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你不知道的瀏覽器頁(yè)面渲染機(jī)制

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摘要：前言瀏覽器的內(nèi)核是指支持瀏覽器運(yùn)行的最核心的程序，分為兩個(gè)部分的，一是渲染引擎，另一個(gè)是引擎。渲染引擎在不同的瀏覽器中也不是都相同的。接下來(lái)就是瀏覽器的渲染過(guò)程。布局完成后，瀏覽器會(huì)立即發(fā)出和事件，將渲染樹轉(zhuǎn)換成屏幕上的像素。

前言

瀏覽器的內(nèi)核是指支持瀏覽器運(yùn)行的最核心的程序，分為兩個(gè)部分的，一是渲染引擎，另一個(gè)是JS引擎。渲染引擎在不同的瀏覽器中也不是都相同的。目前市面上常見(jiàn)的瀏覽器內(nèi)核可以分為這四種：Trident（IE）、Gecko（火狐）、Blink（Chrome、Opera）、Webkit（Safari）。這里面大家最耳熟能詳?shù)目赡芫褪?Webkit 內(nèi)核了，Webkit 內(nèi)核是當(dāng)下瀏覽器世界真正的霸主。本文我們就以 Webkit 為例，對(duì)現(xiàn)代瀏覽器的渲染過(guò)程進(jìn)行一個(gè)深度的剖析。

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頁(yè)面加載過(guò)程

在介紹瀏覽器渲染過(guò)程之前，我們簡(jiǎn)明扼要介紹下頁(yè)面的加載過(guò)程，有助于更好理解后續(xù)渲染過(guò)程。

要點(diǎn)如下：

瀏覽器根據(jù) DNS 服務(wù)器得到域名的 IP 地址

向這個(gè) IP 的機(jī)器發(fā)送 HTTP 請(qǐng)求

服務(wù)器收到、處理并返回 HTTP 請(qǐng)求

瀏覽器得到返回內(nèi)容

例如在瀏覽器輸入https://juejin.im/timeline，然后經(jīng)過(guò) DNS 解析，juejin.im對(duì)應(yīng)的 IP 是36.248.217.149（不同時(shí)間、地點(diǎn)對(duì)應(yīng)的 IP 可能會(huì)不同）。然后瀏覽器向該 IP 發(fā)送 HTTP 請(qǐng)求。

服務(wù)端接收到 HTTP 請(qǐng)求，然后經(jīng)過(guò)計(jì)算（向不同的用戶推送不同的內(nèi)容），返回 HTTP 請(qǐng)求，返回的內(nèi)容如下：

其實(shí)就是一堆 HMTL 格式的字符串，因?yàn)橹挥?HTML 格式瀏覽器才能正確解析，這是 W3C 標(biāo)準(zhǔn)的要求。接下來(lái)就是瀏覽器的渲染過(guò)程。

瀏覽器渲染過(guò)程

瀏覽器渲染過(guò)程大體分為如下三部分：

1）瀏覽器會(huì)解析三個(gè)東西：

一是HTML/SVG/XHTML，HTML字符串描述了一個(gè)頁(yè)面的結(jié)構(gòu)，瀏覽器會(huì)把HTML結(jié)構(gòu)字符串解析轉(zhuǎn)換DOM樹形結(jié)構(gòu)。

二是CSS，解析CSS會(huì)產(chǎn)生CSS規(guī)則樹，它和DOM結(jié)構(gòu)比較像。

三是Javascript腳本，等到Javascript 腳本文件加載后， 通過(guò) DOM API 和 CSSOM API 來(lái)操作 DOM Tree 和 CSS Rule Tree。

2）解析完成后，瀏覽器引擎會(huì)通過(guò)DOM Tree 和 CSS Rule Tree 來(lái)構(gòu)造 Rendering Tree。

Rendering Tree 渲染樹并不等同于DOM樹，渲染樹只會(huì)包括需要顯示的節(jié)點(diǎn)和這些節(jié)點(diǎn)的樣式信息。

CSS 的 Rule Tree主要是為了完成匹配并把CSS Rule附加上Rendering Tree上的每個(gè)Element（也就是每個(gè)Frame）。

然后，計(jì)算每個(gè)Frame 的位置，這又叫l(wèi)ayout和reflow過(guò)程。

3）最后通過(guò)調(diào)用操作系統(tǒng)Native GUI的API繪制。 
接下來(lái)我們針對(duì)這其中所經(jīng)歷的重要步驟詳細(xì)闡述
構(gòu)建DOM

瀏覽器會(huì)遵守一套步驟將HTML 文件轉(zhuǎn)換為 DOM 樹。宏觀上，可以分為幾個(gè)步驟：

瀏覽器從磁盤或網(wǎng)絡(luò)讀取HTML的原始字節(jié)，并根據(jù)文件的指定編碼（例如 UTF-8）將它們轉(zhuǎn)換成字符串。

在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)膬?nèi)容其實(shí)都是 0 和 1 這些字節(jié)數(shù)據(jù)。當(dāng)瀏覽器接收到這些字節(jié)數(shù)據(jù)以后，它會(huì)將這些字節(jié)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為字符串，也就是我們寫的代碼。

將字符串轉(zhuǎn)換成Token，例如：、等。Token中會(huì)標(biāo)識(shí)出當(dāng)前Token是“開始標(biāo)簽”或是“結(jié)束標(biāo)簽”亦或是“文本”等信息。

這時(shí)候你一定會(huì)有疑問(wèn)，節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系如何維護(hù)？

事實(shí)上，這就是Token要標(biāo)識(shí)“起始標(biāo)簽”和“結(jié)束標(biāo)簽”等標(biāo)識(shí)的作用。例如“title”Token的起始標(biāo)簽和結(jié)束標(biāo)簽之間的節(jié)點(diǎn)肯定是屬于“head”的子節(jié)點(diǎn)。

上圖給出了節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系，例如：“Hello”Token位于“title”開始標(biāo)簽與“title”結(jié)束標(biāo)簽之間，表明“Hello”Token是“title”Token的子節(jié)點(diǎn)。同理“title”Token是“head”Token的子節(jié)點(diǎn)。

生成節(jié)點(diǎn)對(duì)象并構(gòu)建DOM

事實(shí)上，構(gòu)建DOM的過(guò)程中，不是等所有Token都轉(zhuǎn)換完成后再去生成節(jié)點(diǎn)對(duì)象，而是一邊生成Token一邊消耗Token來(lái)生成節(jié)點(diǎn)對(duì)象。換句話說(shuō)，每個(gè)Token被生成后，會(huì)立刻消耗這個(gè)Token創(chuàng)建出節(jié)點(diǎn)對(duì)象。注意：帶有結(jié)束標(biāo)簽標(biāo)識(shí)的Token不會(huì)創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)對(duì)象。

接下來(lái)我們舉個(gè)例子，假設(shè)有段HTML文本：



    Web page parsing


    

        
Web page parsing

        
This is an example Web page.

上面這段HTML會(huì)解析成這樣：

構(gòu)建CSSOM

DOM會(huì)捕獲頁(yè)面的內(nèi)容，但瀏覽器還需要知道頁(yè)面如何展示，所以需要構(gòu)建CSSOM。

構(gòu)建CSSOM的過(guò)程與構(gòu)建DOM的過(guò)程非常相似，當(dāng)瀏覽器接收到一段CSS，瀏覽器首先要做的是識(shí)別出Token，然后構(gòu)建節(jié)點(diǎn)并生成CSSOM。

在這一過(guò)程中，瀏覽器會(huì)確定下每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的樣式到底是什么，并且這一過(guò)程其實(shí)是很消耗資源的。因?yàn)闃邮侥憧梢宰孕性O(shè)置給某個(gè)節(jié)點(diǎn)，也可以通過(guò)繼承獲得。在這一過(guò)程中，瀏覽器得遞歸 CSSOM 樹，然后確定具體的元素到底是什么樣式。

注意：CSS匹配HTML元素是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜和有性能問(wèn)題的事情。所以，DOM樹要小，CSS盡量用id和class，千萬(wàn)不要過(guò)渡層疊下去。

構(gòu)建渲染樹

當(dāng)我們生成 DOM 樹和 CSSOM 樹以后，就需要將這兩棵樹組合為渲染樹。

在這一過(guò)程中，不是簡(jiǎn)單的將兩者合并就行了。渲染樹只會(huì)包括需要顯示的節(jié)點(diǎn)和這些節(jié)點(diǎn)的樣式信息，如果某個(gè)節(jié)點(diǎn)是 display: none 的，那么就不會(huì)在渲染樹中顯示。

我們或許有個(gè)疑惑：瀏覽器如果渲染過(guò)程中遇到JS文件怎么處理？

渲染過(guò)程中，如果遇到

布局與繪制

當(dāng)瀏覽器生成渲染樹以后，就會(huì)根據(jù)渲染樹來(lái)進(jìn)行布局（也可以叫做回流）。這一階段瀏覽器要做的事情是要弄清楚各個(gè)節(jié)點(diǎn)在頁(yè)面中的確切位置和大小。通常這一行為也被稱為“自動(dòng)重排”。

布局流程的輸出是一個(gè)“盒模型”，它會(huì)精確地捕獲每個(gè)元素在視口內(nèi)的確切位置和尺寸，所有相對(duì)測(cè)量值都將轉(zhuǎn)換為屏幕上的絕對(duì)像素。

布局完成后，瀏覽器會(huì)立即發(fā)出“Paint Setup”和“Paint”事件，將渲染樹轉(zhuǎn)換成屏幕上的像素。

以上我們?cè)敿?xì)介紹了瀏覽器工作流程中的重要步驟，接下來(lái)我們討論幾個(gè)相關(guān)的問(wèn)題：
幾點(diǎn)補(bǔ)充說(shuō)明 1.async和defer的作用是什么？有什么區(qū)別?

接下來(lái)我們對(duì)比下 defer 和 async 屬性的區(qū)別：

其中藍(lán)色線代表JavaScript加載；紅色線代表JavaScript執(zhí)行；綠色線代表 HTML 解析。

1）情況1

沒(méi)有 defer 或 async，瀏覽器會(huì)立即加載并執(zhí)行指定的腳本，也就是說(shuō)不等待后續(xù)載入的文檔元素，讀到就加載并執(zhí)行。

2）情況2 (異步下載)

async 屬性表示異步執(zhí)行引入的 JavaScript，與 defer 的區(qū)別在于，如果已經(jīng)加載好，就會(huì)開始執(zhí)行——無(wú)論此刻是 HTML 解析階段還是 DOMContentLoaded 觸發(fā)之后。需要注意的是，這種方式加載的 JavaScript 依然會(huì)阻塞 load 事件。換句話說(shuō)，async-script 可能在 DOMContentLoaded 觸發(fā)之前或之后執(zhí)行，但一定在 load 觸發(fā)之前執(zhí)行。

3）情況3 (延遲執(zhí)行)

defer 屬性表示延遲執(zhí)行引入的 JavaScript，即這段 JavaScript 加載時(shí) HTML 并未停止解析，這兩個(gè)過(guò)程是并行的。整個(gè) document 解析完畢且 defer-script 也加載完成之后（這兩件事情的順序無(wú)關(guān)），會(huì)執(zhí)行所有由 defer-script 加載的 JavaScript 代碼，然后觸發(fā) DOMContentLoaded 事件。

defer 與相比普通 script，有兩點(diǎn)區(qū)別：**載入 JavaScript 文件時(shí)不阻塞 HTML 的解析，執(zhí)行階段被放到 HTML 標(biāo)簽解析完成之后。
在加載多個(gè)JS腳本的時(shí)候，async是無(wú)順序的加載，而defer是有順序的加載。**

2.為什么操作 DOM 慢

把 DOM 和 JavaScript 各自想象成一個(gè)島嶼，它們之間用收費(fèi)橋梁連接。——《高性能 JavaScript》

JS 是很快的，在 JS 中修改 DOM 對(duì)象也是很快的。在JS的世界里，一切是簡(jiǎn)單的、迅速的。但 DOM 操作并非 JS 一個(gè)人的獨(dú)舞，而是兩個(gè)模塊之間的協(xié)作。

因?yàn)?DOM 是屬于渲染引擎中的東西，而 JS 又是 JS 引擎中的東西。當(dāng)我們用 JS 去操作 DOM 時(shí)，本質(zhì)上是 JS 引擎和渲染引擎之間進(jìn)行了“跨界交流”。這個(gè)“跨界交流”的實(shí)現(xiàn)并不簡(jiǎn)單，它依賴了橋接接口作為“橋梁”（如下圖）。

過(guò)“橋”要收費(fèi)——這個(gè)開銷本身就是不可忽略的。我們每操作一次 DOM（不管是為了修改還是僅僅為了訪問(wèn)其值），都要過(guò)一次“橋”。過(guò)“橋”的次數(shù)一多，就會(huì)產(chǎn)生比較明顯的性能問(wèn)題。因此“減少 DOM 操作”的建議，并非空穴來(lái)風(fēng)。

3.你真的了解回流和重繪嗎

渲染的流程基本上是這樣（如下圖黃色的四個(gè)步驟）：1.計(jì)算CSS樣式 2.構(gòu)建Render Tree 3.Layout – 定位坐標(biāo)和大小 4.正式開畫

注意：上圖流程中有很多連接線，這表示了Javascript動(dòng)態(tài)修改了DOM屬性或是CSS屬性會(huì)導(dǎo)致重新Layout，但有些改變不會(huì)重新Layout，就是上圖中那些指到天上的箭頭，比如修改后的CSS rule沒(méi)有被匹配到元素。

這里重要要說(shuō)兩個(gè)概念，一個(gè)是Reflow，另一個(gè)是Repaint

重繪：當(dāng)我們對(duì) DOM 的修改導(dǎo)致了樣式的變化、卻并未影響其幾何屬性（比如修改了顏色或背景色）時(shí)，瀏覽器不需重新計(jì)算元素的幾何屬性、直接為該元素繪制新的樣式（跳過(guò)了上圖所示的回流環(huán)節(jié)）。

回流：當(dāng)我們對(duì) DOM 的修改引發(fā)了 DOM 幾何尺寸的變化（比如修改元素的寬、高或隱藏元素等）時(shí)，瀏覽器需要重新計(jì)算元素的幾何屬性（其他元素的幾何屬性和位置也會(huì)因此受到影響），然后再將計(jì)算的結(jié)果繪制出來(lái)。這個(gè)過(guò)程就是回流（也叫重排）

我們知道，當(dāng)網(wǎng)頁(yè)生成的時(shí)候，至少會(huì)渲染一次。在用戶訪問(wèn)的過(guò)程中，還會(huì)不斷重新渲染。重新渲染會(huì)重復(fù)回流+重繪或者只有重繪。
回流必定會(huì)發(fā)生重繪，重繪不一定會(huì)引發(fā)回流。重繪和回流會(huì)在我們?cè)O(shè)置節(jié)點(diǎn)樣式時(shí)頻繁出現(xiàn)，同時(shí)也會(huì)很大程度上影響性能。回流所需的成本比重繪高的多，改變父節(jié)點(diǎn)里的子節(jié)點(diǎn)很可能會(huì)導(dǎo)致父節(jié)點(diǎn)的一系列回流。

1）常見(jiàn)引起回流屬性和方法

任何會(huì)改變?cè)貛缀涡畔?元素的位置和尺寸大小)的操作，都會(huì)觸發(fā)回流，

添加或者刪除可見(jiàn)的DOM元素；

元素尺寸改變——邊距、填充、邊框、寬度和高度

內(nèi)容變化，比如用戶在input框中輸入文字

瀏覽器窗口尺寸改變——resize事件發(fā)生時(shí)

計(jì)算 offsetWidth 和 offsetHeight 屬性

設(shè)置 style 屬性的值

2）常見(jiàn)引起重繪屬性和方法

3）如何減少回流、重繪

使用 transform 替代 top

使用 visibility 替換 display: none ，因?yàn)榍罢咧粫?huì)引起重繪，后者會(huì)引發(fā)回流（改變了布局）

不要把節(jié)點(diǎn)的屬性值放在一個(gè)循環(huán)里當(dāng)成循環(huán)里的變量。

for(let i = 0; i < 1000; i++) {
    // 獲取 offsetTop 會(huì)導(dǎo)致回流，因?yàn)樾枰カ@取正確的值
    console.log(document.querySelector(".test").style.offsetTop)
}

不要使用 table 布局，可能很小的一個(gè)小改動(dòng)會(huì)造成整個(gè) table 的重新布局

動(dòng)畫實(shí)現(xiàn)的速度的選擇，動(dòng)畫速度越快，回流次數(shù)越多，也可以選擇使用 requestAnimationFrame

CSS 選擇符從右往左匹配查找，避免節(jié)點(diǎn)層級(jí)過(guò)多

將頻繁重繪或者回流的節(jié)點(diǎn)設(shè)置為圖層，圖層能夠阻止該節(jié)點(diǎn)的渲染行為影響別的節(jié)點(diǎn)。比如對(duì)于 video 標(biāo)簽來(lái)說(shuō)，瀏覽器會(huì)自動(dòng)將該節(jié)點(diǎn)變?yōu)閳D層。

性能優(yōu)化策略

基于上面介紹的瀏覽器渲染原理，DOM 和 CSSOM 結(jié)構(gòu)構(gòu)建順序，初始化可以對(duì)頁(yè)面渲染做些優(yōu)化，提升頁(yè)面性能。

JS優(yōu)化：

參考文章

async 和 defer 的區(qū)別 | SegmentFault

瀏覽器的渲染原理簡(jiǎn)介

前端面試之道

關(guān)鍵渲染路徑

前端性能優(yōu)化原理與實(shí)踐

由入門到專家：前端全鏈路開發(fā)實(shí)踐手冊(cè)

Web 前端面試指南與高頻考題解析

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