浏览器是如何渲染页面的?

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当浏览器的网络线程收到HTML文档后,会产生一个渲染任务,将其传递到渲染主线程的消息队列中,在事件循环机制的作用下,渲染主线程从消息队列中取出渲染任务,开启渲染流程。

整个渲染过程分为多个阶段,分别是:HTML解析、样式计算、布局、分层、绘制、分块、光栅化、画。

每一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。

这样,整个渲染过程就形成了一套组织严密的生产流水线。

1. 解析HTML(Parse HTML)

在解析HTML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,会启动一个预解析线程,率先去下载外部的CSS文件与JS文件。

如果主线程解析到link标签位置,此时外部的CSS文件还没有下载好,主线程不会等待好,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。这就是为什么CSS不会阻塞HTML解析的根本原因。

如果主线程解析到script标签位置,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代码的执行可能会修改当前的的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。

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、行内样式均会包含在CSSOM树中。

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2. 样式计算(Recalculate Style)

主线程会遍历得到的DOM树,以此为树中的每一个节点计算出它最终的样式,称之为Computed Style。在这一过程中,样式预设值会变成决定值,例如red会变成rgb(255,0,9)。相对单位会变成绝对单位,em会变成px

这一步完成后,会得到一颗带有样式的DOM树。

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3. 布局(Layout)

这一节点会根据DOM树生成布局树。

布局阶段会依次遍历DOM树的每一个节点,计算每一节点的几何信息。例如节点的宽高,相对于包含块的位置。

大部分的时候布局树与DOM树并非一一对应。

比如display:none,节点没有几何信息,因为不会生成布局树。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,但他们拥有几何信息,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。

  1. 内容必须放在行盒中
  2. 块盒与行盒不能相邻

如果HTML没有遵循着这两个规则,在生成布局树时,会自动生成对应的匿名行盒与匿名块盒。

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4. 分层 (Layers)

主线程会使用一套复杂的策略对整个布局树进行分层。

分层的好处是将来某一层改变后,仅会对该层进行后续处理,从而提高效率。

滚动条、堆叠上下文、transform、opacity等样式或多或少都会影响分层的结果,也可以通过will-change属性更大程度的影响分层的结果。

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5. 绘制(Paint)

主线程会为每一个图层单纯产生绘制指令集,用于描述这个图层如何绘制出来。

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6. 分块(Tiling)

完成绘制之后,主线程会将每一个图层的绘制信息交给合成线程,剩余的工作有合成线程完成。

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合成线程会对每一个图层进行分块,将其划分为更多的小区域。

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7. 光栅化(Raster)

合成线程会将块信息交给浏览器的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。

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8. 画(Draw)

光栅化后,合成线程拿到生成的位图后,会生成一个个指引(quad) 信息。

合成线程会把指引(quad) 提交给浏览器的GPU进程,由浏览器的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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指引信息会标志每个位图应该画屏幕的哪个位置。以及考虑到旋转、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。

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面试题:什么是reflow?

reflow的本质是重新计算layout树。

当进行了会影响布局的操作后,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代码全部完成后在进行统一计算。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获取布局属性时,就可能无法获取最新的布局信息。

浏览器在反复权衡下,最终决定立即reflow。

面试题:什么是repaint?

repaint的本质就是根据分层信息重新计算绘制指令

当改动了可见的样式,就要重新计算,会引发repaint

由于元素布局信息也属于可见的样式,所以reflow一定会引发repaint

面试题: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,它只影响渲染流程的最后一个步骤:画(Draw)

由于draw阶段在合成线程,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繁忙,也不会影响transform的变化。