深入浅出浏览器渲染原理

前言

浏览器的内核是指支持浏览器运行的最核心的程序，分为两个部分的，一是渲染引擎，另一个是JS引擎。渲染引擎在不同的浏览器中也不是都相同的。目前市面上常见的浏览器内核可以分为这四种：Trident（IE）、Gecko（火狐）、Blink（Chrome、Opera）、Webkit（Safari）。这里面大家最耳熟能详的可能就是 Webkit 内核了，Webkit 内核是当下浏览器世界真正的霸主。
本文我们就以 Webkit 为例，对现代浏览器的渲染过程进行一个深度的剖析。

页面加载过程

在介绍浏览器渲染过程之前，我们简明扼要介绍下页面的加载过程，有助于更好理解后续渲染过程。

要点如下：

浏览器根据 DNS 服务器得到域名的 IP 地址
向这个 IP 的机器发送 HTTP 请求
服务器收到、处理并返回 HTTP 请求
浏览器得到返回内容

例如在浏览器输入https://juejin.im/timeline，然后经过 DNS 解析，juejin.im对应的 IP 是36.248.217.149（不同时间、地点对应的 IP 可能会不同）。然后浏览器向该 IP 发送 HTTP 请求。

服务端接收到 HTTP 请求，然后经过计算（向不同的用户推送不同的内容），返回 HTTP 请求，返回的内容如下：

其实就是一堆 HMTL 格式的字符串，因为只有 HTML 格式浏览器才能正确解析，这是 W3C 标准的要求。接下来就是浏览器的渲染过程。

浏览器渲染过程

浏览器渲染过程大体分为如下三部分：

1）浏览器会解析三个东西：

一是HTML/SVG/XHTML，HTML字符串描述了一个页面的结构，浏览器会把HTML结构字符串解析转换DOM树形结构。

二是CSS，解析CSS会产生CSS规则树，它和DOM结构比较像。
三是Javascript脚本，等到Javascript 脚本文件加载后，通过 DOM API 和 CSSOM API 来操作 DOM Tree 和 CSS Rule Tree。

2）解析完成后，浏览器引擎会通过DOM Tree 和 CSS Rule Tree 来构造 Rendering Tree。

Rendering Tree 渲染树并不等同于DOM树，渲染树只会包括需要显示的节点和这些节点的样式信息。
CSS 的 Rule Tree主要是为了完成匹配并把CSS Rule附加上Rendering Tree上的每个Element（也就是每个Frame）。
然后，计算每个Frame 的位置，这又叫layout和reflow过程。

3）最后通过调用操作系统Native GUI的API绘制。

接下来我们针对这其中所经历的重要步骤详细阐述

构建DOM

浏览器会遵守一套步骤将HTML 文件转换为 DOM 树。宏观上，可以分为几个步骤：

浏览器从磁盘或网络读取HTML的原始字节，并根据文件的指定编码（例如 UTF-8）将它们转换成字符串。

在网络中传输的内容其实都是 0 和 1 这些字节数据。当浏览器接收到这些字节数据以后，它会将这些字节数据转换为字符串，也就是我们写的代码。

将字符串转换成Token，例如：、等。Token中会标识出当前Token是“开始标签”或是“结束标签”亦或是“文本”等信息。

这时候你一定会有疑问，节点与节点之间的关系如何维护？

事实上，这就是Token要标识“起始标签”和“结束标签”等标识的作用。例如“title”Token的起始标签和结束标签之间的节点肯定是属于“head”的子节点。

上图给出了节点之间的关系，例如：“Hello”Token位于“title”开始标签与“title”结束标签之间，表明“Hello”Token是“title”Token的子节点。同理“title”Token是“head”Token的子节点。

生成节点对象并构建DOM

事实上，构建DOM的过程中，不是等所有Token都转换完成后再去生成节点对象，而是一边生成Token一边消耗Token来生成节点对象。换句话说，每个Token被生成后，会立刻消耗这个Token创建出节点对象。注意：带有结束标签标识的Token不会创建节点对象。

接下来我们举个例子，假设有段HTML文本：



    Web page parsing


    
        Web page parsing
        This is an example Web page.

上面这段HTML会解析成这样：

构建CSSOM

DOM会捕获页面的内容，但浏览器还需要知道页面如何展示，所以需要构建CSSOM。

构建CSSOM的过程与构建DOM的过程非常相似，当浏览器接收到一段CSS，浏览器首先要做的是识别出Token，然后构建节点并生成CSSOM。

在这一过程中，浏览器会确定下每一个节点的样式到底是什么，并且这一过程其实是很消耗资源的。因为样式你可以自行设置给某个节点，也可以通过继承获得。在这一过程中，浏览器得递归 CSSOM 树，然后确定具体的元素到底是什么样式。

注意：CSS匹配HTML元素是一个相当复杂和有性能问题的事情。所以，DOM树要小，CSS尽量用id和class，千万不要过渡层叠下去。

构建渲染树

当我们生成 DOM 树和 CSSOM 树以后，就需要将这两棵树组合为渲染树。

在这一过程中，不是简单的将两者合并就行了。渲染树只会包括需要显示的节点和这些节点的样式信息，如果某个节点是 display: none 的，那么就不会在渲染树中显示。

我们或许有个疑惑：浏览器如果渲染过程中遇到JS文件怎么处理？

渲染过程中，如果遇到

没有 defer 或 async，浏览器会立即加载并执行指定的脚本，也就是说不等待后续载入的文档元素，读到就加载并执行。

2）情况2 (异步下载)

async 属性表示异步执行引入的 JavaScript，与 defer 的区别在于，如果已经加载好，就会开始执行——无论此刻是 HTML 解析阶段还是 DOMContentLoaded 触发之后。需要注意的是，这种方式加载的 JavaScript 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。

3）情况3 (延迟执行)

defer 属性表示延迟执行引入的 JavaScript，即这段 JavaScript 加载时 HTML 并未停止解析，这两个过程是并行的。整个 document 解析完毕且 defer-script 也加载完成之后（这两件事情的顺序无关），会执行所有由 defer-script 加载的 JavaScript 代码，然后触发 DOMContentLoaded 事件。

defer 与相比普通 script，有两点区别：载入 JavaScript 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。
在加载多个JS脚本的时候，async是无顺序的加载，而defer是有顺序的加载。

2.为什么操作 DOM 慢

把 DOM 和 JavaScript 各自想象成一个岛屿，它们之间用收费桥梁连接。——《高性能 JavaScript》

JS 是很快的，在 JS 中修改 DOM 对象也是很快的。在JS的世界里，一切是简单的、迅速的。但 DOM 操作并非 JS 一个人的独舞，而是两个模块之间的协作。

因为 DOM 是属于渲染引擎中的东西，而 JS 又是 JS 引擎中的东西。当我们用 JS 去操作 DOM 时，本质上是 JS 引擎和渲染引擎之间进行了“跨界交流”。这个“跨界交流”的实现并不简单，它依赖了桥接接口作为“桥梁”（如下图）。

过“桥”要收费——这个开销本身就是不可忽略的。我们每操作一次 DOM（不管是为了修改还是仅仅为了访问其值），都要过一次“桥”。过“桥”的次数一多，就会产生比较明显的性能问题。因此“减少 DOM 操作”的建议，并非空穴来风。

3.你真的了解回流和重绘吗

渲染的流程基本上是这样（如下图黄色的四个步骤）：1.计算CSS样式 2.构建Render Tree 3.Layout – 定位坐标和大小 4.正式开画

注意：上图流程中有很多连接线，这表示了Javascript动态修改了DOM属性或是CSS属性会导致重新Layout，但有些改变不会重新Layout，就是上图中那些指到天上的箭头，比如修改后的CSS rule没有被匹配到元素。

这里重要要说两个概念，一个是Reflow，另一个是Repaint

重绘：当我们对 DOM 的修改导致了样式的变化、却并未影响其几何属性（比如修改了颜色或背景色）时，浏览器不需重新计算元素的几何属性、直接为该元素绘制新的样式（跳过了上图所示的回流环节）。
回流：当我们对 DOM 的修改引发了 DOM 几何尺寸的变化（比如修改元素的宽、高或隐藏元素等）时，浏览器需要重新计算元素的几何属性（其他元素的几何属性和位置也会因此受到影响），然后再将计算的结果绘制出来。这个过程就是回流（也叫重排）

我们知道，当网页生成的时候，至少会渲染一次。在用户访问的过程中，还会不断重新渲染。重新渲染会重复回流+重绘或者只有重绘。
回流必定会发生重绘，重绘不一定会引发回流。重绘和回流会在我们设置节点样式时频繁出现，同时也会很大程度上影响性能。回流所需的成本比重绘高的多，改变父节点里的子节点很可能会导致父节点的一系列回流。

1）常见引起回流属性和方法

任何会改变元素几何信息(元素的位置和尺寸大小)的操作，都会触发回流，

添加或者删除可见的DOM元素；
元素尺寸改变——边距、填充、边框、宽度和高度
内容变化，比如用户在input框中输入文字
浏览器窗口尺寸改变——resize事件发生时
计算 offsetWidth 和 offsetHeight 属性
设置 style 属性的值

2）常见引起重绘属性和方法

3）如何减少回流、重绘

使用 transform 替代 top
使用 visibility 替换 display: none ，因为前者只会引起重绘，后者会引发回流（改变了布局）
不要把节点的属性值放在一个循环里当成循环里的变量。

for(let i = 0; i < 1000; i++) {
    // 获取 offsetTop 会导致回流，因为需要去获取正确的值
    console.log(document.querySelector('.test').style.offsetTop)
}

不要使用 table 布局，可能很小的一个小改动会造成整个 table 的重新布局
动画实现的速度的选择，动画速度越快，回流次数越多，也可以选择使用 requestAnimationFrame
CSS 选择符从右往左匹配查找，避免节点层级过多
将频繁重绘或者回流的节点设置为图层，图层能够阻止该节点的渲染行为影响别的节点。比如对于 video 标签来说，浏览器会自动将该节点变为图层。

性能优化策略

基于上面介绍的浏览器渲染原理，DOM 和 CSSOM 结构构建顺序，初始化可以对页面渲染做些优化，提升页面性能。

JS优化：