载会造成图片切换时的闪烁
不利于文件的管理
连续切换雪碧图位置（推荐）
我们将所有的帧动画图片合并成一张雪碧图，通过改变 background-position 的值来实现动画帧切换。分两步进行：
写法一： 将动画帧合并为雪碧图，比如下面这张帧动画雪碧图，共20帧。
写法二： 使用steps阶梯函数切换雪碧图位置
先看写法一：
<div class="sprite"></div>
.sprite {
width: 300px;
height: 300px;
background-repeat: no-repeat;
background-image: url(frame.png);
animation: frame 333ms steps(1,end) both infinite;
}
@keyframes frame {
0% {background-position: 0 0;}
5% {background-position: -300px 0;}
10% {background-position: -600px 0;}
15% {background-position: -900px 0;}
...
90% {background-position: -5400px 0;}
95% {background-position: -5700px 0;}
100% {background-position: -6000px 0;}
}
问题一：既然都详细定义关键帧了，是不是可以不用steps函数了，直接定义linear变化不就好了吗？
animation: frame 10s linear both infinite;
如果我们定义成这样，动画是不会阶梯状，一步一步执行的，而是会连续的变化背景图位置，是移动的效果，而不是切换的效果。
查看效果：https://user-gold-cdn.xitu.io/2019/3/3/16943ad82d6f8f5d?w=333&h=305&f=gif&s=446114
这里我们先来了解下animation-timing-function属性。
CSS animation-timing-function属性定义CSS动画在每一动画周期中执行的节奏。对于关键帧动画来说，timing function作用于一个关键帧周期而非整个动画周期，即从关键帧开始开始，到关键帧结束结束。
timing-function 作用于每两个关键帧之间，而不是整个动画。
接着我们来了解下steps() 函数：
steps 函数指定了一个阶跃函数，它接受两个参数。
第一个参数接受一个整数值，表示两个关键帧之间分几步完成。
第二个参数有两个值< start > or < end >。默认值为< end > 。
step-start 等同于 step(1, start)。step-end 等同于 step(1, end)。
综上我们可以知道，因为我们详细定义了一个关键帧周期，从开始到结束，每两个关键帧之间分 1 步展示完，也就是说0% ~ 5%之间变化一次，5% ~ 10%变化一次，所以我们这样写才能达到想要的效果。
再看写法二：
<div class="sprite"></div>
.sprite {
width: 300px;
height: 300px;
background-repeat: no-repeat;
background-image: url(frame.png);
animation: frame 333ms steps(20) both infinite;
}
@keyframes frame {
0% {background-position: 0 0;}//可省略
100% {background-position: -6000px 0;}
}
这里我们定义了关键帧的开始和结束，也就是定义了一个关键帧周期，但因为我们没有详细的定义每一帧的展示，所以我们要将0%~100%这个区间分成20步来阶段性展示。
也可以换成关键字的写法，还可以只定义最后一帧，因为默认第一帧就是初始位置。
连续移动雪碧图位置（移动端推荐）
跟第二种基本一致，只是切换雪碧图的位置过程换成了transform:translate3d()来实现，不过要加多一层overflow: hidden;的容器包裹，这里我们以只定义初始和结束帧为例，使用transform可以开启GPU加速，提高机器渲染效果，还能有效解决移动端帧动画抖动问题。
<div class="sprite-wp">
<div class="sprite"></div>
</div>
.sprite-wp {
width: 300px;
height: 300px;
overflow: hidden;
}
.sprite {
width: 6000px;
height: 300px;
will-change: transform;
background: url(frame.png) no-repeat center;
animation: frame 333ms steps(20) both infinite;
}
@keyframes frame {
0% {transform: translate3d(0,0,0);}
100% {transform: translate3d(-6000px,0,0);}
}
JS帧动画
通过JS来控制img的src属性切换（不推荐）
和上面CSS3帧动画里面切换元素background-image属性一样，会存在多个请求等问题，所以该方案我们不推荐，但是这是一种解决思路。
通过JS来控制Canvas图像绘制
通过Canvas制作帧动画的原理是用drawImage方法将图片绘制到Canvas上，不断擦除和重绘就能得到我们想要的效果（Vue放大镜插件就是基于这个原理）。
<canvas id="canvas" width="300" height="300"></canvas>
(function () {
var timer = null,
canvas = document.getElementById("canvas"),
context = canvas.getContext('2d'),
img = new Image(),
width = 300,
height = 300,
k = 20,
i = 0;
img.src = "frame.png";
function drawImg() {
context.clearRect(0, 0, width, height);
i++;
if (i == k) {
i = 0;
}
context.drawImage(img, i * width, 0, width, height, 0, 0, width, height);
window.requestAnimationFrame(drawImg);
}
img.onload = function () {
window.requestAnimationFrame(drawImg);
}
})();
上面是通过改变裁剪图像的X坐标位置来实现动画效果的，也可以通过改变画布上放置图像的坐标位置实现，如下：
context.drawImage(img, 0, 0, widthk, height,-iwidth,0,width*k,height);。
通过JS来控制CSS属性值变化
这种方式和前面CSS3帧动画一样，有三种方式，一种是通过JS切换元素背景图片地址background-image，一种是通过JS切换元素背景图片定位background-position，最后一种是通过JS移动元素transform:translate3d()，第一种不做介绍，因为同样会存在多个请求等问题，不推荐使用，这里实现后面两种。
切换元素背景图片位置 background-position
.sprite {
width: 300px;
height: 300px;
background: url(frame.png) no-repeat 0 0;
}
<div class="sprite" id="sprite"></div>
(function(){
var sprite = document.getElementById("sprite"),
picWidth = 300,
k = 20,
i = 0,
timer = null;
// 重置背景图片位置
sprite.style = "background-position: 0 0";
// 改变背景图位置
function changePosition(){
sprite.style = "background-position: "+(-picWidth*i)+"px 0";
i++;
if(i == k){
i = 0;
}
window.requestAnimationFrame(changePosition);
}
window.requestAnimationFrame(changePosition);
})();
移动元素背景图片位置 transform:translate3d()
.sprite-wp {
width: 300px;
height: 300px;
overflow: hidden;
}
.sprite {
width: 6000px;
height: 300px;
will-change: transform;
background: url(frame.png) no-repeat center;
}
<div class="sprite-wp">
<div class="sprite" id="sprite"></div>
</div>
(function () {
var sprite = document.getElementById("sprite"),
picWidth = 300,
k = 20,
i = 0,
timer = null;
// 重置背景图片位置
sprite.style = "transform: translate3d(0,0,0)";
// 改变背景图移动
function changePosition() {
sprite.style = "transform: translate3d(" + (-picWidth * i) + "px,0,0)";
i++;
if (i == k) {
i = 0;
}
window.requestAnimationFrame(changePosition);
}
window.requestAnimationFrame(changePosition);
})();
方案总结
总结以上几种方案，我们可以看到GIF图有一定的优点同时缺点和局限性也比较明显，所以这种方案看情况选择使用。
其他实现方案的性能如何呢，我们来比较一下，如果测试结果出现偏差，可能与测试环境变化有关。
通过分析以上数据我们可以得出以下几点：
除了css transform:translate3d() 方案，其他方案的FPS都能达到60FPS的流畅程度，但该方案的FPS也不是很低。
CPU占用率最低的方案是 css transform:translate3d() 方案。
GPU占用最低的方案是 JS Canvas 绘制方案。
CSS 方案没有脚本开销
Rendering 最少的是 css transform:translate3d() 方案。
Painting 最少的是 css transform:translate3d() 方案。
各方案内存占用区别不大。
结论
我们看到，在7个指标中，css transform:translate3d() 方案将其中的4个指标做到了最低，从这点看，我们完全有理由选择这种方案来实现CSS帧动画。
至于其他方案的绝对比较暂时没法给出结论，看具体情况来选择，也看开发者对哪个性能指标的追求。
延伸来看我们的Web动画，每种形式的动画都有其各自的有点，比如大量的粒子效果用Canvas绘制方案肯定要比DOM+CSS实现要好的，大量的CSS属性值变换，使用 transform 实现性能是要更好的。
注意事项
1.素材：动画图片宽高最好是偶数，总帧数最好是偶数，图片拼接处最好有一定的留白。
2.适配：移动端适配最好不用rem，因为rem的计算会造成小数四舍五入，造成一定的抖动效果，建议直接用px作为单位，同时辅助以scale（zoom）媒体查询进行适配。如果使用rem适配，试试使用transform的方案，抖动问题可以得到优化解决。
对于帧与帧之间的盈亏互补现象导致动画抖动，想要了解更多，可以阅读《CSS技巧：逐帧动画抖动解决方案》。
tips：使用 will-change 可以在元素属性真正发生变化之前提前做好对应准备。
总结
本文我们主要梳理了目前实现帧动画的几种方案，同时对各种方案进行效果实现，优劣讨论，性能对比，同时简单介绍了帧动画实现过程的注意事项，最后我们得出结论，css transform:translate3d() 方案在实现和性能上都明显优于其他方案。