浏览器渲染原理

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浏览器是如何渲染页面的?

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。

在事件循环机制的作用下,渲染主线程取出消息队列中的渲染任务,开启渲染流程。

整个渲染流程分为多个阶段:**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生产流水线

渲染的第一步是解析 HTML。

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。 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

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,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 代码的执行过程可能会修改当前的 DOM 树,所以 DOM 树的生成必须暂停,等到 JS 解析完成过后。

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1. 解析HTML

HTML字符串解析成 DOM 树 和 CSSOM 树

css 样式表有哪些?

  1. <style></style>(内部样式表)
  2. <link rel="stylesheet" href="xxxx">(外部样式表)
  3. <div style="color: red">xxxx</div> (内联样式 | 行内样式)
  4. 浏览器默认样式表  

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CSS 不会阻塞 HTML 解析

HTML 解析过程中遇到 CSS

为了提高解析效率,浏览器会启动一个预解析器率先下载和解析CSS,下图可以说明:

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HTML解析过程中遇到 JS

渲染主线程遇到 JS 时必须暂停一切行为,等待下载执行完后才能继续。预解析线程可以分担一点下载 JS 的任务

JS 可能修改 DOM

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2. 样式计算

主线程会遍历得到 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,如:

  • red -> rgb(255, 0, 0)
  • em -> px (相对单位 -> 绝对单位)

样式计算后,会得到一个带有样式的 DOM 树。进入布局

3. 布局

DOM 树 和 layout 树 不一定是一一对应的

浏览器默认样式表中 link、 style 设为 display: none dom中没有 伪元素(::before)、layout 树中 包含

1. 内容必须在行盒内

2. 行盒和块盒不能相邻

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。如: 节点的宽和高、相对包含块的位置。

DOM 树 和 layout 树 不一定是一一对应的。

比如: display: none 的节点没有几何信息,因此不会生成布局树;在使用伪元素选择器的时候,虽然 DOM 树不存在这些伪元素节点,但是它们拥有几何信息,所以会生成到布局树中。还有匿名行盒,匿名块盒等都可能导致 DOM 树和布局树无法一一对应。

4. 分层

主线程会采用一套复杂的策略对整个布局树进行分层。

好处: 将来某一个层级改变后,仅对该层进行处理,提升效率。

滚动条、堆叠上下文、transform、opacity 等样式多多少少都会影响分层的结果,也可以通过 will-change 属性来更大程度影响分层的结果

5. 绘制

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如何画出来。

这里的绘制,是为了每一层生成如何绘制的指令,如:

  1. 将笔移动到 10, 30 位置
  2. 画一个 200 * 300 矩形
  3. 用蓝色描边

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渲染主线程的任务到此为止,剩余步骤交给其他线程完成

6. 分块(其他线程)

分块会将每一层分为多个小块

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,剩余工作将由合成线程完成。

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

它从线程池中拿取多个线程来完成分块工作

7. 光栅化

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。

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

8. 画

合成线程拿到每个层、每块的位图后,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,与渲染主下线程无关,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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什么是 reflow?

本质是重新计算 layout 树。

当进行了会影响布局树的操作后,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。

也同样因为如此,当 JS 读取布局属性时,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。

修改 宽高、 padding、 margin、 fonst-size

什么是 repaint?

本质是重新根据分层信息计算了绘制指令。

display 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