相信各位前端同学，都碰到过这样一个面试题：浏览器自输入url开始，到页面展示的过程中，究竟发生了什么？
这个问题在掘金上已经有不少作者，发布了很完整的解答了。从解析 URL 、解析 DNS ，再到浏览器生成 Render Tree 并绘制页面，涵盖了网络层和应用层各方面的知识，属于一个比较开放的题目了。这篇文章将抛开网络协议层面，讲讲 Chrome 在这一过程中的工作。
Chrome的多进程架构
当你在使用 Chrome 时，打开系统进程列表，你会发现有很多 Google Chrome 的进程已经在运行中，
你可能会有点疑惑：为什么我只打开了一个Chrome应用，却有这么多个进程？
不同于普通的单进程应用，Chrome 是基于多进程架构设计而成，每个进程各司其职，它们之间通过 IPC 机制（Inter Process Communication）通信。
各进程介绍
- Browser: 控制应用程序的“chrome”部分，包括地址栏、书签、后退和前进按钮。还处理 Web 浏览器的不可见的特权部分，例如网络请求和文件访问。
- Renderer: 控制显示标签页内的任何内容，每个标签页，以及其中的iframe都会被分配一个Renderer进程。
- Plugin: 控制网站使用的任何插件，例如 flash。
- GPU: 处理独立于其他进程的 GPU 任务。它被拆分成一个单独的进程，因为 GPU 处理来自多个应用程序的请求并将它们绘制在同一个界面上。
- Extension: 扩展程序。
- Utility: 工具进程。
多进程架构的好处
Chrome利用多进程架构，保证工作的稳定性。假设你打开了3个标签页，每个标签页都由一个独立的渲染进程运行。如果其中一个标签页崩溃了，那么你可以关闭这个标签页，同时保持其他标签页正常运行。但如果所有标签页都运行在一个渲染进程上，那么一个标签页崩溃会连带所有的一起崩溃。
但更多的进程意味着分配更多的内存空间，为了节省内存，Chrome 限制了它可以启动的进程数。该限制取决于设备的内存和 CPU 能力，当 Chrome 达到限制时，它会把运行在同一网站的多个标签页的 Renderer Processes 合并为一个。
Chrome将同样的方法应用于 Browser Process ，将它的每个部分作为服务运行，从而可以轻松地拆分为不同的进程或聚合为一个进程。
导航阶段
Step 1：处理输入
用户在浏览器地址栏中输入内容，负责处理用户输入的是 Browser Process 的 UI thread，它需要决定将用户输入的内容导向搜索引擎，或是当做网站地址处理。
Step 2：建立网络连接
UI 线程通知网络线程，向对方站点发送网络请求，网络线程通过适当的协议，DNS 查找确定主机地址、建立 TCP 连接、通过 TLS 协商建立 HTTPS 连接。
Step 3：接收响应
接收到对方站点返回的响应，网络线程先检查状态码，如果是以4或5开头的错误码，则通知渲染器进程，将渲染错误页面。
如果是重定向的状态码，则请求新的URL地址。
如果是成功的状态码，则判断 Content-Type 响应头，如果是 HTML 格式，会对 HTML 做安全检测，确保其不属于危险网站，以及 CORB（Cross Origin Read Blocking）检测，把敏感的跨站数据剔除掉；如果是其他格式，例如pdf、zip等等，尽可能解析它并在浏览器中展示、播放，或者直接下载到本地。
Step 4：分配/创建一个渲染进程
网络线程的工作准备就绪之后，会先通知给 UI 线程，UI 线程再给这个网站分配一个渲染器进程。其实早在第二步中，UI 线程通知网络线程建立网络连接的时候，因为不清楚网络线程预期多久完成工作，为了缩短导航阶段耗费的时间，UI 线程就提前开始创建渲染器进程了。当网络线程完成工作后，渲染器进程就可以立马拿来用了。有一个例外就是，当请求被重定向后，这个提前创建好的渲染器进程就被浪费了，会被清除掉，再重新创建个新的进程。
Step 5：完成导航
现在数据和渲染器进程已经准备就绪，浏览器进程发送 IPC 到渲染器进程以提交导航，同时传递 HTML 数据。一旦浏览器进程接收到渲染器进程的确认信息，导航就完成了，并且向浏览器 history 插入一条新纪录，导航栏更新为新的站点地址。
如果引入Service Worker
Service worker是一个注册在指定源和路径下的事件驱动worker。它采用JavaScript控制关联的页面或者网站，拦截并修改访问和资源请求，细粒度地缓存资源。你可以完全控制应用在特定情形（最常见的情形是网络不可用）下的表现。
当导航发生时，网络线程会去 Service Worker 作用域中检查，当前请求的 URL 是否已在 Service Worker 注册，如果该 URL 已注册，则 UI 线程会查找渲染器进程以执行 Service Worker 代码。Service Worker 可能会从本地缓存中读取页面，从而无需发送网络请求。
渲染阶段
该阶段的工作主要由渲染器进程完成，渲染器进程的核心工作是将 HTML、CSS 和 JavaScript 转换为用户可以与之交互的网页。
渲染器进程又包括以下几个线程：
- 主线程处理大部分代码。
- Worker用于分担主线程的计算量，但无法访问DOM。
- 合成器线程和光栅线程用于高效流畅地渲染页面。
Step 1：解析文档
渲染器进程的主线程自上而下地解析 HTML 文档，生成一个名为 DOM 的树形结构。解析方式是由 HTML 规范决定的，同时在解析过程中为了保证容错率，HTML 规范也提供了更优雅的容错方案：An introduction to error handling and strange cases in the parser
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一些外部的非阻塞资源，包括图片、CSS 文件等，主线程会在解析构建DOM的同时请求这些资源；但是对于<script>标签（特别是没有 async 或者 defer 属性）会阻塞渲染并停止HTML的解析。
预加载扫描器
为了加快文档解析速度，“预加载扫描器”会在主线程刚开始解析文档时就扫描所需要的高优先级资源，如 CSS、JavaScript 和 web 字体并报告给网络线程，网络线程开始下载它们。运气好的话，当主线程解析到当前节点时，对应的资源可能已经下载完成了。
<link rel="stylesheet" src="styles.css"/>
<script src="myscript.js" async></script>
<img src="myimage.jpg" alt="image description"/>
<script src="anotherscript.js" async></script>
script的加载方式
当解析到<script>标签的位置时，主线程会停止继续解析 HTML 文档，开始下载、执行脚本，直到脚本执行结束。换句话说，<script>标签的下载、执行会阻塞 HTML 文档的解析。现在可以通过设置async和defer属性，保证浏览器下载脚本的同时继续解析 HTML 文档：
async表示脚本下载完成后立即执行defer表示脚本下载完成并且文档解析完成后立即执行，执行完成后触发DOMContentLoaded事件- 但两者都不能在执行脚本的同时解析文档
rel="preload"
通过给<link>标签设置rel="preload"属性，可以使得资源尽早的得到加载并可用，且更不易阻塞页面的初步渲染，进而提升性能。用as属性可以声明它的资源类型，比方说script、style、audio、image等。
MDN对于这方面的解释：developer.mozilla.org/zh-CN/docs/…
Step 2：计算样式
主线程解析 CSS ，基于 CSS 选择器决定将哪种样式应用于哪个节点，计算每个 DOM 节点的样式，并与浏览器默认的 CSS 样式合并，生成 Style Rules。
Step 3：布局
这一步骤的目的是根据 DOM 结构和 Style Rules ，计算出节点的几何信息。
主线程遍历 DOM 树和 Style Rules，生成 Layout Tree，这个 Layout Tree 包含了节点的x、y轴坐标和盒子大小等信息。
Layout Tree 的结构和 DOM Tree 很像，但它只包括页面上可见的节点。例如，Layout Tree 不包括display: none的节点，但包括visibility: hidden的节点，这两者 DOM Tree 都包含。那有没有 Layout Tree 包含，但 DOM Tree 不包含的节点呢？有，那就是::after、::before这种伪元素。
确定页面的布局是一项具有挑战性的任务。即使是最简单的页面布局，比如从上到下的块流，也必须考虑字体有多大以及在哪里换行，因为这些会影响段落的大小和形状；这会影响下一段需要放在的位置。CSS 可以使元素浮动到一侧，屏蔽溢出项，并改变书写方向。可想而知，这个布局阶段任务艰巨。
Step 4：绘制
进入到绘制阶段，浏览器已经拥有了 DOM、Style Rules、Layout Tree，也就确定了节点的大小、形状、位置，现在需要根据以上数据确定绘制记录（Paint Records），即绘制它们的顺序。
如果是直接按照 HTML 标签顺序来绘制，那么对于某些设置了z-index属性的元素的安排很可能是错误的。
更新渲染流水线的成本很高
渲染流水线中最重要的一点是，在每一步都使用前一操作的结果来创建新数据。例如，脚本修改了 DOM 结构，新增了一个节点，渲染流水线被启动，为 Layout Tree 和 Paint Records 中受影响的部分重新生成。
把脚本拆分成小块执行
我们的大多数显示器每秒刷新屏幕 60 次 (60 fps)，浏览器的刷新频率一般与其匹配，因为就算超出屏幕的刷新频率也没什么实际意义。两次刷新之间称为一帧，如果你给元素设置了动画，保证在每一帧之间移动元素，那么从视觉上来看这个动画就显得非常流畅。
但如果在这个过程中执行了一段耗时较长的脚本将主线程阻塞了（页面渲染和脚本都由主线程执行），那么时间轴上的动画就丢帧了，视觉上看会比较卡顿。
为了保证页面流畅运行，建议把 JavaScript 脚本拆分成小块，并使用requestAnimationFrame()让脚本运行在每一帧之间。
对于运算量特别大的一段脚本，尽量放在 Web Worker 中执行，避免抢占主线程资源。
Step 5：合成
浏览器获得了文档结构，每个元素的样式、几何形状以及绘制顺序，最后把以上信息转化为屏幕上的像素，这一过程称为光栅化（rasterizing）。
Chrome 最初版本的光栅化方式是这样的，先光栅化当前视口部分，即当前可见部分；在页面滚动时，移动光栅框架，光栅化更多的内容补足视口内缺失的部分。可想而知，这种方式会在页面滚动时造成比较差的用户体验。
后面 Chrome 实现了一种更复杂、体验更好的光栅化方式，叫做合成（compositing）。合成是一种将页面的各个部分分成多个层、单独光栅化它们，并在合成器线程中合成为一个页面的技术。如果发生滚动，因为图层已经被光栅化，它所要做的就是合成一个新的帧。动画可以通过移动图层并合成新帧以相同的方式实现。你可以在 F12 的 Layers 面板查看页面是如何分层的。
有一些特定的属性和元素可以实例化一个层，包括<video>和<canvas>，还有一些CSS属性例如opacity、transform、will-change。
合成的具体步骤
- 为了找出哪些元素需要在哪些层中，主线程遍历 Layout Tree 以创建/更新 Layer Tree，将该信息提供给合成器线程
- 合成器线程会将一个大的图层分割成较小的图块，交由光栅线程
- 光栅线程对小图块进行光栅化，光栅化后的信息称为绘制四边形（draw quads），并将其存储在 GPU 内存中
- 合成器线程收集绘制四边形并创建一个合成帧
- 通过 IPC 将合成帧发送给浏览器进程，浏览器进程再将它发送给 GPU 以显示在屏幕上
整个合成的过程还是挺绕的，搞出这么复杂的过程究竟为了什么？
合成的好处
首先是把大型图层碎片化，交由多个光栅线程并行计算，在页面仅有部分重新渲染的情况下及其有用，因为这样渲染器进程就可以只对需要重新渲染的图块做光栅化，其他不变的图块从 GPU 内存中取用。
其次，合成这个过程是独立于主线程的。上面有提到过渲染流水线，它运行在主线程并且更新成本比较高，将合成过程独立出来有利于浏览器获得更流畅的性能。现在给元素通过animation修改某些 CSS 属性，例如transform、opacity，是可以被 GPU 加速的，不需要经过渲染流水线，直接步入合成步骤。
总结
Chrome 线程间数据流：
这篇文章介绍了 Chrome 浏览器在页面渲染时的具体工作。其中大量参考了官方文档，为了简单清晰地讲明这个过程我简化了一些步骤。有些地方如果讲的不明白可以留言告诉我，或者直接去看原文档。
