浏览器工作原理之渲染流程

渲染流程

  从资源的下载到最终的页面展现,渲染流程可简单地理解成一个线性串联的变换过程的组合,原始输入为URL地址,最终输出为页面Bitmap,中间依次经过了Loader、Parser、Layout和Paint模块

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  渲染引擎的核心流程如下所示

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1⃣️ Loader

  Loader模块负责处理所有的HTTP请求以及网络资源的缓存,相当于是从URL输入到Page Resource输出的变换过程。HTML页面中通常有外链的JS/CSS/Image资源,为了不阻塞后续解析过程,一般会有两个IO管道同时存在,一个负责主页面下载,一个负责各种外链资源的下载

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  注意:虽然大部分情况下不同资源可以并发下载异步解析(如图片资源可以在主页面解析显示完成后再被显示),但JS脚本可能会要求改变页面,因此有时保持执行顺序和下载管道后续处理的阻塞是不可避免的

2⃣️ Parser

  1、解析HTML

  Parser模块主要负责解析HTML页面,完成从HTML文本到HTML语法树再到文档对象树(Document Object Model Tree,DOM Tree)的映射过程

  HTML语法树生成是一个典型的语法解析过程,可以分成两个子过程:词法解析和语法解析

  词法解析按照词法规则(如正则表达式)将HTML文本分割成大量的标记(token),并去除其中无关的字符如空格。语法解析按照语法规则(如上下文无关文法)匹配Token序列生成语法树,通常有自上而下和自下而上两种匹配方式

  浏览器内核中对HTML页面真正的内部表示并不是语法树,而是W3C组织规范的文档对象模型(Document Object Model,DOM)。DOM也是树形结构,以Document对象为根。DOM节点基本和HTML语法树节点一一对应,因此在语法解析过程中,通常直接生成最终的DOM树;

  2、解析CSS

  页面中所有的CSS由样式表CSSStyleSheet集合构成,而CSSStyleSheet是一系列CSSRule的集合,每一条CSSRule则由选择器CSSStyleSelector部分和声明CSSStyleDeclaration部分构成,而CSSStyleDeclaration是CSS属性和值的Key-Value集合

  CSS解析完毕后会进行CSSRule的匹配过程,即寻找满足每条CSS规则Selector部分的HTML元素,然后将其Declaration部分应用于该元素。实际的规则匹配过程会考虑到默认和继承的CSS属性、匹配的效率及规则的优先级等因素

  3、解析Javascript

  JavaScript一般由单独的脚本引擎解析执行,它的作用通常是动态地改变DOM树(比如为DOM节点添加事件响应处理函数),即根据时间(timer)或事件(event)映射一棵DOM树到另一棵DOM树。

  简单来说,经过了Parser模块的处理,内核把页面文本转换成了一棵节点带CSS Style、会响应自定义事件的Styled DOM树;

3⃣️ layout

  Layout过程就是排版,它包含两大过程

  1、创建渲染树

  布局树(或者叫做渲染树、Render Tree)和DOM树大体能一一对应,两者在内核中同时存在但作用不同。DOM树是HTML文档的对象表示,同时也作为JavaScript操纵HTML的对象接口。Render树是DOM树的排版表示,用以计算可视DOM节点的布局信息(如宽、高、坐标)和后续阶段的绘制显示

  注意:并非所有DOM节点都可视,也就是并非所有DOM树节点都会对应生成一个Render树节点。例如head标签(HTMLHeadElement节点)不表示任何排版区域,因而没有对应的Render节点。同时,DOM树可视节点的CSS Style就是其对应Render树节点的Style

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 2、计算布局

  布局就是安排和计算页面中每个元素大小位置等几何信息的过程。HTML采用流式布局模型,基本的原则是页面元素在顺序遍历过程中依次按从左至右、从上至下的排列方式确定各自的位置区域

  一个HTML元素对应一个以CSS盒子模型描述的方块区域,HTML元素分成两个基本类型,Inline和Block。Inline元素不会换行,按从左到右来布局。Block元素的出现意味着需要从上至下换到下一行来布局。除了这种基本的顺序按照元素的Inline和Block来进行流式布局之外,还有特殊指定的一些布局方式,如Absolute/Fixed/Relative三种定位布局以及Float浮动布局

  简单情况下,布局可以顺序遍历一次Render树完成,但也有需要迭代的情况。当祖先元素的大小位置依赖于后代元素或者互相依赖时,一次遍历就无法完成布局,如Table元素的宽高未明确指定而其下某一子元素Tr指定其高度为父Table高度的30%的情况

  经过了Layout阶段的处理,把带Style的DOM树变换成包含布局信息和绘制信息的Render树,接下来的显示工作就交由Paint模块进行操作了

4⃣️ Paint

  Paint模块负责将Render树映射成可视的图形,它会遍历Render树调用每个Render节点的绘制方法将其内容显示在一块画布或者位图上,并最终呈现在浏览器应用窗口中成为用户看到的实际页面。每个节点对应的大小位置等信息都已经由Layout阶段计算好了,节点的内容取决于对应的HTML元素,或是文本,或是图片,或是UI控件

  通常情况下,布局和绘制是相当耗时的操作。如果DOM树每次略有改动都要重新布局和绘制一次,效率会相当低下。因此,一般浏览内核都会实现一种增量布局和增量绘制的方式。当一个DOM树节点(或者它的子节点)内容或者样式发生变化时,内核会确定其影响范围,在布局阶段会标记出受该节点布局影响的其他节点(比如可能是子节点),在绘制阶段则会标记出一个Dirty区域并通知系统重绘

  按照HTML相关规范,页面元素的CSS属性也规定了其绘制顺序,如根据不同Layer必须按顺序绘制,否则覆盖叠加效果会出现错误,如元素的边框轮廓和内容背景的绘制次序也有规定;


 

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