【浏览器】浏览器基本工作原理

1.浏览器内部组成

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我们先来看浏览器的内部组成（以chrome为例）：

我们看到浏览器主要包括：

• 1个浏览器主进程
  主要负责界面显示，用户交互，子进程管理

• 多个渲染进程
  一般浏览器会为每个Tab标签窗口创建一个渲染进程，主要负责将html，css，JavaScript转换成我们看到的网页，里面包含多个线程，比如JavaScript的V8引擎。

• 1个GPU进程
  主要负责复杂的计算，比如3D动画，图形绘制。

• 1个网络进程
  主要负责网络资源加载

• 多个插件进程
  浏览器器每个插件都会分配一个插件进程。

2.从一个url开始

我们下面来看在地址栏输入一个url后，浏览器做了什么事，我们先来看下流程图：

下面我们来分析下上面的流程图：

• 当用户在地址栏输入一个地址或者关键字，并按下回车键的时候，意味着当前页面很快要被替换，在这个时候会触发当前页面的beforeunload事件。
  然后浏览器的当前tab栏就变成加载状态，变成一个转动的圆圈，此时页面还没有开始改变，需要等到后面“提交文档”后，才会别新内容替换。
• 浏览器主进程合成完整Url：如果是输入的是地址，比如 "baidu.com"，则自动合成为：https://www.baidu.com/。
  如果输入的是关键字，则使用默认搜索引擎，合成带搜索关键字Url，比如输入：'hello'，默认搜索引擎为百度，则合成为：https://www.baidu.com/s?ie=UTF-8&wd=hello
  然后把完整url发送给网络进程。
• 网络进程接收到url请求后，先判断是否本地缓存了资源。如果有，则直接返回资源给浏览器主进程，不发起网络请求。如果没有缓存，则进入网络请求。
• 网络请求之前，先要进行DNS解析，把域名转换成ip，这一步也是先查DNS缓存，如果有当前域名的缓存，则从缓存中直接取对应ip。
  如果没有缓存，则从DMS服务器请求ip。然后构建请求体，请求头（包括cookie）等信息，向服务端发送网络请求（建立Tcp链接）。
• 服务端接收到请求消息后，进行对应操作，然后生成响应数据，发送给网络进程。
• 网络进程接收到服务器返回的响应数据后，先解析响应头信息，判断状态码是否为重定向（3xx),如果是，则取响应头中Location字段，重新发起请求。
  如状态码为200，表示请求成功，可以继续处理请求。
• 如果状态码为200，浏览器主进程会根据响应头中的Content-Type字段做出响应对策，如果此字段的值为application/octet-stream，则启动下载流程。
  如果Content-Type为text/html，则启动渲染流程。
• 默认情况下，浏览器会为每一个tab页签创建一个渲染进程，但是如果是同一个站点（根域名+协议相同，端口+子域名不同），则共用一个渲染进程。
• 进入渲染流程开始前，浏览器主进程会发送一个“接收文档”消息给渲染进程，这里的文档是指存在网络进程里面的响应体信息。
• 渲染进程接收到“提交文档”的消息后，会和网络进程建立一个通道，接收数据。
• 渲染进程接收到数据后，开始向浏览器主进程发送“确认提交”,消息
• 浏览器主进程接收到“确认提交”的消息后，开始更新浏览器页面，包括：地址栏的url，前进后退按钮。
• 渲染进程开始生成页面，这个过程是一边接收一边生成。当页面渲染完毕后（当前页面及内部iframe都出发了onload事件），发送“渲染完毕”消息。
• 浏览器主进程接收到消息后，显示页面，并停止标签栏的加载动画。

到这里为止，当我们在地址栏输入一个url，然后到页面展示在我们面前的大致流程就梳理完毕了。但是这里面还有一个非常重要的环节，就是页面解析的流程我们上面只是一带而过，这是渲染进程来做的工作，下面来具体展开。

3.渲染进程

渲染进程的核心工作就是解析接收到的html/js/css代码，并将其转换成用户可交互的页面。
渲染进成包含：

• 主线程GUI：负责解析dom结构
• js引擎线程：负责执行js代码，会阻塞主进程。
• 合成线程：分组，合成，并把视口附近图块提交给光栅化线程。
• 多个光栅化线程：生成位图，即页面需要的每个像素点的颜色值（我们看到的页面其实就是每个像素点的颜色）
  
  下面来分析以下流程图：
• 渲染进程开始接受到数据的时候，为了提高效率，会先预扫描接收到的数据，如果如果发现有需要加载资源的标签（img,link,外部script等），就先告诉浏览器主进程，先去下载，这个过程叫预解析,这个任务交出去后，就继续做自己本职工作,解析html文件。
  -当主线程解析html文件时，会碰到三种类型数据：html标签，css代码，js代码。
  • html标签：对于普通的html标签，会生成Dom树(标签节点的结构树，是浏览器的内置对象，会有一些内置方法和属性)。
  • css样式：对于css代码，会根据css的样式选择器构建cssDom树,并对样式进行计算(rem，em转换为px，没有定义样式的提供默认样式），生成computedStyle。
    如果遇到的是css外部链接，如果从预解析开始还没下载完，则继续下载，不会阻塞解析。
  • js代码：对于js代码，会先判断js代码前的css有没有解析完（包括外部css的下载），如果没有则等待css代码下载完并解析完毕，然后再执行js代码。js执行期间阻塞解析。所以步骤是这样：
    遇到js -> 阻塞dom树构建 -> css下载 -> css解析->js执行->继续构建dom树
  • js链接：对于js的链接，如果标签上没有设置异步标志（async/defer),则和普通的js代码一样，下载也会阻塞dom解析，也需要等css下载解析完，但是css下载不会阻塞js下载，步骤如下：
    遇到js链接(无异步标签) -> 阻塞dom树构建 -> css下载（同时js下载） -> css解析->js执行->继续构建dom树
    如果有异步标签，则下载不阻塞dom树构建，async文件下载完，立即执行。defer文件下载完，等html解析完，按加载顺序执行。步骤如下：
    遇到js链接(async) ->下载js（不影响dom构建） -> js下载完毕 -> 立即执行js（走普通js代码流程）
    遇到js链接(defer) ->下载js（不影响dom构建） -> js下载完毕 -> 等html解析完毕 -> 按顺序执行js
• 等dom树和computedStyle都构建完毕后(要都构建完毕), 更具dom树和computedStyle，构建布局树layoutTree,布局树包含每个节点的位置坐标和盒模型的大小，并且剔除了隐藏的节点（样式设置了display:none的节点)。
• 等布局树layoutTree构建完毕后，我们已经知道了页面上要显示的每个节点的大小，位置和样式。继续来主线程会对节点进行分层，通过遍历layoutTree构建图层树layerTree。哪些节点会被分为一层呢？分为两种情况：
  • 拥有层叠上下文属性的元素会被单独提升为一层(什么是层叠上下文),包含设置了z-index，transform，will-change，filter，opacity<1,flex子元素等等。
  • 需要裁剪的地方会被分为一层，即元素的大小被限制，而内容超出元素大小，内容被裁剪。
• 图层树layerTree被创建后，会为每一个图层创建绘制指令列表，可以再浏览器调试窗口的layers标签下查看分层和指令列表信息。渲染进程的主线程把绘制指令生成后，并不执行，而是转交给合成线程。
• 合成线程先把图层分为图块(大小通常为256256/512512)，然后把浏览器用户视口附近的图块优先交给栅格化线程来生成位图。
• 栅格化的最小执行单位是图块，即最少要把一个图块栅格化。栅格化的过程通常会用GPU执行，就是说栅格化线程会把绘制图块的指令发送给GPU，然后GPU生成图块的位图（像素点的颜色值），存在GPU内存。
• 当视口附近所有图块栅格化完毕后，合成线程发送DrawQuad指令给浏览器主进程，浏览器主进程把页面的内容显示在屏幕上。

4.应用

那么知道了浏览器的基本原理后，对我们开发有什么实际的作用呢？以下总结了几点：

• css会阻塞js，js会阻塞dom解析，所以尽量把css文件放页面上面，js放在页面下面。
• 对于不会影响页面内容的js外部文件，可以用async/defer标记来异步加载。
• css动画效率比js操作dom实现动画好，因为css动画的只会引起合成及以后步骤的重新执行。而合成步骤是在合成线程,不会阻塞渲染的主线程。而js如果影响到dom节点的大小样式位置，则需要触发布局及以后的步骤。

参考：

• 前端都该懂的浏览器工作原理，你懂了吗？
• 浏览器工作原理与实践