浏览器组成和渲染原理

一、浏览器组成

1. 对浏览器的理解

浏览器的主要功能是将用户选择的 web 资源呈现出来，它需要从服务器请求资源，并将其显示在浏览器窗口中，资源的格式通常是 HTML，也包括 PDF、image 及其他格式。用户用 URI（Uniform Resource Identifier 统一资源标识符）来指定所请求资源的位置。

HTML 和 CSS 规范中规定了浏览器解释 html 文档的方式，由 W3C 组织对这些规范进行维护，W3C 是负责制定 web 标准的组织。但是浏览器厂商纷纷开发自己的扩展，对规范的遵循并不完善，这为 web 开发者带来了严重的兼容性问题。

浏览器可以分为两部分，shell 和 内核。其中 shell 的种类相对比较多，内核则比较少。也有一些浏览器并不区分外壳和内核。从 Mozilla 将 Gecko 独立出来后，才有了外壳和内核的明确划分。

• shell 是指浏览器的外壳：例如菜单，工具栏等。主要是提供给用户界面操作，参数设置等等。它是调用内核来实现各种功能的。

• 内核是浏览器的核心。内核是基于标记语言显示内容的程序或模块。

2. 对浏览器内核的理解

浏览器内核主要分成两部分：

• 渲染引擎的职责就是渲染，即在浏览器窗口中显示所请求的内容。默认情况下，渲染引擎可以显示 html、xml 文档及图片，它也可以借助插件显示其他类型数据，例如使用 PDF 阅读器插件，可以显示 PDF 格式。

• JS 引擎：解析和执行 javascript 来实现网页的动态效果。

最开始渲染引擎和 JS 引擎并没有区分的很明确，后来 JS 引擎越来越独立，内核就倾向于只指渲染引擎。

3. 常见的浏览器内核比较

• Trident： 这种浏览器内核是 IE 浏览器用的内核，因为在早期 IE 占有大量的市场份额，所以这种内核比较流行，以前有很多网页也是根据这个内核的标准来编写的，但是实际上这个内核对真正的网页标准支持不是很好。但是由于 IE 的高市场占有率，微软也很长时间没有更新 Trident 内核，就导致了 Trident 内核和 W3C 标准脱节。还有就是 Trident 内核的大量 Bug 等安全问题没有得到解决，加上一些专家学者公开自己认为 IE 浏览器不安全的观点，使很多用户开始转向其他浏览器。

• Gecko： 这是 Firefox 和 Flock 所采用的内核，这个内核的优点就是功能强大、丰富，可以支持很多复杂网页效果和浏览器扩展接口，但是代价是也显而易见就是要消耗很多的资源，比如内存。

• Presto： Opera 曾经采用的就是 Presto 内核，Presto 内核被称为公认的浏览网页速度最快的内核，这得益于它在开发时的天生优势，在处理 JS 脚本等脚本语言时，会比其他的内核快3倍左右，缺点就是为了达到很快的速度而丢掉了一部分网页兼容性。

• Webkit： Webkit 是 Safari 采用的内核，它的优点就是网页浏览速度较快，虽然不及 Presto 但是也胜于 Gecko 和 Trident，缺点是对于网页代码的容错性不高，也就是说对网页代码的兼容性较低，会使一些编写不标准的网页无法正确显示。WebKit 前身是 KDE 小组的 KHTML 引擎，可以说 WebKit 是 KHTML 的一个开源的分支。

• Blink： 谷歌在 Chromium Blog 上发表博客，称将与苹果的开源浏览器核心 Webkit 分道扬镳，在 Chromium 项目中研发 Blink 渲染引擎（即浏览器核心），内置于 Chrome 浏览器之中。其实 Blink 引擎就是 Webkit 的一个分支，就像 webkit 是KHTML 的分支一样。Blink 引擎现在是谷歌公司与 Opera Software 共同研发，上面提到过的，Opera 弃用了自己的 Presto 内核，加入 Google 阵营，跟随谷歌一起研发 Blink。

4. 常见浏览器所用内核

（1） IE 浏览器内核：Trident 内核，也是俗称的 IE 内核；

（2） Chrome 浏览器内核：统称为 Chromium 内核或 Chrome 内核，以前是 Webkit 内核，现在是 Blink内核；

（3） Firefox 浏览器内核：Gecko 内核，俗称 Firefox 内核；

（4） Safari 浏览器内核：Webkit 内核；

（5） Opera 浏览器内核：最初是自己的 Presto 内核，后来加入谷歌大军，从 Webkit 又到了 Blink 内核；

（6） 360浏览器、猎豹浏览器内核：IE + Chrome 双内核；

（7） 搜狗、遨游、QQ 浏览器内核：Trident（兼容模式）+ Webkit（高速模式）；

（8） 百度浏览器、世界之窗内核：IE 内核；

（9） 2345浏览器内核：好像以前是 IE 内核，现在也是 IE + Chrome 双内核了；

（10）UC 浏览器内核：这个众口不一，UC 说是他们自己研发的 U3 内核，但好像还是基于 Webkit 和 Trident ，还有说是基于火狐内核。

5. 浏览器的主要组成部分

• ⽤户界⾯ - 包括地址栏、前进/后退按钮、书签菜单等。除了浏览器主窗⼝显示的您请求的⻚⾯外，其他显示的各个部分都属于⽤户界⾯。

• 浏览器引擎 - 在⽤户界⾯和呈现引擎之间传送指令。

• 呈现引擎 - 负责显示请求的内容。如果请求的内容是 HTML，它就负责解析 HTML 和 CSS 内容，并将解析后的内容显示在屏幕上。

• ⽹络 - ⽤于⽹络调⽤，⽐如 HTTP 请求。其接⼝与平台⽆关，并为所有平台提供底层实现。

• ⽤户界⾯后端 - ⽤于绘制基本的窗⼝⼩部件，⽐如组合框和窗⼝。其公开了与平台⽆关的通⽤接⼝，⽽在底层使⽤操作系统的⽤户界⾯⽅法。

• JavaScript 解释器。⽤于解析和执⾏ JavaScript 代码。

• 数据存储 - 这是持久层。浏览器需要在硬盘上保存各种数据，例如 Cookie。新的 HTML 规范 (HTML5) 定义了“⽹络数据库”，这是⼀个完整（但是轻便）的浏览器内数据库。

值得注意的是，和⼤多数浏览器不同，Chrome 浏览器的每个标签⻚都分别对应⼀个呈现引擎实例。每个标签⻚都是⼀个独⽴的进程。

二、浏览器渲染原理

1. 浏览器的渲染过程

浏览器渲染主要有以下步骤：

• 首先解析收到的文档，根据文档定义构建一棵 DOM 树，DOM 树是由 DOM 元素及属性节点组成的。

• 然后对 CSS 进行解析，生成 CSSOM 规则树。

• 根据 DOM 树和 CSSOM 规则树构建渲染树。渲染树的节点被称为渲染对象，渲染对象是一个包含有颜色和大小等属性的矩形，渲染对象和 DOM 元素相对应，但这种对应关系不是一对一的，不可见的 DOM 元素不会被插入渲染树。还有一些 DOM元素对应几个可见对象，它们一般是一些具有复杂结构的元素，无法用一个矩形来描述。

• 当渲染对象被创建并添加到树中，它们并没有位置和大小，所以当浏览器生成渲染树以后，就会根据渲染树来进行布局（也可以叫做回流）。这一阶段浏览器要做的事情是要弄清楚各个节点在页面中的确切位置和大小。通常这一行为也被称为“自动重排”。

• 布局阶段结束后是绘制阶段，遍历渲染树并调用渲染对象的 paint 方法将它们的内容显示在屏幕上，绘制使用 UI 基础组件。

大致过程如图所示：

注意： 这个过程是逐步完成的，为了更好的用户体验，渲染引擎将会尽可能早的将内容呈现到屏幕上，并不会等到所有的html 都解析完成之后再去构建和布局 render 树。它是解析完一部分内容就显示一部分内容，同时，可能还在通过网络下载其余内容。

2. 浏览器渲染优化

（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

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。

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。

3. 渲染过程中遇到 JS 文件如何处理？

JavaScript 的加载、解析与执行会阻塞文档的解析，也就是说，在构建 DOM 时，HTML 解析器若遇到了 JavaScript，那么它会暂停文档的解析，将控制权移交给 JavaScript 引擎，等 JavaScript 引擎运行完毕，浏览器再从中断的地方恢复继续解析文档。也就是说，如果想要首屏渲染的越快，就越不应该在首屏就加载 JS 文件，这也是都建议将 script 标签放在 body 标签底部的原因。当然在当下，并不是说 script 标签必须放在底部，因为你可以给 script 标签添加 defer 或者 async 属性。

4. 什么是文档的预解析？

Webkit 和 Firefox 都做了这个优化，当执行 JavaScript 脚本时，另一个线程解析剩下的文档，并加载后面需要通过网络加载的资源。这种方式可以使资源并行加载从而使整体速度更快。需要注意的是，预解析并不改变 DOM 树，它将这个工作留给主解析过程，自己只解析外部资源的引用，比如外部脚本、样式表及图片。

5. CSS 如何阻塞文档解析？

理论上，既然样式表不改变 DOM 树，也就没有必要停下文档的解析等待它们。然而，存在一个问题，JavaScript 脚本执行时可能在文档的解析过程中请求样式信息，如果样式还没有加载和解析，脚本将得到错误的值，显然这将会导致很多问题。所以如果浏览器尚未完成 CSSOM 的下载和构建，而我们却想在此时运行脚本，那么浏览器将延迟 JavaScript 脚本执行和文档的解析，直至其完成 CSSOM 的下载和构建。也就是说，在这种情况下，浏览器会先下载和构建 CSSOM，然后再执行 JavaScript，最后再继续文档的解析。

6. 如何优化关键渲染路径？

为尽快完成首次渲染，我们需要最大限度减小以下三种可变因素：

（1）关键资源的数量。

（2）关键路径长度。

（3）关键字节的数量。

关键资源是可能阻止网页首次渲染的资源。这些资源越少，浏览器的工作量就越小，对 CPU 以及其他资源的占用也就越少。同样，关键路径长度受所有关键资源与其字节大小之间依赖关系图的影响：某些资源只能在上一资源处理完毕之后才能开始下载，并且资源越大，下载所需的往返次数就越多。最后，浏览器需要下载的关键字节越少，处理内容并让其出现在屏幕上的速度就越快。要减少字节数，我们可以减少资源数（将它们删除或设为非关键资源），此外还要压缩和优化各项资源，确保最大限度减小传送大小。

优化关键渲染路径的常规步骤如下：

（1）对关键路径进行分析和特性描述：资源数、字节数、长度。

（2）最大限度减少关键资源的数量：删除它们，延迟它们的下载，将它们标记为异步等。

（3）优化关键字节数以缩短下载时间（往返次数）。

（4）优化其余关键资源的加载顺序：您需要尽早下载所有关键资产，以缩短关键路径长度

7. 什么情况会阻塞渲染？

首先渲染的前提是生成渲染树，所以 HTML 和 CSS 肯定会阻塞渲染。如果你想渲染的越快，你越应该降低一开始需要渲染的文件大小，并且扁平层级，优化选择器。然后当浏览器在解析到 script 标签时，会暂停构建 DOM，完成后才会从暂停的地方重新开始。也就是说，如果你想首屏渲染的越快，就越不应该在首屏就加载 JS 文件，这也是都建议将 script 标签放在 body 标签底部的原因。

当然在当下，并不是说 script 标签必须放在底部，因为你可以给 script 标签添加 defer 或者 async 属性。当 script 标签加上 defer 属性以后，表示该 JS 文件会并行下载，但是会放到 HTML 解析完成后顺序执行，所以对于这种情况你可以把 script 标签放在任意位置。对于没有任何依赖的 JS 文件可以加上 async 属性，表示 JS 文件下载和解析不会阻塞渲染。