有操作都應是“非阻塞”的，以確保能隨時響應用戶的輸入。導致主線程阻塞的常見“元兇”主要涵蓋五個方面：主線程被“長時間”的同步計算所“阻塞”、單次渲染的界面節點過多或過于復雜、內存中存在“未釋放”的巨大對象或“內存泄漏”、響應了“高頻率”觸發的事件而未做“節流”或“防抖”、以及后臺的“網絡請求”或“數據處理”邏輯設計不當。
其中，主線程被長時間的同步計算所阻塞，是問題的根源。絕大多數圖形用戶界面系統，都運行在一個“單線程”模型上，這個唯一的線程，既要負責繪制界面，又要負責響應用戶的點擊、滾動等操作。如果開發者，在這個線程上，啟動了一項耗時巨大的計算（例如，處理一個巨大的數據數組），那么，這個線程，就會被完全地、毫無保留地，被這個計算任務所“霸占”，直到它完成為止。在此期間，所有新的用戶操作，都會被“無視”，界面因此“凍結”，從而給用戶帶來“卡死”的直觀感受。
一、問題的“本質”、單線程的“宿命”
要深刻理解“界面卡頓”的根源，我們必須首先，理解現代圖形用戶界面，其內在的、底層的“工作模型”。這個模型，可以被概括為“單線程 + 事件循環”。
1. 圖形用戶界面的“單線程”模型
在幾乎所有我們日常接觸的圖形用戶界面框架中——無論是網頁瀏覽器、安卓、蘋果的操作系統，還是各種桌面應用框架——所有與“界面”相關的操作，包括繪制界面元素、響應用戶的鼠標點擊和鍵盤輸入、執行動畫等，都被嚴格地，限定在了一個唯一的、專用的“主線程”上執行。
之所以采用這種“單線程”的設計，主要是為了簡化狀態管理，避免復雜的并發問題。如果允許多個線程，在同一時刻，隨意地，去修改同一個界面元素（例如，線程A想把它變紅，線程B想把它變綠），那么，整個界面的狀態，將很快地，陷入一種不可預測的、混亂的“競態條件”之中。
2. 事件循環的工作原理
這個唯一的“主線程”，其內部，運轉著一個永不停止的“事件循環”。我們可以將其，理解為一個極其勤勉的“調度中心”，它在周而復始地，執行著一個簡單的循環：
檢查“任務隊列”：去一個名為“任務隊列”的“信箱”里，看看是否有新的“任務”到達。這些“任務”，可以是“用戶剛剛點擊了一下按鈕”、“一個網絡數據包已經下載完成”、“一個定時器的時間到了”等等。
取出一個任務并執行：如果隊列中有任務，就取出最老的一個，并完整地、從頭到尾地，執行與這個任務相關的所有代碼。
進行界面“渲染”：在該任務執行完畢后，檢查，是否有任何代碼，請求了對界面的修改。如果有，就進行一次統一的、重繪屏幕的操作。
返回第一步，繼續檢查任務隊列。
3. “阻塞”的科學定義
界面的“卡頓”或“失去響應”，在技術層面上，其唯一的、直接的原因，就是上述“事件循環”的第二步——“取出一個任務并執行”——其耗費的時間，過長了。
根據谷歌等行業領導者提出的RAIL性能模型，如果一個任務的執行時間，超過了100毫秒，人類用戶，就能明確地，感受到“延遲”。如果，這個時間，超過了500毫秒甚至1秒，那么，用戶，就會主觀地，判定這個程序已經“卡死”了。因為，在這個耗時的任務，執行完畢之前，整個“事件循環”，都被“阻塞”在了第二步。它既沒有機會，去處理任何新的、后續的用戶輸入（如你的第二次點擊），也沒有機會，去執行任何屏幕的重繪。
二、元兇一、主線程的“同步”計算過載
這是導致主線程阻塞的、最直接、也最常見的“罪魁禍首”。
1. 場景一：復雜的數據處理
問題描述：開發者，從一個接口，獲取到了一個包含了數萬條記錄的、巨大的數據數組。然后，在一個響應用戶點擊的回調函數中，直接地，對這個數組，進行了一次復雜的、多重嵌套的“循環、過濾、排序、轉換”的同步操作。
后果：這個數據處理的循環，可能會持續執行數百毫秒甚至數秒。在此期間，主線程被完全“凍結”，界面對用戶的任何后續操作，都“毫無反應”。
2. 場景二：耗時的算法
問題描述：在主線程上，直接地，執行一些計算密集型的算法，例如，復雜的路徑規劃、圖像的濾鏡處理、數據的加密或解密等。
【解決方案】：將所有“耗時計算”，都從“主線程”，轉移到“后臺線程”。
Web Worker：在網頁開發中，Web Worker技術，允許我們，創建一個或多個，完全獨立于主線程的“后臺線程”。我們可以將那些計算密集型的、與界面無直接關系的數據處理任務，都“派發”給這些后臺線程去完成。后臺線程，在計算完畢后，再通過一個異步的消息，將最終的“結果”，安全地，返回給主線程。主線程，則只負責，接收這個“結果”，并用它來更新界面。
異步化拆分：對于一些無法，或不方便，被完全轉移到后臺線程的任務，我們可以采用一種“化整為零”的策略。即將一個“大的”同步任務，人為地，拆分為多個“小的”任務塊，并利用setTimeout(..., 0)這樣的技巧，將每一個小任務塊，都作為一個新的、獨立的“宏任務”，重新調度到“任務隊列”的末尾。這使得，在每兩個小任務塊的執行間隙，主線程，都有機會“喘息”，去處理其他的用戶輸入和界面渲染。
三、元兇二、渲染的“性能”瓶頸
有時，卡頓，并非源于“計算”，而是源于“繪制”本身。
一次性渲染“過多”的元素：當一個需求，要求，在一個頁面上，同時，渲染一個包含數千行、數十列的巨大表格時，瀏覽器，需要，在短時間內，創建數萬個獨立的界面元素節點，并為它們，逐一地，計算樣式和布局。這個過程，本身，就可能耗時數秒，導致界面“白屏”或“卡頓”。
頻繁且無效的“重繪”與“回流”：在網頁中，界面的渲染，分為“回流”（計算元素的位置和幾何形狀）和“重繪**（填充元素的像素顏色和樣式）兩個階段。“回流”的成本，遠高于“重繪”。如果我們的代碼，在一次操作中，反復地，去修改那些會“影響布局”的屬性（例如，一個元素的寬度、高度、或邊距），那么，就會，觸發多次的、昂貴的、全局性的“回流”，導致嚴重的性能問題。
【解決方案】：
虛擬化/窗口化：對于需要展示海量數據的長列表或表格，我們不應，一次性地，將所有數據，都渲染出來。而應采用“虛擬化”技術，即，只渲染那些，當前，在用戶的“可視窗口”內，所能看到的、少數的幾十個元素。當用戶滾動時，再動態地，計算和渲染新的可見元素。
請求動畫幀：對于需要，實現流暢動畫的場景，應使用requestAnimationFrame，來將我們的動畫邏輯，與瀏覽器的“刷新頻率”，進行同步，以獲得最佳的性能。
優化樣式操作：盡量避免，在JavaScript中，頻繁地，讀寫會觸發“回流”的樣式屬性。
四、元兇三、高頻事件的“處理風暴”
“瘋狂”的事件觸發：在界面中，存在一些“高頻”事件，例如，scroll（滾動）、mousemove（鼠標移動）、resize（窗口大小調整）。這些事件，可以在短短一秒鐘內，被觸發數十次甚至上百次。
問題的根源：如果，我們為這些“高頻”事件，綁定了一個處理邏輯相對復雜的“事件回調函數”，那么，這個回調函數，就會被“瘋狂地”，在一秒鐘內，執行數十上百次。這會迅速地，將“任務隊列”，填滿，并耗盡中央處理器的計算能力，導致界面，在滾動或拖拽時，出現明顯的“掉幀”和“卡頓”。
【解決方案】：為高頻事件的回調函數，配備“減速器”。
函數防抖：其策略是，“稍等一下，等你不動了，我再處理”。它會強制一個函數，在某個連續的操作結束后（例如，用戶停止了輸入），只被執行一次。這非常適用于，像“搜索框的輸入聯想”這樣的場景。
函數節流：其策略是，“別太快，按我的節奏來”。它會確保一個函數，在一定的時間間隔內（例如，每200毫-秒），最多只被執行一次。這非常適用于，像“頁面滾動”或“窗口縮放”的事件處理。
五、元兇四、內存的“隱形”殺手
最后，一個常常被忽略的、導致界面“間歇性”或“越來越”卡的“隱形殺手”，是不健康的內存使用。
內存泄漏：如我們在前文《為什么有些對象在沒有引用后，內存仍無法被回收》中所述，如果程序中，存在“內存泄漏”，那么，隨著用戶使用時長的增加，應用所占用的內存，就會只增不減。
與卡頓的關系：當內存占用，達到一個較高的水平時，垃圾回收器，就會被更頻繁地觸發，并且，每一次執行“垃圾回收”所需的時間，也會更長。這些垃圾回收的暫停，都是在“主線程”上，進行的“阻塞性”操作。這，正是導致許多應用，“用久了，就越來越卡”的根本原因。
【解決方案】：
利用內存分析器：使用像Chrome瀏覽器開發者工具中的“性能”和“內存”面板，來主動地，分析應用的內存使用情況，定位并修復內存泄漏。
養成良好的資源管理習慣：例如，在組件被銷毀時，及時地，注銷所有相關的事件監聽器和定時器。
六、在流程與規范中“防范”
性能作為“一等公民”：在進行需求分析和評審時，就應將“性能”，作為一個重要的非功能性需求，來進行明確的定義和討論。
代碼審查：在進行代碼審查時，應將“是否存在可能阻塞主線程的同步計算”、“高頻事件的處理是否已做節流/防抖”等，作為重要的檢查項。
性能預算：團隊，可以共同制定一個“性能預算”，例如，“我們的任何一個用戶交互，其主線程的響應時間，都不得超過100毫秒”。這個“預算”，可以通過自動化的性能測試工具，在持續集成的流程中，進行監控。
在項目計劃中體現：對于任何一個新功能的開發，都應在項目計劃中，明確地，包含一個用于“性能分析與測試”的任務，以確保，它，不會在緊張的開發節奏中，被遺忘。
常見問答 (FAQ)
Q1: 什么是“主線程”？為什么它這么容易被阻塞？
A1: “主線程”，在圖形用戶界面程序中，是那個唯一的、負責處理所有用戶交互（如點擊、滾動）和執行所有界面更新（如重繪）的線程。正因為它是“唯一”的，所以，任何一個耗時的任務，只要在這個線程上執行，都會“獨占”它，導致它，無法再去處理任何其他的事情，從而，引發界面的“凍結”。
Q2: “函數防抖”和“函數節流”有什么區別？
A2: 兩者都是用于，降低高頻事件回調執行頻率的技術，但策略不同。“防抖”，是在一個連續動作的“結束”時，只執行一次。而“節流”，則是在一個連續動作的“過程”中，以一個固定的頻率（例如，每200毫秒一次），反復地執行。
Q3: 我應該如何使用瀏覽器開發者工具來診斷界面卡頓問題？
A3: 使用“性能”面板。點擊“錄制”按鈕，然后，在你的界面上，復現那個卡頓的操作。錄制結束后，面板，會為你生成一份詳細的“火焰圖”。在這張圖中，那些“頂部平坦”的、耗時很長的、帶有“紅色三角”標記的“長任務”，就是導致你的界面卡頓的“罪魁禍首”。
Q4: 后端程序也會有類似“界面卡頓”的問題嗎？
A4: 后端程序，雖然沒有“界面”，但同樣存在“線程阻塞”的問題。例如，在一個多線程的Web服務器中，如果所有的“工作線程”，都因為一個慢查詢或一個死鎖，而被“阻塞”住了，那么，這個服務器，就將無法再響應任何新的用戶請求，從用戶的角度看，網站，就“卡死”了。其底層的“任務隊列被耗盡”的原理，是相通的。
