系统介绍浏览器渲染原理

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本文正在参加「金石计划」

前言

最近在准备面试，复习到浏览器页面渲染这一块，遂查阅相关资料，参考袁老师的课程，系统的整理一下这方面的知识，希望对帮助大家理解浏览器渲染过程有所帮助

浏览器是如何渲染页面的

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当浏览器的网络线程下载完 html 文档后，会产生一个渲染任务，并将其传入给渲染主线程的消息队列

在事件循环机制的作用下，渲染主线程会从消息队列中取出渲染任务，开启渲染流程

整个渲染流程分为多个阶段，分别是：

HTML 解析，样式计算，布局，分层，绘制，分块，光栅化，画

每个阶段都有明确的输入和输出，上一个阶段的输出会成为下一个阶段的输入

这样，整个渲染流程就形成了一套组织严密的工作流程

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解析 - Parse

渲染的第一步是解析HTML

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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

  • 解析遇到样式相关的内容如何处理

如果主线程解析道 link 位置，此时的外部 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。这是因为下载和解析 CSS 的工作是在预解析线程中进行的，这就是CSS 不会阻塞 HTML 解析的根本原因。

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  • 解析遇到 javascript 的内容如何处理

如果主线程解析道 script 位置，会停止解析 HTML ，转而等待 JS 文件下载好，并将全局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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在第一步完成后，会得到 DOM 树和 CSS OM 树（浏览器的默认样式，内部样式，外部样式，行内样式都会包含在里面）

然后进入下一步样式计算

样式计算 - computed Style

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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，称之为 Computed Style

在这一过程中，很多预设值会变成绝对值，比如相对单位会变成绝对单位（em => px）

这一步完成后，会得到一棵带有样式的 DOM 树

布局 - Layout

接下来就是布局，布局完后会得到布局树

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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，相对包含块的位置等等。

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，所以回生成到布局树中，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。

分层 - Layer

为了提高效率，主线程会使用一套复杂的策略对整个布局树进行分层

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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的处理，从而提升效率

滚动条，堆叠上下文，transform，opacity 等样式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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绘制 - Paint

这里的绘制是指为每一个图层生成绘制指令集（不是在这里就画图了！！）

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小结

渲染主线程的工作到此为止，剩余步骤交给其他的线程完成

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分块 - Tiling

分块会将每一层分为多个小的区域

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完成绘制后，主线程会将每个图层的绘制信息交给合成线程，剩余的工作由合成线程完成

  • 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
  • 分块的工作是交给多个线程同时进行的，它会从线程池中拿取多个线程来完成分块工作

分块完成后，进入光栅化阶段

光栅化 - Raster

光栅化是将每个块变成位图（此过程会用到 GPU 加速），会优先处理靠近视口的块

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合成线程会将信息交给GPU 进程，以极高的速度完成光栅化

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

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光栅化的结果，就是一块一块的位图

最后一个阶段，就是画了

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

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

合成线程会把 quad 提交给 GPU 进程，由 GPU 进程产生系统调用，提交给硬件，完成最终的屏幕成像

完整过程

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面试题

什么是reflow（回流）

reflow 的本质就是重新计算 layout 树

当进行了会影响布局的树的操作后，需要重新计算布局树，会引发 layout

为了避免连续的多次操作导致布局树的反复计算，浏览器会合并这些操作，当 JS 代码全部完成后再进行统一计算。所以，改动属性造成的 reflow 是异步完成的

也因此，当 js 获取布局属性时，就可能造成无法获取到最新的布局信息

浏览器在反复权衡下，最终决定获取属性立即 reflow

我们也可以借助这个特性，使用读取样式属性的方法去强制更新页面

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什么是 repaint（重绘）

Repaint 的本质就是重新根据分层信息计算了绘制指令

当改动了可见样式后，就需要重新计算，会引发 repaint

由于元素的布局信息也属于可见样式，所以， reflow 一定会引起 repaint

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为什么 transform 的效率高

因为 transform 既不会影响布局，也不会影响绘制指令，它影响的只是渲染流程的最后一个 draw 阶段，由于 draw 阶段在合成线程中，所以 transform 的变化几乎不会影响渲染主线程。反之，渲染主线程无论如何忙碌，也不会影响 transform 的变化

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最后

发个求职信息，今年刚从杭州转到深圳，目前咸鱼中，有内推坑位的欢迎私信滴滴^_^

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