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从输入URL到页面成功展示到浏览器的过程？

主干流程梳理：

知识体系中，最重要的是骨架，脉络。有了骨架后，才方便填充细节。所以，先梳理下主干流程：

  1. 从浏览器接收到url到开启网络请求线程（这一部分涉及浏览器的机制以及进程与线程之间的关系）
  2. 从开启网络线程到发出一个完整的http请求（这一部分涉及到dns查询，tcp/ip请求，五层因特网协议栈等知识）
  3. 从服务器接收到请求到对应后台接收到请求（这一部分可能涉及到负载均衡，安全拦截以及后台内部的处理等等）
  4. 后台和前台的http交互（这一部分包括http头部、响应码、报文结构、cookie,cookie优化，以及编码解码，如gzip压缩等）
  5. 单独拎出来的缓存问题，http的缓存（这部分包括http缓存头部，etag，catch-control等）
  6. 浏览器接收到http数据包后的解析流程（这部分包括dom树、css规则树、合并成render树，然后layout、painting渲染、复合图层合成、GPU绘制、外链资源处理、loaded和domcontentloaded等）
  7. CSS的可视化格式模型（元素的渲染规则，如css三大模型，BFC，IFC等概念）
  8. JS引擎解析过程（JS的解释阶段，预处理阶段，执行阶段生成执行上下文，VO，作用域链、回收机制等等）
  9. 其它（可以拓展不同的知识模块，如跨域，web安全，hybrid模式等等内容）

梳理出主干骨架，然后就需要往骨架上填充细节内容了。

1、从浏览器接收url到开启网络请求线程

1.1 多进程的浏览器

浏览器是多进程的，有一个主控进程，以及每一个tab页面都会新开一个进程（某些情况下多个tab会合并进程）进程可能包括主控进程，插件进程，GPU，tab页（浏览器内核）等等...主要有：

  • Browser进程：浏览器的主进程（负责协调、主控），只有一个。
  • 第三方插件进程：每种类型的插件对应一个进程，仅当使用该插件时才创建。
  • GPU进程：最多一个，用于3D绘制。
  • 浏览器渲染进程（内核（Renderer进程））：默认每个Tab页面一个进程，互不影响，控制页面渲染，脚本执行，事件处理等（有时候会优化，如多个空白tab会合并成一个进程）。

如下图，大多数名字QQ浏览器的进程都是我打开的一个个tab页面。如果你在浏览器新打开一个页面，浏览器就会多一个进程，反之减少一个。

从输入URL到页面成功展示到浏览器的过程？_第1张图片

1.2 多线程的浏览器内核进程（Renderer进程）

因为所有的浏览器内容展示都离不开浏览器内核进程，所以先从浏览器内核进程开始说起，随后穿插其他各大进程。每一个tab页面可以看作是浏览器内核进程，然后这个进程是多线程的，它有几大类子线程：

  • GUI线程

    • 负责渲染浏览器界面，解析HTML，CSS，构建DOM树和RenderObject树，布局和绘制等。
    • 当界面需要重绘（Repaint）或由于某种操作引发回流(reflow)时，该线程就会执行。
    • 注意，GUI渲染线程与JS引擎线程是互斥的。当JS引擎执行时GUI线程会被挂起（相当于被冻结了），GUI更新会被保存在一个队列中等到JS引擎空闲时立即被执行。

  • 事件触发线程

    • 归属于浏览器而不是JS引擎，用来控制事件循环（可以理解，JS引擎自己都忙不过来，需要浏览器另开线程协助）。
    • 当JS引擎执行代码块如setTimeOut时（也可来自浏览器内核的其他线程,如鼠标点击、AJAX异步请求等），会将对应任务添加到事件线程中
    • 当对应的事件符合触发条件被触发时，该线程会把事件添加到待处理队列的队尾，等待JS引擎的处理。
    • 注意，由于JS的单线程关系，所以这些待处理队列中的事件都得排队等待JS引擎处理（当JS引擎空闲时才会去执行）。

  • 定时器线程

    • 传说中的setInterval与setTimeout所在线程。
    • 浏览器定时计数器并不是由JavaScript引擎计数的,（因为JavaScript引擎是单线程的, 如果处于阻塞线程状态就会影响记计时的准确）。
    • 因此通过单独线程来计时并触发定时（计时完毕后，添加到事件队列中，等待JS引擎空闲后执行）。
    • 注意，W3C在HTML标准中规定，规定要求setTimeout中低于4ms的时间间隔算为4ms。

  • JS引擎线程

    • 也称为JS内核，负责处理Javascript脚本程序。（例如V8引擎）。
    • JS引擎线程负责解析Javascript脚本，运行代码。
    • JS引擎一直等待着任务队列中任务的到来，然后加以处理，一个Tab页（renderer进程）中无论什么时候都只有一个JS线程在运行JS程序。
    • 同样注意，GUI渲染线程与JS引擎线程是互斥的，所以如果JS执行的时间过长，这样就会造成页面的渲染不连贯，导致页面渲染加载阻塞。

  • 网络请求线程

    • 在XMLHttpRequest在连接后是通过浏览器新开一个线程请求。
    • 将检测到状态变更时，如果设置有回调函数，异步线程就产生状态变更事件，将这个回调再放入事件队列中。再由JavaScript引擎执行。

从输入URL到页面成功展示到浏览器的过程？_第2张图片

可以看到，里面的JS引擎是内核进程中的一个线程，这也是为什么常说JS引擎是单线程的。

1.3 Browser主进程和浏览器内核进程（Renderer进程）的通信过程

如果自己打开任务管理器，然后打开一个浏览器，就可以看到：任务管理器中出现了两个进程（一个是主控进程，一个则是打开Tab页的渲染进程），然后在这前提下，看下整个简化的过程：

  • Browser进程收到用户请求，首先需要获取页面内容（譬如通过网络下载资源），随后将该任务通过RendererHost接口传递给Render进程。
  • Renderer进程的Renderer接口收到消息，简单解释后，交给GUI渲染线程，然后开始渲染。
  • 渲染线程接收请求，加载网页并渲染网页，这其中可能需要Browser进程获取资源和需要GPU进程来帮助渲染。
  • 当然可能会有JS线程操作DOM（这样可能会造成回流并重绘）。
  • 最后Render进程将结果传递给Browser进程。
  • Browser进程接收到结果并将结果绘制出来

这里绘一张简单的图：（很简化）

从输入URL到页面成功展示到浏览器的过程？_第3张图片

看完这一整套流程，应该对浏览器的运作有了一定理解了，这样有了知识架构的基础后，后续就方便往上填充内容。

1.4 浏览器内核进程（Renderer进程）的GUI线程的渲染流程

根据上文我们可以知道，当我们输入url然后回车后：

  • 浏览器获取url，浏览器主进程接管，开一个下载线程。
  • 然后进行 http请求（略去DNS查询，IP寻址等等操作），然后等待响应，获取内容。
  • 随后将内容通过RendererHost接口转交给Renderer进程，GUI线程开始运行，浏览器渲染流程开始。

浏览器器内核的Render进程拿到内容后，渲染过程大概可以划分成以下几个步骤：

  1. 解析html建立dom树。
  2. 解析css构建render树（将CSS代码解析成树形的数据结构，然后结合DOM合并成render树）。
  3. 布局render树（Layout/reflow），负责各元素尺寸、位置的计算。
  4. 绘制render树（paint），绘制页面像素信息。
  5. 浏览器会将各层的信息发送给GPU，GPU会将各层合成（composite），显示在屏幕上。

具体过程如下图：

从输入URL到页面成功展示到浏览器的过程？_第4张图片

所有详细步骤都已经略去，渲染完毕后就是load事件了，之后就是自己的JS逻辑处理了.既然略去了一些详细的步骤，那么就提一些可能需要注意的细节把。

  • load事件与DOMContentLoaded事件的先后

    • 当 DOMContentLoaded 事件触发时，仅当DOM加载完成，不包括样式表，图片。
    • 当 onload 事件触发时，页面上所有的DOM，样式表，脚本，图片都已经加载完成了。

  • css加载是否会阻塞dom树渲染？

    • css是由单独的下载线程异步下载的，所以css加载不会阻塞DOM树解析（异步加载时DOM照常构建）
    • 但会阻塞render树渲染（渲染时需等css加载完毕，因为render树需要css信息）。

1.5 由GUI线程的渲染引出GPU进程中的普通图层和复合图层

根据上文我们可以知道了composite概念。可以简单的这样理解，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）。

因此，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。可以Chrome源码调试 -> More Tools -> Rendering -> Layer borders中看到，黄色的就是复合图层信息。

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）。