【JavaScript】深入讲解浏览器渲染原理

news2024/12/22 22:50:28

一. 浏览器是如何渲染页面的?


当浏览器的网络线程收到 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。

渲染(html 字符串 -> 像素信息)时间点:

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渲染进程(沙盒 -> 安全 -> 不能调用操作系统)包括渲染主线程和合成线程。

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,整个渲染流程就形成了一套组织严密的生产流水线。


1. 渲染第一步就是解析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中的外部CSS文件和外部的JS文件。

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渲染流水线:

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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。

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。预解析线程可以分担一点下载 JS 的任务。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。这就是 JS 会阻塞 HTML 解析的根本原因。

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第一步(解析 HTML)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。

CSS 属性值的计算过程:层叠,继承。

视觉格式化模型:盒模型,包含块。

HTML里面的样式表:浏览器默认样式表,行内样式表(<div style='xxx'></div>),外部样式表(link),内部样式表(style)

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浏览器默认样式表(Chrome 源码规定 源码):

部分截图


2. 渲染的下一步是样式计算。

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。

这一步完成后,会得到一颗带有样式的 DOM 树。

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3. 接下来是布局,布局完成后会得到布局树。

大部分时候,DOM 树和 Layout 树不一定是一一对应的。布局树只会展示 DOM 树下的几何信息。(例如: display:none 不会展示)

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内容必须在行盒(css 的说法)中。(行级元素,块级元素是 html 元素)

行盒与块盒不能相邻(如图中的 p标签 和 b内容)。

DOM 数里面存放 JS 对象,而 Layout 数里面存放 C++ 对象。

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——对应。


4. 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,将来某一个层改变后,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 等样式或多或者的影响分层结果,也可以通过 will-change 属性更大程度的影响分层结果。

Chrome 里面是 Layers ,Edge 里面是 3D View。

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可以操作查看分层结构,具体表现为与堆叠上下文有关的属性(比如 z-index, opacity, transform)。


5. 再下一步是绘制。

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。


完成绘制后,渲染主线程的工作结束。

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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。


6. 分块(Tiles)。

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。

他会从线程池中拿取多个线程来完成分块工作。

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7. 分块完成后,进入光栅化(Raster)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。

CPU 进程会开启多个线程来完成光珊化,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(每个像素点的信息)。

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8. 最后一个阶段就是画。

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。

指引信息会识别出每个位图应该画到屏幕的哪个位置,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 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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完整过程:

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二. 常见面试题

1. 什么是 reflow?

reflow的本质就是重新计算layout树。

当进行了会影响布局树的操作后,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。

也同样如此,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。

2. 什么是 repaint?

repaint 的本质就是重新根据分层信息计算了绘制指令。

当改动了可见样式后,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 repaint。

3. 为什么 transform 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「draw」阶段。

由于draw阶段在合成线程中,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忙碌,也不会影响transform的变化。比如滚动条滚动。

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