RequestAnimationFrame

mochang2·2023년 12월 10일
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JS

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CSS로도 화려한 애니메이션(animation, transition, transform)은 충분히 구현할 수 있다.
하지만 사용자의 특정 인터렉션, 예를 들면 어떤 element를 클릭한다든지, scroll 이벤트가 발생한다든지에 따라 애니메이션을 실행하고 싶다면 JS를 이용해야만 한다.
다만 JS만으로 스타일을 변화시키는 것은 CSS만 이용하는 것보다 성능이 좋지 않다.
requestAnimationFrame은 이러한 상황에서 사용 가능한 최적화 기법이다.

사용법

const callback = (timestamp: DOMHighResTimeStamp) => {
  // 인자 참고: https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/API/DOMHighResTimeStamp
  // do something
};

window.requestAnimationFrame(callback);
// callback: 다음 repaint를 위한 애니메이션을 업데이트할 때 호출할 함수

주사율

모니터에는 fps(frame per second)라는 단위가 있다.
1초당 모니터의 출력 빈도 즉, 몇 프레임을 보여주는지에 대한 내용이다.
보통 사람은 1초에 60번 출력해야 즉, 60fps(또는 60hz)에 맞게 렌더링해야 장면이 부드럽게 넘어간다고 느낀다.

JS로 자연스러운 애니메이션을 구현하기 위해 초당 60개의 프레임을 렌더링해야 한다는 말은 대략 16.6ms마다 함수를 호출해야 한다는 것이다.

timer API를 이용한 애니메이션 구현

const naturalFps = 1000 / 60;

const animate = () => {
  // height 등을 변경함
};

setInterval(animate, naturalFps);

// 또는

const animate2 = () => {
  // height 등을 변경함

  setTimeout(animate2, naturalFps);
};

setTImeout(animate2, naturalFps);

timer API, 그 중에서 특히 setTimeout의 가장 큰 문제는 16.6ms마다 실행이 보장되지 않는다는 것이다.
JS에서 timer API는 비동기로 동작하기 때문에 콜스택이 비어져 있을 때만 실행된다.
만약 naturalFps(16.6ms) 만큼의 시간이 지난 뒤 animate2를 실행하고 싶었지만 메인 스레드가 다른 업무를 하느라 콜스택이 비어져 있지 않다면 animate2의 실행은 그만큼 뒤로 밀리고, 이후의 setTimeout에 대한 호출도 그 밀린 시간 만큼 뒤늦게 실행된다.
이는 프레임 드랍을 야기한다.
setInterval는 위와 같은 이유로 콜백의 실행 시간이 밀리면 내부적으로 다음 호출에 대해 조정하는 로직이 포함되어 있다.
하지만 여전히 프레임 드랍을 보장하지는 못한다.
아래 사진과 같은 상황이 발생할 수 있기 때문이다.

JS에 의해 reflow가 일어나는데, 그러면 프레임이 생성되지 못하고 누락된다.

requestAnimationFrame을 이용한 애니메이션 구현

requestAnimationFrame 함수는 시스템이 프레임을 그릴 준비가 되면 애니메이션 프레임을 호출하여 웹 페이지를 보다 원활하고 효율적으로 생성할 수 있도록 해준다.
실제 화면이 갱신되어 표시되는 주기에 따라 함수를 호출하기 때문에 JS가 프레임 시작할 때 실행되도록 보장해 timer API에서 발생할 수 있는 프레임 드랍을 방지한다.

<h2>setInterval vs rAF 애니메이션 부드러움 차이</h2>
<div class="ex interval"></div>
<span>setInterval</span>

<hr />

<div class="ex request"></div>
<span>requestAnimationFrame</span>

<br />
<button class="btn-start" onClick="onClick()">테스트 시작</button>
body {
  background: #333;
  color: #ccc;
}

.ex {
  height: 20px;
  width: 10px;
  background: #fcdba1;
}
const intervalEl = document.querySelector('.interval');
const requestEl = document.querySelector('.request');

let intervalWidth = 10;
let requestWidth = 10;

function requestRender() {
  requestEl.style.width = `${requestWidth}px`;
  requestWidth += 10;
  const id = requestAnimationFrame(requestRender);
  if (requestWidth > window.innerWidth) cancelAnimationFrame(id);
}

function intervalRender() {
  const id = setInterval(() => {
    intervalEl.style.width = `${intervalWidth}px`;
    intervalWidth += 10;

    if (intervalWidth > window.innerWidth) clearInterval(id);
  }, 1000 / 60);
}

function onClick() {
  intervalWidth = 10;
  requestWidth = 10;

  requestRender();
  intervalRender();
}

위 코드를 실행시켜보면 setInterval로 실행한 bar는 width 변화가 끊기는 것이 눈에 보이지만 requestAnimationFrame으로 실행한 bar는 width 변화가 끊기는 것이 눈에 띄지 않는다.

requestAnimationFrame 장점

timer API와 비교할 때 최적화 관점에서 크게 3가지 장점이 있다.

  1. 백그라운드 동작 중지

timer API와 다르게, 페이지가 비활성화 상태일 때(브라우저의 다른 탭을 보거나 브라우저가 최소화되어 있을 때) requestAnimationFrame에 의한 화면 그리기 작업도 일시 중지되면서 CPU 리소스를 낭비하지 않는다.

  1. 디스플레이 주사율에 맞게 호출 횟수 조정

60hz 주사율 모니터일 경우 16.6ms마다 모니터에 렌더링하는 게 자연스럽다.
하지만 만약 모니터의 주사율이 144hz라면 16.6ms는 적합한 시간이 아니다.
timer API는 콜백 함수 호출 간격을 모니터 주사율에 따라 동적으로 변화시킬 수 없지만, requestAnimationFrame은 모니터의 주사율을 그대로 따른다.

  1. 별도의 큐에서 처리
  • Task queue: 이벤트 콜백 함수, timer API 콜백 함수 담당
  • Micro task queue: Promise 객체, Mutation Observer 객체 담당(가장 우선순위가 높음)
  • Animation frames: 브라우저 렌더링 엔진이 다음 프레임을 그리기 전에 실행해아 하는 콜백 담당

requestAnimationFrame은 별도의 큐(Animation frames)에서 처리되기 때문에 실행이 뒤처지는 등의 현상이 감소할 수 있다.
단, 항상은 아니고 CPU나 GPU 사용량에 따라 콜백 함수 실행이 뒤로 밀릴 수는 있다.

참고

https://inpa.tistory.com/entry/%F0%9F%8C%90-requestAnimationFrame-%EA%B0%80%EC%9D%B4%EB%93%9C

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개인 깃헙 repo(https://github.com/mochang2/development-diary)에서 이전함.

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