浏览器渲染原理

1. 浏览器渲染基本步骤

浏览器主要有以下步骤:

  • 浏览器通过HTTP协议向服务端请求页面数据
  • 将请求回来的HTML文件解析成DOM树
  • 将请求回来的CSS文件解析成CSSOM树
  • 将DOM树和CSSOM树结合在一起,生成渲染树(render tree)
  • 计算渲染树的布局,这实际上是回流的过程
  • 将布局渲染到屏幕上,这实际上是重绘的过程

大致过程如图所示:

这里主要说说后面解析的过程。

2. 构建DOM树、CSSOM树

(1)构建DOM树

当打开一个网页时,浏览器都会去请求对应的 HTML 文件。虽然平时我们写代码时都会分为 JS、CSS、HTML 文件,也就是字符串,但是计算机硬件是不理解这些字符串的,所以在网络中传输的内容其实都是 0 和 1 这些字节数据。当浏览器接收到这些字节数据以后,它会将这些字节数据转换为字符串,也就是我们写的代码。

当数据转换为字符串以后,浏览器会先将这些字符串通过词法分析转换为标记(token),这一过程在词法分析中叫做标记化(tokenization)。

简单来说,标记还是字符串,是构成代码的最小单位。这一过程会将代码分拆成一块块,并给这些内容打上标记,便于理解这些最小单位的代码是什么意思。

当结束标记化后,这些标记会紧接着转换为 Node,最后这些 Node 会根据不同 Node 之前的联系构建为一颗 DOM 树。

以上就是浏览器从网络中接收到 HTML 文件然后一系列的转换过程。

当然,在解析 HTML 文件的时候,浏览器还会遇到 CSS 和 JS 文件,这时候浏览器也会去下载并解析这些文件,接下来就看看浏览器如何解析 CSS 文件。

注意:在解析过程中,如果遇到 <script>就会停止页面的解析,先执行标签中的JavaScript代码,如果代码时外联的形式,也需要等待外联的JavaScript代码下载并执行完才继续执行解析HTML的工作,解析完HTML文件之后,就会触发DOMContentLoaded 事件,这时就可以操作DOM了。

(2)构建CSSOM树

其实转换 CSS 到 CSSOM 树的过程和DOM树的渲染过程是极其类似的:

在这一过程中,浏览器会确定下每一个节点的样式到底是什么,并且这一过程其实是很消耗资源的。因为样式你可以自行设置给某个节点,也可以通过继承获得。在这一过程中,浏览器得递归 CSSOM 树,然后确定具体的元素到底是什么样式。

那为什么会消耗资源呢?来看个例子

<div>
  <a> <span></span> </a>
</div>
<style>
  span {
    color: red;
  }
  div > a > span {
    color: red;
  }
</style>

对于第一种设置样式的方式来说,浏览器只需要找到页面中所有的 span 标签然后设置颜色,但是对于第二种设置样式的方式来说,浏览器首先需要找到所有的 span 标签,然后找到 span 标签上的 a 标签,最后再去找到 div 标签,然后给符合这种条件的 span 标签设置颜色,这样的递归过程就很复杂。所以我们应该尽可能的避免写过于具体的 CSS 选择器,然后对于 HTML 来说也尽量少的添加无意义标签,保证层级扁平。

CSS解析为CSSStyleSheet(也就是CSSOM树)的过程如下:

CSS是一种渲染阻塞资源(render blocking resource),它需要完全被解析完毕之后才能进入生成渲染树的环节。

由于CSS有些属性具有继承性,后面定义的样式可能会覆盖或修改前面的样式,所以只有当所有的CSS代码都执行渲染完之后才能进入下一个环节。在CSSOM构建完成之前,页面都会处于白屏状态,所以,一般都是在文件的头部引入CSS文件。

3. 构建渲染树

DOM 树包含的结构内容与 CSSOM 树包含的样式规则都是独立的,为了更方便渲染,先需要将它们合并成一棵渲染树。

这个过程会从 DOM 树的根节点开始遍历,然后在 CSSOM 树上找到每个节点对应的样式。

遍历过程中会自动忽略那些不需要渲染的节点(比如脚本标记、元标记等)以及不可见的节点(比如设置了“display:none”样式)。同时也会将一些需要显示的伪类元素加到渲染树中。

上面的DOM和CSSOM会合并过程如下图所示:

在合并生成渲染树的过程中,有以下几点需要注意:

  • 元素如果被设置为 display:none,在 DOM 树中依然会显示,但是在 Render 树中不会显示;
  • 元素如果被设置为 visibility:none,那么 DOM 树和 Render 树中都会显示;
  • 脱离文档流值得就是脱离 Render Tree。

4. 计算渲染树的布局

生成了渲染树之后,就可以进入布局阶段了,布局就是计算元素的大小及位置。

计算元素布局是一个比较复杂的操作,因为需要考虑的因素有很多,包括字体大小、换行位置等,这些因素会影响段落的大小和形状,进而影响下一个段落的位置。

布局完成后会输出对应的“盒模型”,它会精确地捕获每个元素的确切位置和大小,将所有相对值都转换为屏幕上的绝对像素。

5. 将布局渲染到屏幕上

绘制就是将渲染树中的每个节点转换成屏幕上的实际像素的过程。得到布局树这份“施工图”之后,渲染引擎并不能立即绘制,因为还不知道绘制顺序,如果没有弄清楚绘制顺序,那么很可能会导致页面被错误地渲染。

例如,对于使用 z-index 属性的元素(如遮罩层)如果未按照正确的顺序绘制,则将导致渲染结果和预期不符(失去遮罩作用)。

所以绘制过程中的第一步就是遍历布局树,生成绘制记录,然后渲染引擎会根据绘制记录去绘制相应的内容。

对于无动画效果的情况,只需要考虑空间维度,生成不同的图层,然后再把这些图层进行合成,最终成为我们看到的页面。当然这个绘制过程并不是静态不变的,会随着页面滚动不断合成新的图形。

上述五个步骤都是浏览器渲染进程中的GUI渲染线程完成的。

GUI渲染线程主要的工作如下:

  • 负责渲染浏览器页面,解析HTML、CSS,构建DOM树、CSSOM树、渲染树和绘制页面
  • 当界面需要重绘或由于某种操作引发回流时,该线程就会执行

6. 渲染优化

(1)针对JavaScript:

JavaScript既会阻塞HTML的解析,也会阻塞CSS的解析。因此我们可以对JavaScript的加载方式进行改变,来进行优化:

(1)尽量将JavaScript文件放在body的最后

(2) body中间尽量不要写<script>标签

(3)<script>标签的引入资源方式有三种,有一种就是我们常用的直接引入,还有两种就是使用 async 属性和 defer 属性来异步引入,两者都是去异步加载外部的JS文件,不会阻塞DOM的解析(尽量使用异步加载)。三者的区别如下:

  • script 立即停止页面渲染去加载资源文件,当资源加载完毕后立即执行js代码,js代码执行完毕后继续渲染页面
  • async 是在下载完成之后,立即异步加载,加载好后立即执行,多个带async属性的标签,不能保证加载的顺序
  • defer 是在下载完成之后,立即异步加载。加载好后,如果 DOM 树还没构建好,则先等 DOm 树解析好再执行;如果DOM树已经准备好,则立即执行。多个带defer属性的标签,按照顺序执行

(2)针对CSS:

使用css有三种方式:使用link、@import、内联样式,其中link和@import都是导入外部样式。它们之间的区别:

  • link:浏览器会派发一个新等线程(HTTP线程)去加载资源文件,与此同时GUI渲染线程会继续向下渲染代码
  • @import :GUI渲染线程会暂时停止渲染,去服务器加载资源文件,资源文件没有返回之前不会继续渲染(阻碍浏览器渲染)
  • style:GUI直接渲染

另外外部样式如果长时间没有加载完毕,浏览器为了用户体验,会使用浏览器会默认样式,确保首次渲染的速度。所以CSS一般写在headr中,让浏览器尽快发送请求去获取css样式。

所以,在开发过程中,导入外部样式使用link,而不用@import。如果css少,尽可能采用内嵌样式,直接写在style标签中。

(3)针对DOM树、CSSOM树:

可以通过以下几种方式来减少渲染的时间:

  • HTML文件的代码层级尽量不要太深
  • 使用语义化的标签,来避免不标准语义化的特殊处理
  • 减少CSSD代码的层级,因为选择器是从左向右进行解析的

(4)减少回流与重绘:

  • 操作DOM时,尽量在低层级的DOM节点进行操作
  • 不要使用table布局, 一个小的改动可能会使整个table进行重新布局
  • 使用CSS的表达式
  • 不要频繁操作元素的样式,对于静态页面,可以修改类名,而不是样式。
  • 使用absolute或者fixed,使元素脱离文档流,这样他们发生变化就不会影响其他元素
  • 避免频繁操作DOM,可以创建一个文档片段documentFragment,在它上面应用所有DOM操作,最后再把它添加到文档中
  • 将元素先设置display: none,操作结束后再把它显示出来。因为在display属性为none的元素上进行的DOM操作不会引发回流和重绘。
  • 将DOM的多个读操作(或者写操作)放在一起,而不是读写操作穿插着写。这得益于浏览器的渲染队列机制

浏览器针对页面的回流与重绘,进行了自身的优化——渲染队列

浏览器会将所有的回流、重绘的操作放在一个队列中,当队列中的操作到了一定的数量或者到了一定的时间间隔,浏览器就会对队列进行批处理。这样就会让多次的回流、重绘变成一次回流重绘。

上面,我们将多个读操作(或者写操作)放在一起,就会等所有的读操作进入队列之后执行,这样,原本应该是触发多次回流,变成了只触发一次回流。

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作者:wuhou123
链接:https://wuhou.fun/211.html
来源:前端网
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