浏览器渲染原理

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一、渲染原理

当浏览器的网络线程接收到HTML文档字符串后,会产生一个渲染任务(异步),并将其传递给渲染主线程的消息队列。
在事件循环的机制下,渲染主线程取出消息队列中的渲染任务,开启渲染流程。

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渲染流程分为多个阶段,主要为HTML解析、样式计算Computed Style、布局Layout、分层、绘制、分块、光栅化、画,每个阶段的输出都为下个阶段的输入,这样,整个渲染流程就形成一条组织严密的生产流水线。

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二、HTML解析

当渲染主线程开始执行渲染任务时,会开始读取解析HTML文档字符串。

解析过程中遇到css解析css,遇到js解析js,为了提高解析效率,浏览器会在开始解析前,启动一个预解析线程,率先下载外部css文件和外部js文件。

如果主线程解析到link的位置时,此时的外部css文件还没有下载解析好,主线程不会等待,而是继续解析后续的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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如果主线程解析到script的位置时,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毕后,才能继续解析HTML,这是因为js代码在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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当HTML解析完毕后,会生成DOM树(Document Object Model)和CSSOM树(CSS Object Model),浏览器默认样式、内部样式、外部样式、行内样式均会在CSSOM树中。

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三、样式计算Computed Style

在这一阶段,渲染主线程会遍历得到的DOM树,依次为数中的每个节点计算出它的最终样式。

在这一过程中,很多预设值会变成绝对值,如red会变成rgb(255,0,0);相对单位会变成绝对单位,如em会变成px

当样式计算结束后,会生成一颗带有样式的DOM树。

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四、布局Layout

在这一阶段中,渲染主线程会遍历得到的带有样式的DOM树,计算每个节点的几何信息,如节点的宽高、包含块的位置等,并生成布局树。
大部分时候DOM树和布局树不是一一对应的,如display:none的节点没有几何信息,因此不会生成布局树;::before伪元素的节点虽然在DOM树中不存在,但它们拥有几何信息,所以会生成DOM树。

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五、分层Layer

在这一阶段中,渲染主线程会使用一套复杂的策略对整个布局树进行分层。

这样的好处是,将来某一层发生变化后,仅对该层进行后续处理,提高了效率。

其中滚动条、transform、opacity、堆叠上下文等样式都或多或少会影响分层结果,当然也可以通过will-change属性来更大层度的影响分层结果。

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六、绘制Paint

在这一阶段中,渲染主线程会为每个分层单独生成绘制指令集,用于描述这一层的内容该如何画出来。

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

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七、分块Tiling

合成线程首先会对每个图层进行分块,将其划分为更多的小区域。

它会从线程池中拿取多个线程来完成分块工作。

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八、光栅化Raster

在这一阶段中,合成线程会将块信息交给GPU进程,以极高的速度进行光栅化。

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。

光栅化的结果就是生成一块一块的位图。

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九、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 GPU 硬件,完成最终的屏幕成像。

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十、完整的流程

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十一、面试题

11.1 什么是reflow(重排)

reflow的本质就是重新计算布局树。

当进行了影响布局树的操作后,需要重新计算布局树,会导致layout。

我们平常修改元素的宽高,普遍对el.style进行操作,为了避免连续多次的操作导致布局树反复计算,浏览器会合并这些操作,当js代码执行完毕后再统一计算(即利用事件循环异步的操作,当主线程空闲后执行),所以改动属性造成的reflow是异步操作的。

也同样因为如此,当js修改样式后,并获布局树属性时,就可能无法获取到最新的布局树信息。
因此,浏览器最终权衡下,决定当获取布局树属性时,立即执行reflow。

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11.2 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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11.3 为什么transform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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