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游览器解析与渲染

🔖 web前端 👀 348 🕒 2019-02-17 👨‍🎓 戡玉

游览器构成

游览器内核

  • 游览器内核也称渲染引擎,主要有3种:
  • Trident内核: IE
  • Webkit内核:Chrome,Safari
  • Gecko内核:FireFox

游览器工作

  1. DNS域名解析
  2. 建立TCP连接
  3. 发送HTTP请求
  4. 服务器处理请求
  5. 返回响应结果
  6. 关闭TCP连接
  7. 浏览器解析渲染

游览器解析与渲染

DNS域名解析

我们在游览器输入网址后,游览器会首先会去查找本地hosts文件,检查在该文件中是否有相应的域名、IP对应关系,如果有,则向其IP地址发送请求,如果没有,再去找DNS服务器。

在查询DNS服务器的过程中,客户端首先会向本地DNS服务器发送网址的查询报文,本地DNS服务器再把查询报文转发到根DNS服务器根DNS服务器再根据网址后缀派发指定的节点DNS服务器,然后本地DNS服务器再向这个节点DNS服务器发送查询请求,后者返回该网址对应的ip地址。

本地DNS服务器的缓存中已有节点服务器的地址,则会直接向节点服务器发送查询请求,因此请求根域名服务器这一步不是必需的。

从客户端到本地服务器属于递归查询,而DNS服务器之间的交互属于迭代查询

建立TCP链接

拿到服务器ip地址后,游览器客户端会开始与服务器进行交互,建立TCP链接,这个过程涉及三次握手,握手结束,则代表链接建立成功。

发送HTTP请求

与服务器建立了连接后,就可以向服务器发起请求了。请求报文结构如下:

服务器处理请求

服务器端收到请求后的由web服务器(准确说应该是http服务器)处理请求,诸如Apache、Ngnix、IIS等。web服务器解析用户请求,知道了需要调度哪些资源文件,再通过相应的这些资源文件处理用户请求和参数,并调用数据库信息,最后将结果通过web服务器返回给浏览器客户端。

返回响应结果

服务器处理完请求后,就会发送响应结果。响应报文的结构如下:

响应结果中会有对应的HTTP状态码,可分为5类:

关闭TCP连接

为了避免服务器与客户端双方的资源占用和损耗,当双方没有请求或响应传递时,任意一方都可以发起关闭请求。与创建TCP连接的3次握手类似,关闭TCP连接,需要4次握手。

游览器解析渲染

关键渲染路径

浏览器从最初接收请求来的HTML、CSS、javascript等资源,然后解析、构建树、渲染布局、绘制,最后呈现给客户能看到的界面这整个过程——简单来说,就是对游览器渲染过程的描述。

渲染步骤

  1. 解析html,生成dom树
  2. 解析css,生成cssom树
  3. 将dom树和cssom树合并,生成渲染树
  4. 遍历渲染树,开始布局和计算
  5. 绘制渲染树,显示到屏幕

渲染图示

以webkit渲染引擎为例

渲染过程

解析html,生成dom树
  • 当浏览器接收到服务器响应来的HTML文档后,会自上而下扫描文档,开始解析,遍历文档节点,生成DOM树。
  • 整个构建过程其实包括: 字节 -> 字符 -> 令牌 -> 节点对象 -> 对象模型,下面是示例代码和配图:
    <html>
    <head>
      <meta name="viewport" content="width=device-width,initial-scale=1">
      <link href="style.css" rel="stylesheet">
      <title>Critical Path</title>
    </head>
    <body>
      <p>Hello <span>web performance</span> students!</p>
      <div><img src="awesome-photo.jpg"></div>
    </body>
    </html>
解析css,生成cssom树
  • 解析css文件,生成css规则树。
  • 每个css文件都被分析成一个stylesheet对象,每个对象都包含CSS规则。
  • css规则对象包含对应于css语法的选择器和声明对象以及其他对象。
  • 构建过程没有什么特别的差别,下面是示例代码和配图:
    body { font-size: 16px }
    p { font-weight: bold }
    span { color: red }
    p span { display: none }
    img { float: right }
将dom树和cssom树合并,生成渲染树
  • 浏览器会先从dom树的根节点开始遍历每个可见节点,找到其适配的CSS样式规则并应用。
  • 将dom树与cssom树结合在一起,这就是渲染树。

  • 每一个渲染对象都对应着dom节点,但是非视觉(隐藏,不占位)dom元素不会插入渲染树,如<head>元素或声明display: none;的元素。
  • 渲染对象与dom节点不是简单的一对一的关系,一个dom可以对应一个渲染对象,但一个dom元素也可能对应多个渲染对象,因为有很多元素不止包含一个css盒子。(如当文本被折行时,会产生多个行盒,这些行会生成多个渲染对象;又如行内元素同时包含块元素和行内元素,则会创建一个匿名块级盒包含内部行内元素,此时一个dom对应多个渲染对象)
遍历渲染树,开始布局和计算
  • 布局阶段会从渲染树的根节点开始遍历,然后确定每个节点对象在页面上的确切大小与位置。
  • 布局阶段的输出是一个盒子模型,它会精确地捕获每个元素在屏幕内的确切位置与大小,所有相对的测量值也都会被转换为屏幕内的绝对像素值。
绘制渲染树,显示到屏幕
  • 在绘制阶段,浏览器会立即发出Paint Setup与Paint事件,开始将渲染树绘制成像素,绘制所需的时间跟CSS样式的复杂度成正比,绘制完成后,用户就可以看到页面的最终呈现效果了。

相关知识补充

资源并行加载

  • 现代浏览器总是并行加载资源,当html解析器被脚本阻塞时,解析器虽然会停止构建dom,但仍会识别该脚本后面的资源,并进行预加载

重绘/重排/回流

  • 重绘(replaint)——屏幕的一部分重画,不影响整体布局,比如某个CSS的背景色变了,但元素的几何尺寸和位置不变。
  • 重排(relayout)——意味着元件的几何尺寸变了,我们需要重新验证并计算渲染树。
  • 回流(reflow)——Gecko中布局的称谓,同时也是重排的别称,是指渲染树的一部分或全部发生了变化。

js阻塞dom解析

  • 由于js引擎和gui引擎互斥,所以当js执行的时候,gui就会被挂起,dom解析停滞,形成阻塞。
  • 值得注意的是,js只会阻塞后续的dom而不一定是整个dom,也就是说,在这个js前面的dom可以被正确地解析以及渲染(这也是为什么我们把脚本放在页面底部,脚本仍在下载时页面已经可以部分地正常显示)。

css阻塞dom解析

  • 正常情况是不会的,但是当执行的js依赖于css的样式时就会发生,这种情况发生在css文件排在js文件之前
  • 当js执行时,考虑到文档解析,如果样式尚未加载或解析,将会得到错误信息。firefox和webkit浏览器处理策略不同,前者会阻塞所有脚本,后者只会阻塞操作了该文件内声明的样式属性的脚本。
  • 当游览器考虑到js执行需要css时,通过处理策略阻塞js脚本,dom解析自然也就被阻塞了,这也就是css为什么会阻塞dom解析

css阻塞dom渲染

  • 默认情况下,css被视为阻塞dom渲染的资源,这意味着浏览器直至cssom构建完毕之前将不会渲染任何已处理的内容,毕竟渲染树也依赖于cssom树。
  • 这也是为什么我们把样式放在HTML内容之前,以防止被呈现内容发生样式跳动。 当然代价就是显示延迟,所以性能攸关的站点都会内联所有CSS

动态插入js和css时

  • 动态插入的外部样式表或脚本不会阻塞dom解析或渲染。
  • 动态插入的内联样式表或脚本会阻塞dom解析和渲染。
  • 未加入到dom结构的样式表或脚本(外部或内联)不会被下载、解析或执行(Image.src是特例)。
  • 使用innerHTML引入script标签,其中的js不会执行,但link标签会起作用。

改变js阻塞的方式

  • defer是渲染完再执行,async是下载完就执行(即不能保证执行顺序)。
  • defer相比普通script,有两点区别——载入js文件时不阻塞html的解析,执行阶段被放到html标签解析完成之后。
  • async加载的js依然会阻塞load事件。换句话说,async-script可能在 DOMContentLoaded 触发之前或之后执行,但一定在 load 触发之前执行。
  • 两者只在外链js中有效,并且使用document.createElement创建的script默认是async的。

渲染图层

描述

  • 浏览器渲染的图层一般包含两大类:普通图层以及复合图层。
  • 首先,普通文档流内可以理解为一个复合图层,这里称为默认复合层,里面不管添加多少元素,其实都是在同一个复合图层中。
  • 其次,absolute布局(fixed也一样),虽然可以脱离普通文档流,但它仍然属于默认复合层。
  • 然后,可以通过硬件加速的方式,声明一个新的复合图层,它会单独分配资源 (当然也会脱离普通文档流,这样一来,不管这个复合图层中怎么变化,也不会影响默认复合层里的回流重绘)。
  • 可以简单地理解为,GPU中各个复合图层是单独绘制的,所以互不影响,这也是为什么某些场景硬件加速效果一级棒。

absolute和硬件加速的区别

  • 需要强调的是,absolute虽然可以脱离普通文档流,但是无法脱离默认复合层。 所以,就算absolute中信息改变时不会改变普通文档流中render树, 但是,浏览器最终绘制时,是整个复合层绘制的,所以absolute中信息的改变,仍然会影响整个复合层的绘制(浏览器会重绘它,如果复合层中内容多,absolute带来的绘制信息变化过大,资源消耗是非常严重的)。
  • 硬件加速直接就是在另一个复合层了,相当于另起炉灶,所以它的信息改变不会影响默认复合层 (当然了,内部肯定会影响属于自己的复合层),仅仅是引发最后的合成(输出视图)

复合图层的作用

  • 一般一个元素开启硬件加速后会变成复合图层,可以独立于普通文档流中,改动后可以避免整个页面重绘,提升性能。但是尽量不要大量使用复合图层,否则由于资源消耗过度,页面反而会变的更卡

如何变成复合图层(硬件加速)

  • 最常用的方式:translate3d、translateZ
  • opacity属性/过渡动画(需要动画执行的过程中才会创建合成层,动画没有开始或结束后元素还会回到之前的状态)
  • will-chang属性(这个比较偏僻),一般配合opacity与translate使用(而且经测试,除了上述可以引发硬件加速的属性外,其它属性并不会变成复合层), 作用是提前告诉浏览器要变化,这样浏览器会开始做一些优化工作(这个最好用完后就释放)
  • <video><iframe><canvas><webgl>等元素

硬件加速时请使用index

  • 使用硬件加速时,尽可能的使用index,防止浏览器默认给后续的元素创建复合层渲染
  • 具体的原理时这样的: webkit CSS3中,如果这个元素添加了硬件加速,并且index层级比较低, 那么在这个元素的后面其它元素(层级比这个元素高的,或者相同的,并且releative或absolute属性相同的), 会默认变为复合层渲染,如果处理不当会极大的影响性能
  • 简单点理解,其实可以认为是一个隐式合成的概念:如果a是一个复合图层,而且b在a上面,那么b也会被隐式转为一个复合图层,这点需要特别注意

优化手段

针对html

  • html文档结构层次尽量少,最好不深于6层
  • 首屏html可以少量,主体结构动态插入

针对css

  • 使用媒体查询,减少初次cssom树的构建量
  • 尽量用id和class,不要过渡层叠
  • 样式结构层次尽量简单

针对js

  • 使用defer和async,避免对文档的阻塞
  • 可以的话,动态插入js,避免阻塞

针对引入位置

  • css放到head,让cssom树先行构建;js放到</body>前,保证dom树先行构建,不被阻塞
  • 避免js文件的插入跟在css文件之后,避免css解析对js执行的延迟,造成阻塞

针对资源载入

  • 对页面资源进行压缩,对传输进行gzip压缩
  • 利用link标签的rel属性进行预解析,运用http缓存

参考资料