浏览器的渲染原理

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一.进程与线程

1.进程:操作系统分配内存资源的最小单位,进程与进程之间数据隔离,每个应用至少有一个进程,进程之间相互独立,一个进程崩了,不影响其他进程。进程与进程之间如果需要通信,需要双方同意。

2.线程:执行任务的最小单元,有了进程就可以运行程序的代码了,运行代码的【人】的称为线程,一个进程至少有一个线程,所以在开启进程后会自动创建一个线程来运行代码,这个线程称为主线程,主线程结束了,整个程序就结束了。

3.如果程序需要同时执行多块代码,主线程会启动更多的线程来执行代码,所以一个进程可以包含多个线程。浏览器是一个多进程多线程的应用程序,为了避免相互影响,减少连环崩溃的几率,当浏览器启动后,它会自动启动多个进程,每个进程都有一块独立的内容空间。

二.浏览器主要的进程

其中最主要的进程有浏览器进程网络进程渲染进程

1. 浏览器进程

主要负责界面显示、用户交互、子进程(由浏览器进程启动的其他进程)管理等。浏览器进程内部会启动多个 线程处理不同的任务。

2. 网络进程

负责加载网络资源。网络进程内部会启动多个线程来处理不同的网络任务。

3. 渲染进程

渲染进程启动后,会默认开启一个渲染主线程,简称主线程,主线程负责执行 HTML、CSS、 JS 代码。默认情况下,浏览器会为每个标签⻚开启一个新的渲染进程,以保证不同的标签⻚之间不相互影响。渲染进程可以有多个线程,比如,预解析线程,worker工作线程,合成线程等。

三.渲染主线程是如何工作的

渲染主线程是浏览器中最繁忙的线程,需要它处理的任务包括但不限于:

解析 HTML
解析 CSS
计算样式
布局
处理图层 每秒把⻚面画 60 次 执行全局 JS 代码 执行事件处理函数 执行计时器的回调 函数

......

当浏览器的网络线程收到HTML文档后,会产生一个渲染任务,并将其传递给渲染主线程的消息队列,在事件循环的作用下,渲染主线程取出消息队列中的渲染任务,并开启渲染流程。整个过程分为多个阶段,分别是:解析HTML样式计算布局分层绘制分块光栅化,每个阶段都有明确的输入输出,上一个阶段的输出会成为下一个阶段的输入。

1.解析HTML - Parse HTML

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解析HTML,由主线程生成DOM树和CSSOM树。解析过程中遇到CSS解析CSS,遇到JS执行JS。为了提高解析效率,浏览器在开始解析前,会启动一个预解析的线程,率先下载 HTML 中的外部 CSS 文件和 外部的 JS 文件。

如果主线程解析到link位置,此时外部的 CSS 文件还没有下载解析好,主线程不会等待,继续解析后续的 HTML,等CSS下载解析好,由主线程生成CSSOM树。因为下载和解析 CSS 的工作是在预解析线程中进行的, 所以CSS 不会阻塞 HTML 解析。

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如果主线程解析到script位置,会停止解析 HTML,转而等待 JS 文件下载好,主线程将JS代码解析执行完成后,才能继续解析 HTML。这是因为 JS 代码的执行过程中可能会修改当前的 DOM 树,所以 DOM 树的生成必须暂停。这就是 JS 会阻塞 HTML 解析的根本原因。

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第一步完成后,会得到 DOM 树和 CSSOM 树,浏览器的默认样式、内部样式、外部样式、行内样式均会包含在 CSSOM 树中。

2.样式计算 - Recalculate

2.jpeg 主线程会遍历得到的 DOM 树,依次为树中的每个节点计算出它最终的样式。在这一过程中,很多预设值会变成绝对值,比如red会变成rgb(255,0,0);相对单位会变成绝对单位,比如em会变成px,这一步完成后,会得到一棵带有样式的 DOM 树。

3. 布局 - Layout

布局阶段会依次遍历 DOM 树的每一个节点,计算每个节点的几何信息。例如节点的宽高、相对包含块位置。大部分时候,DOM 树和布局树并非一一对应。比如display:none的节点没有几何信息,因此不会生成到布局树;又比如使用了伪元素选择器,虽然 DOM 树中不存在这些伪元素节点,但它们拥有几何信息,所以会生成到布局树中。还有匿名行盒、匿名块盒等等都会导致 DOM 树和布局树无法一一对应。 3.jpeg

4.分层 - Layer

主线程会使用一套复杂的策略对整个布局树中进行分层。分层的好处在于,将来某一个层改变后,仅会对该层进行后续处理,从而提升效率。滚动条、堆叠上下文、transform、opacity 等样式都会或多或少的影响分层结果,也可以通过will-change属性更大程度的影响分层结果。

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5.绘制 - Paint

主线程会为每个层单独产生绘制指令集,用于描述这一层的内容该如何画出来。

5.jpeg 生成绘制指令完成后,渲染主线程的⼯作到此为⽌,主线程将每个图层的绘制信息提交给合成线程,剩余工作将由合成线程完成。

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6.分块 - Tiling

合成线程首先对每个图层进行分块,将其划分为更多的小区域(分块过程中,合成线程会从线程池中拿取多个线程来帮助完成分块工作),为什么要分块呢,是因为每个图层页面可能很大,分块便于画靠近屏幕视口的小块,其他的块可以以后再画。

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7. 光栅化 - Raster

合成线程会将块信息交给 GPU 进程,以极高的速度完成光栅化。(光栅化是将每一个小块信息转成像素点的位置和颜色信息)

WechatIMG351.jpeg GPU 进程会开启多个线程来完成光栅化,并且优先处理靠近视口区域的块。光栅化的结果,就是一块一块的位图(位图是像素点的位置和颜色)

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8. 画 - Draw

合成线程拿到每个层、每个块的位图后,生成一个个「指引(quad)」信息。指引会标识出每个位图应该画到屏幕的哪个位置,以及会考虑到旋转、缩放等变形。 8.jpeg 合成线程会把 quad 提交给 GPU 进程,由 GPU 进程产生系统调用,提交给 GPU 硬件,完成最终的屏幕成像。变形发生在合成线程,与渲染主线程无关,这就是transform效率高的本质原因。

四.渲染完整过程

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