深入浏览器的渲染原理

一、网页的解析过程

大家有没有深入思考过：一个网页URL从输入到浏览器中，到显示经历过怎么样的解析过程呢？

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要想深入理解下载的过程，我们还要先理解，一个index.html被下载下来后是如何被解析和显示在浏览器上的

二、浏览器渲染流程

1.浏览器的内核

常见的浏览器内核有

Trident （三叉戟）：IE、360安全浏览器、搜狗高速浏览器、百度浏览器、UC浏览器；
Gecko（壁虎）：Mozilla Firefox；
Presto（急板乐曲）-> Blink （眨眼）：Opera
Webkit ：Safari、360极速浏览器、搜狗高速浏览器、移动端浏览器（Android、iOS）
Webkit -> Blink ：Google Chrome，Edge

我们经常说的浏览器内核指的是浏览器的排版引擎：

排版引擎（layout engine），也称为浏览器引擎（browser engine）、页面渲染引擎（rendering engine）或样版引擎。

也就是一个网页下载下来后，就是由我们的渲染引擎来帮助我们解析的。

2.渲染引擎如何解析页面呢？

渲染引擎在拿到一个页面后，如何解析整个页面并且最终呈现出我们的网页呢？

我们之前学习过下面的这幅图，现在让我们更加详细的学习它的过程；

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3.渲染页面的详细流程

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https://www.html5rocks.com/en/tutorials/internals/howbrowserswork

3.1 解析一：HTML解析过程

因为默认情况下服务器会给浏览器返回index.html文件，所以解析HTML是所有步骤的开始：

解析HTML，会构建DOM Tree：

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3.2 解析二 – 生成CSS规则

在解析的过程中，如果遇到CSS的link元素，那么会由浏览器负责下载对应的CSS文件：

注意：下载CSS文件是不会影响DOM的解析的；

浏览器下载完CSS文件后，就会对CSS文件进行解析，解析出对应的规则树：

我们可以称之为 CSSOM（CSS Object Model，CSS对象模型）；

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3.3 解析三 – 构建Render Tree

有了DOM Tree和 CSSOM Tree后，就可以两个结合来构建Render Tree了

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注意一：link元素不会阻塞DOM Tree的构建过程，但是会阻塞Render Tree的构建过程

这是因为Render Tree在构建时，需要对应的CSSOM Tree；

注意二：Render Tree和DOM Tree并不是一一对应的关系，比如对于display为none的元素，压根不会出现在render tree中；

3.4 解析四 – 布局（layout）和绘制（Paint）

第四步是在渲染树（Render Tree）上运行布局（Layout）以计算每个节点的几何体。

渲染树会表示显示哪些节点以及其他样式，但是不表示每个节点的尺寸、位置等信息；
布局是确定呈现树中所有节点的宽度、高度和位置信息；

第五步是将每个节点绘制（Paint）到屏幕上

在绘制阶段，浏览器将布局阶段计算的每个frame转为屏幕上实际的像素点；
包括将元素的可见部分进行绘制，比如文本、颜色、边框、阴影、替换元素（比如img）

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三、回流和重绘解析

1.回流和重绘

理解回流reflow：（也可以称之为重排）

第一次确定节点的大小和位置，称之为布局（layout）。
之后对节点的大小、位置修改重新计算称之为回流。

什么情况下引起回流呢？

比如DOM结构发生改变（添加新的节点或者移除节点）；
比如改变了布局（修改了width、height、padding、font-size等值）
比如窗口resize（修改了窗口的尺寸等）
比如调用getComputedStyle方法获取尺寸、位置信息；

理解重绘repaint：

第一次渲染内容称之为绘制（paint）。
之后重新渲染称之为重绘。

什么情况下会引起重绘呢？

比如修改背景色、文字颜色、边框颜色、样式等；

回流一定会引起重绘，所以回流是一件很消耗性能的事情。

所以在开发中要尽量避免发生回流：

1.修改样式时尽量一次性修改

比如通过cssText修改，比如通过添加class修改

2.尽量避免频繁的操作DOM

我们可以在一个DocumentFragment或者父元素中将要操作的DOM操作完成，再一次性的操作；

3.尽量避免通过getComputedStyle获取尺寸、位置等信息；

4.对某些元素使用position的absolute或者fixed

并不是不会引起回流，而是开销相对较小，不会对其他元素造成影响。

四、合成和性能优化

1.特殊解析 – composite合成

绘制的过程，可以将布局后的元素绘制到多个合成图层中。

这是浏览器的一种优化手段；

默认情况下，标准流中的内容都是被绘制在同一个图层（Layer）中的；

而一些特殊的属性，会创建一个新的合成层（ CompositingLayer ），并且新的图层可以利用GPU来加速绘制；

因为每个合成层都是单独渲染的；

那么哪些属性可以形成新的合成层呢？常见的一些属性：

3D transforms
video、canvas、iframe
opacity 动画转换时；
position: fixed
will-change：一个实验性的属性，提前告诉浏览器元素可能发生哪些变化；
animation 或 transition 设置了opacity、transform；

分层确实可以提高性能，但是它以内存管理为代价，因此不应作为 web 性能优化策略的一部分过度使用。

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2.script元素和页面解析的关系

我们现在已经知道了页面的渲染过程，但是JavaScript在哪里呢？

事实上，浏览器在解析HTML的过程中，遇到了script元素是不能继续构建DOM树的；
它会停止继续构建，首先下载JavaScript代码，并且执行JavaScript的脚本；
只有等到JavaScript脚本执行结束后，才会继续解析HTML，构建DOM树；

为什么要这样做呢？

这是因为JavaScript的作用之一就是操作DOM，并且可以修改DOM；
如果我们等到DOM树构建完成并且渲染再执行JavaScript，会造成严重的回流和重绘，影响页面的性能；
所以会在遇到script元素时，优先下载和执行JavaScript代码，再继续构建DOM树；

但是这个也往往会带来新的问题，特别是现代页面开发中：

在目前的开发模式中（比如Vue、React），脚本往往比HTML页面更“重”，处理时间需要更长；
所以会造成页面的解析阻塞，在脚本下载、执行完成之前，用户在界面上什么都看不到；

为了解决这个问题，script元素给我们提供了两个属性（attribute）：defer和async。

五、defer和async属性

1.defer属性

defer 属性告诉浏览器不要等待脚本下载，而继续解析HTML，构建DOM Tree。

脚本会由浏览器来进行下载，但是不会阻塞DOM Tree的构建过程；
如果脚本提前下载好了，它会等待DOM Tree构建完成，在DOMContentLoaded事件之前先执行defer中的代码；

所以DOMContentLoaded总是会等待defer中的代码先执行完成。

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另外多个带defer的脚本是可以保持正确的顺序执行的。

从某种角度来说，defer可以提高页面的性能，并且推荐放到head元素中；

注意：defer仅适用于外部脚本，对于script默认内容会被忽略。

2.async属性

async 特性与 defer 有些类似，它也能够让脚本不阻塞页面。

async是让一个脚本完全独立的：

浏览器不会因 async 脚本而阻塞（与 defer 类似）；
async脚本不能保证顺序，它是独立下载、独立运行，不会等待其他脚本；
async不能保证在DOMContentLoaded之前或者之后执行；

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defer通常用于需要在文档解析后操作DOM的JavaScript代码，并且对多个script文件有顺序要求的；

async通常用于独立的脚本，对其他脚本，甚至DOM没有依赖的；