浏览器的渲染流程

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如何进行页面渲染

当浏览器的网络线程接收到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,开始渲染流程。


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。 这样整个渲染流程将形成了一套组织严密的生产流水线。

渲染的第一步: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,会启动一个预解析线程,率先下载HTML中的外部CSS文件和JS文件。

解析css

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

解析过程

  1. 为了提高解析效率,浏览器会启动一个预解析器率先对整个文档进行扫描,然后进行下载和解析css

1.png

CSSOM树

yuque_diagram.png

拓展: 浏览器中有机检查打开控制台,输入document.styleSheets可以查看CSSDOM树,但是这个树是排除了内联样式和浏览器默认样式之后的所有内部样式(开发者自己写的)和外面样式(通过link引入的)

(以百度网站为例) image.png 还可以往里面添加样式,例如,往列表的第二个里面添加border

image.png

image.png

image.png

解析JS

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代码的执行过程中,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。

解析过程

  1. 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
  2. 预解析线程可以分担一点下载JS的任务(可以先触发下载JS,如果主线程解析到script标签了,JS还没下载完,就得进行等待)

2.png

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、行内样式均包含在CSSOM树中。


渲染的下一步:样式计算

css属性的计算过程:juejin.cn/post/745825…

主线程会遍历得到DOM树,依次为树中的每一个节点计算出它最终的样式(样式来自于CSSOM),称之为Computed Style.(合并DOM和CSSOM形成一颗有样式的DOM树,可以称之为布局树)

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,会得到一颗带有样式的DOM树。 3.png


接下来是布局

布局完成后得到一颗布局树

布局阶段会一次遍历DOM树的每一个节点,计算每个阶段的集合信息。例如节点的宽高、相对应包含块的位置。

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树种不存在这些伪元素节点,但他们拥有几何信息,所以生成到布局树中。还有匿名行盒、匿名块盒等等都会导致DOM树和布局树不一致。

  • 文本内容必须放到行盒中,如果没有行盒包裹,会生成一个匿名行盒
  • 行盒和块盒不能相邻 image.png

下一步是分层

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的结果,也可以通过will-change属性更大程度的影响分层结果。

以Google浏览器和百度网站为例

image.png


在下一步是绘制

主线程会为每一个层单独产生绘制指令集,用于描述这一层内容该如何画出来。 image.png

绘制完成后,主线程的任务就已经完成了,后续步骤就转交给其他线程

image.png


在下一步是分块

完成绘制后,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。 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。

以百度网站为例,会对每一层进行分块

image.png

合成线程会从线程池中拿取多个线程来完成分块工作。

image.png


分块完成后,进入光栅化阶段

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

此过程会用到GPU加速 image.png


最后一个阶段就是画了

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trasnform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

image.png

拓展:为什么合成线程 不直接把quad信息直接交给硬件呢,而是到GPU里面去中转一下呢
1.渲染进程里面有渲染主线程、合成线程等。线程进程是在一个沙盒里面,沙盒里面的东西是和操作系统的硬件是隔离开的,好处在于安全,如果做一些恶意病毒,一些病毒插件,去破坏里面的数据,调用里面的函数,但是由于渲染进程是在沙盒里面的,无法对整个计算机造成影响,不会导致计算机中病毒。
2.因为渲染进程在沙盒里面,不能调用系统的硬件,所以需要GPU进程中转一下。

什么是reflow

reflow 的本质就是重新计算layout(布局)树。

当进行了会影响布局的操作后(如width、margin、padding、font-size等),需要重新计算布局树,会重新计算布局树(layout)。

为了避免连续的多次操作布局树反复计算,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。

也是同样因为如此,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

例如有段js代码

...
//这些影响布局的操作,会一起打包成一个渲染任务去执行,不会一行一个渲染任务去执行。
dom.style.width = ?
dom.style.height = ?
dom.style.padding = ?
dom.style.margin = ?
//如果这里进行获取操作会立即reflow
console.log(dom.clientWidth)
...

什么是repaint

reapint的本质就是重新根据分层信息计算了绘制指令

当改动了课件样式后,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reapint

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阶段(draw 画)

由于draw阶段在合成线程中,所以transform的变化几乎不会影响到主线程。反之,渲染主线程无论如何忙碌,也不会影响 trsnform的变化