浏览器渲染原理

发布时间:2023年12月24日

上篇:事件循环机制,阅读理解上篇之后本文会更容易理解些。

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,并将其传递给渲染主线程的消息队列。

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. 渲染的第一步是解析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和外部的JS文件。

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,才能解析解析HTML。这是因为JS代码的执行过程可能会修改当前的DOM树,所以DOM树生成必须暂停。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(表示HTML元素结构)和CSSOM树(css元素结构),浏览器的默认样式、内部样式、外部样式、行内样式均包含在CSSOM树中。


  1. 渲染的下一步是样式计算

主线程会把遍历得到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。

之一部完成后,会的大一棵带有样式的DOM树。


  1. 接下来是布局,布局完成后会得到布局树。

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

大部分时候,DOM树和布局树并非一一对应。

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树中不会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. 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等样式都会或多或少的影响分层结果,也可以通过will-change属性更大程度的影响分层结果。(不要滥用will-change,只有当某个位置页面经常性变动,渲染次数过多,导致效率低下、页面卡顿时再来考虑该属性)


  1. 再下一部是绘制(与canvas有点相似)

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。


  1. 完成绘制后,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。

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。

它会从线程池中拿取多个线程来完成分块工作。


  1. 分块完成后,进入光栅化阶段。

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。

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。

光栅化的结果,就是一块一块的位图。


  1. 最后一个阶段就是

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(位图相对屏幕在哪里)。

指引会标识每个位图应该画到屏幕的哪个位置,以及考虑旋转、缩放等变形。

变形会发生在合成线程,与渲染线程主线程无关,这是transform效率高的根本原因。

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。


HTML解析过程遇到CSS代码怎么办?

为了提高解析效率,浏览器会启动一个与解析器率先下载和解析css
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HTML解析过程遇到JS代码怎么办?

渲染主线程遇到JS时必须暂停一切行为,等待下载执行完成后才能继续。预解析线程可以分担一点下载JS的任务。(js代码后续不会用到,只会执行一遍。而HTML,CSS生成的树后续还可能用到)
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DOM树和Layout树不一定是一一对应的

示例图是概略图,大致理解这个意思就好。布局树是其他对象不是document对象。
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内容必须在行盒中,行盒和块盒不能相邻。

分层示例图

edge浏览器
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chrome浏览器
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绘制-Paint

渲染主线程的工作到此为止,剩余步骤交给其他线程完成。
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分块-Tiling

分块的工作是交给多个线程同时进行的。
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光栅化-Raster

此过程会用到GPU加速。
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画-Draw

合成线程计算每个位图在屏幕上的位置,交给GPU进行最终呈现。
合成合成线程是在渲染进程里面,渲染进程是一个沙盒环境。不能直接交给硬件,所以需要GPU中转
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完整过程示例图

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面试题:1、什么是reflow(回流)?
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。
也同样因为如此,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。

面试题:什么是repaint(重绘)?
repaint的本质就是重新根据分层信息计算绘制指令。
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。

面试题:为什么transform效率高?
因为transform即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。

文章来源:https://blog.csdn.net/qq_43583887/article/details/135173965
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