CSS Houdini 號(hào)稱 CSS 領(lǐng)域最令人振奮的革新。CSS 本身長(zhǎng)期欠缺語(yǔ)法特性，可拓展性幾乎為零，并且新特性的支持效率太低，兼容性差。而 Houdini 直接將 CSS 的 API 暴露給開發(fā)者，以往完全黑盒的瀏覽器解析流開始對(duì)外開放，開發(fā)者可以自定義屬于自己的 CSS 屬性。

背景

我們知道，瀏覽器在渲染頁(yè)面時(shí)，首先會(huì)解析頁(yè)面的 HTML 和 CSS，生成渲染樹（rendering tree），再經(jīng)由布局（layout）和繪制（painting），呈現(xiàn)出整個(gè)頁(yè)面內(nèi)容。在 Houdini 出現(xiàn)之前，這個(gè)流程上我們能操作的空間少之甚少，尤其是 layout 和 painting 環(huán)節(jié)，可以說是完全封閉，極大地限制了 CSS 的靈活性。社區(qū)中 sass、less、stylus 等 CSS 預(yù)處理技術(shù)的出現(xiàn)大多都源于這個(gè)原因，它們都希望通過預(yù)編譯，突破 CSS 的局限性，讓 CSS 擁有更強(qiáng)大的組織和編寫能力。所以慢慢地，我們都不再手寫 CSS，更方便、更靈活的 CSS 擴(kuò)展語(yǔ)言成了 web 開發(fā)的主角?？吹竭@樣的情況，CSS Houdini 終于坐不住了。

什么是 CSS Houdini？

CSS Houdini 對(duì)外開放了瀏覽器解析流程的一系列 API，這些 API 允許開發(fā)者介入瀏覽器的 CSS engine 運(yùn)作，帶來了更多的 CSS 解決方案。

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CSS Houdini 主要提供了以下幾個(gè) API：

CSS Properties and Values API

允許在 CSS 中定義變量和使用變量，是目前兼容性最好的一個(gè) API；

Layout API

允許開發(fā)者編寫自己的 Layout Module，自定義諸如 display 這類的布局屬性；

Painting API

允許開發(fā)者編寫自己的 Paint Module，自定義諸如 background-image 這類的繪制屬性。

基礎(chǔ)：三步用上 Painting API

1、HTML 中通過 Worklets 載入樣式的自定義代碼：

<div class="rect"></div>
<script>
  if ("paintWorklet" in CSS) {
    CSS.paintWorklet.addModule("paintworklet.js");
  }
</script>

Worklets 也是 Houdini 提供的 API 之一，負(fù)責(zé)加載和執(zhí)行樣式的自定義 JS 代碼。它類似于 Web Worker，是一個(gè)運(yùn)行于主代碼之外的獨(dú)立工作進(jìn)程，但比 Worker 更為輕量，負(fù)責(zé) CSS 渲染任務(wù)最為合適。

2、新建一個(gè) paintworklet.js，利用 registerPaint 方法注冊(cè)一個(gè) paint 類 rect，定義 paint 屬性的繪制邏輯：

registerPaint(
  "rect",
  class {
    static get inputProperties() {
      return ["--rect-color"];
    }
    paint(ctx, geom, properties) {
      const color = properties.get("--rect-color")[0];
      ctx.fillStyle = color;
      ctx.fillRect(0, 0, geom.width, geom.height);
    }
  }
);

上邊定義了一個(gè)名為 rect 的 paint 屬性類，當(dāng) rect 被使用時(shí)，會(huì)實(shí)例化 rect 并自動(dòng)觸發(fā) paint 方法執(zhí)行渲染。paint 方法中，我們獲取節(jié)點(diǎn) CSS 定義的 --rect-color 變量，并將元素的背景填充為指定顏色。ctx 參數(shù)是一個(gè) Canvas 的 Context 對(duì)象，因此 paint 的邏輯跟 Canvas 的繪制方式一樣。

3、CSS 中使用的時(shí)候，只需要調(diào)用 paint 方法：

.rect {
  width: 100vw;
  height: 100vh;
  background-image: paint(rect);
  --rect-color: rgb(255, 64, 129);
}

這是一個(gè)自定義 CSS 背景色屬性的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)，看得出利用 CSS Houdini，我們可以像操作 canvas 一樣靈活自如地實(shí)現(xiàn)我們想要的樣式功能。

進(jìn)階：實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)波紋

根據(jù)上述步驟，我們演示一下如何用 CSS Painting API 實(shí)現(xiàn)一個(gè)動(dòng)態(tài)波浪的效果：

<!-- index.html -->
<div id="wave"></div>

<style>
  #wave {
    width: 20%;
    height: 70vh;
    margin: 10vh auto;
    background-color: #ff3e81;
    background-image: paint(wave);
  }
</style>

<script>
  if ("paintWorklet" in CSS) {
    CSS.paintWorklet.addModule("paintworklet.js");

    const wave = document.querySelector("#wave");
    let tick = 0;  
    requestAnimationFrame(function raf(now) {
      tick += 1;
      wave.style.cssText = `--animation-tick: ${tick};`;
      requestAnimationFrame(raf);
    });
  }
</script>

// paintworklet.js
registerPaint('wave', class {
  static get inputProperties() {
    return ['--animation-tick'];
  }
  paint(ctx, geom, properties) {
    let tick = Number(properties.get('--animation-tick'));
    const {
      width,
      height
    } = geom;
    const initY = height * 0.4;
    tick = tick * 2;

    ctx.beginPath();
    ctx.moveTo(0, initY + Math.sin(tick / 20) * 10);
    for (let i = 1; i <= width; i++) {
      ctx.lineTo(i, initY + Math.sin((i + tick) / 20) * 10);
    }
    ctx.lineTo(width, height);
    ctx.lineTo(0, height);
    ctx.lineTo(0, initY + Math.sin(tick / 20) * 10);
    ctx.closePath();

    ctx.fillStyle = 'rgba(255, 255, 255, 0.5)';
    ctx.fill();
  }
})

paintworklet 中，利用 sin 函數(shù)繪制波浪線，由于 AnimationWorklets 尚處于實(shí)驗(yàn)階段，開放較少，這里我們?cè)?worklet 外部用 requestAnimationFrame API 來做動(dòng)畫驅(qū)動(dòng)，讓波浪紋動(dòng)起來。完成后能看到下邊這樣的效果。

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然而事實(shí)上這個(gè)效果略顯僵硬，sin 函數(shù)太過于規(guī)則了，現(xiàn)實(shí)中的波浪應(yīng)該是不規(guī)則波動(dòng)的，這種不規(guī)則主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：

1）波紋高度（Y）隨位置（X）變化而不規(guī)則變化

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把圖按照 x-y 正交分解之后，我們希望的不規(guī)則，可以認(rèn)為是固定某一時(shí)刻，隨著 x 軸變化，波紋高度 y 呈現(xiàn)不規(guī)則變化；

2）固定某點(diǎn)（X 固定），波紋高度（Y）隨時(shí)間推進(jìn)而不規(guī)則變化

動(dòng)態(tài)過程需要考慮時(shí)間維度，我們希望的不規(guī)則，還需要體現(xiàn)在時(shí)間的影響中，比如風(fēng)吹過的前一秒和后一秒，同一個(gè)位置的波浪高度肯定是不規(guī)則變化的。

提到不規(guī)則，有朋友可能想到了用 Math.random 方法，然而這里的不規(guī)則并不適合用隨機(jī)數(shù)來實(shí)現(xiàn)，因?yàn)榍昂髢纱稳〉碾S機(jī)數(shù)是不連續(xù)的，而前后兩個(gè)點(diǎn)的波浪是連續(xù)的。這個(gè)不難理解，你見過長(zhǎng)成鋸齒狀的波浪嗎？又或者你見過上一刻 10 米高、下一刻就掉到 2 米的波浪嗎？

為了實(shí)現(xiàn)這種連續(xù)不規(guī)則的特征，我們棄用 sin 函數(shù)，引入了一個(gè)包 simplex-noise。由于影響波高的有兩個(gè)維度，位置 X 和時(shí)間 T，這里需要用到 noise2D 方法，它提前在一個(gè)三維的空間中，構(gòu)建了一個(gè)連續(xù)的不規(guī)則曲面：

// paintworklet.js
import SimplexNoise from 'simplex-noise';
const sim = new SimplexNoise(() => 1);

registerPaint('wave', class {
  static get inputProperties() {
    return ['--animation-tick'];
  }

  paint(ctx, geom, properties) {
    const tick = Number(properties.get('--animation-tick'));

    this.drawWave(ctx, geom, 'rgba(255, 255, 255, 0.4)', 0.004, tick, 15, 0.4);
    this.drawWave(ctx, geom, 'rgba(255, 255, 255, 0.5)', 0.006, tick, 12, 0.4);
  }
  
  /**
   * 繪制波紋
   */
  drawWave(ctx, geom, fillColor, ratio, tick, amp, ih) {
    const {
      width,
      height
    } = geom;
    const initY = height * ih;
    const speedT = tick * ratio;

    ctx.beginPath();
    for (let x = 0, speedX = 0; x <= width; x++) {
      speedX += ratio * 1;
      var y = initY + sim.noise2D(speedX, speedT) * amp;
      ctx[x === 0 ? 'moveTo' : 'lineTo'](x, y);
    }
    ctx.lineTo(width, height);
    ctx.lineTo(0, height);
    ctx.lineTo(0, initY + sim.noise2D(0, speedT) * amp);
    ctx.closePath();

    ctx.fillStyle = fillColor;
    ctx.fill();
  }
})

修改峰值和偏置項(xiàng)等參數(shù)，可以再畫多一個(gè)不一樣的波浪紋，效果如下，完工！

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參考文章

CSS 魔術(shù)師 Houdini API 介紹