浏览器渲染原理

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渲染(render): html字符串 -> 渲染 -> 像素信息

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输入url地址按下回车键之后浏览器进行了哪些操作:

  1. DNS解析域名得到ip地址,根据ip地址和port端口创建连接
  2. 发起请求
  3. 服务器解析请求
  4. 服务器找到资源
  5. 服务器将资源响应给浏览器
  6. 浏览器解析服务器响应回来的资源(html文档)

浏览器如何渲染页面

当浏览器的网络线程收到HTML文档之后,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

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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,上一阶段的输出会成为下一个阶段的输入。

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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,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css文件和外部js文件(...)

如果主线程解析到link的位置,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

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如果主线程解析到了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,这既是JS会阻塞HTML解析过程的根本原因。

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HTML解析完成后,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。

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DOM树: DOM树

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CSSOM树:

CSSOM树

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第二步:样式计算

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。

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这一步完成后,会得到一棵带有样式的DOM树

第三步:布局

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。

大部分时候,DOM树和布局树并非一一对应

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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

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display:none 隐藏了,没有几何信息,所以布局树不会生成该节点

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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

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匿名行盒、匿名列盒 内容必须在行盒中 行盒和块盒不能相邻(行内元素、块级元素其实就是css布局决定的)

第四步:分层

主线程会使用一套复杂的策略对整个布局树进行分层

分层的好处在于,将来某一层改变后,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、z-index、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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用户在操作时不能每操作一次就绘制一次画面,把界面分成一些层次(贴纸),将来如果某一层次(颜色、背景、动画、内容等)变化了,只需要重绘这一层(贴纸)就行,不会影响到其他层次

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第五步: 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该如何画出来。

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渲染主线程的工作到此为止,剩余步骤交给其他线程完成

第六步: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

它会从线程池中拿取多个线程来完成分块工作

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渲染主线程产生绘制指令集之后,交给合成线程(也在渲染进程里面),合成线程专门来做分块,Tiling是一个发指令的人,会启动更多的线程,更快效率的完成分块的过程

第七步: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

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第八步: 画

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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合成线程计算出每个位图在屏幕上的位置,交给 GPU 进⾏最终呈现

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渲染进程(渲染主线程、合成线程)在沙盒里面安全:受到黑客、病毒等攻击时不会被计算机造成影响

查找GPU的过程是系统调用,渲染进程在沙盒里面无法调用计算机系统(硬件),需要quad中转一下

总结

解析HTML生成DOM树和CSSOM树 -> 计算样式,让每个DOM树节点得到最终的样式 -> 布局,计算每个DOM树节点的几何信息生成布局树 -> 分层,为了提高后续的渲染效率,根据一套策略将界面分成几个图层,每个图层可以单独进行绘制 -> 为每一图层产生绘制指令 -> 将指令交个合成线程进行分块 -> 对每一个图层、每一小块进行光栅化生成位图,优化光栅化靠近屏幕的小块 -> 将靠近屏幕的小块优先发送GPU画出来