浏览器是如何渲染页面的?

lxf2023-03-17 08:12:01

浏览器如何渲染页面的?

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。

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。


第一步:HTML 解析 - ParseHTML

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其中 DOM( Document Object Model ) 树结构如下
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CSS 树结构如下
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其中 CSSStyleSheet 有 4 种,<style><link><div style="">浏览器默认样式表

chrome 的默认样式表:
div 是块元素不是因为它是 div,而是样式表中div有display: block

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。

解析过程中遇见 CSS 怎么办

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。
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解析过程中遇见 JS 怎么办

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。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。

第二步:样式计算 - Recalculate Style

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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
其他:

  • 你不知道的 CSS 之包含块
  • CSS 属性计算过程

这一步完成后,会得到一棵带有样式的 DOM 树。

第三步: 布局 - Layout

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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。

:::warning 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;浏览器是如何渲染页面的?
  • 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。

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  • 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。浏览器是如何渲染页面的?

布局完成后会得到布局树。

第四步:分层 - Layer

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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 css 的will-change 属性更大程度的影响分层结果。

第五步:绘制 - Paint

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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。
指令内容大概是 1. 将笔尖移动到 (30,30) 2. 画一个 200*300 的矩形 3. 填充颜色为 xxx

这一步结束后,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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第六步:分块 - Tiling

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。
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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。以便后续操作优先处理靠近视口的块。

它会从线程池中拿取多个线程来完成分块工作。
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第七步:光栅化 - Raster

分块结束后,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。
光栅化就是将每个块变成位图,此过程会用到 GPU 加速
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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
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光栅化的结果,就是一块一块的位图

最后一步:画 - Draw

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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。

指引信息就是标识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。

:::tips 为什么合成线程要把 quad 给 GPU 进程中转一下,而不是直接给 GPU 硬件直接画?

  • 合成线程和渲染主线程都是在渲染进程中,而渲染进程是个沙盒,不能产生系统调用
  • GPU 进程不在沙盒里,可产生系统调用 :::

总过程

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什么是 reflow?

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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。

:::info 设置属性不会立即 reflow,读取会立即 reflow; :::

什么是 repaint?

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重绘 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。

为什么 transform 的效率高?

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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。

CodePen Embed - 小球动画, transform不受渲染主线程卡顿影响 CodePen Embed - 滚动条不受渲染主线程卡顿影响