前端深入学习笔记（2）浏览器渲染原理

浏览器渲染原理是做项目优化的基础性原理，是前端工程师必须掌握的知识

谷歌浏览器当前的内核-blink，而web-kit目前谷歌已经没用了

目录

1. 浏览器是如何渲染页面

1.1 什么叫渲染(render)

1.1.1 解析HTML - Parse HTML

      HTML解析遇到了CSS代码的时候做了什么？

         HTML解析过程中遇到JS代码会做什么

1.1.2 样式计算 - Recalculate Style

1.1.4 分层 - Layer

 1.1.5 绘制 - Paint

1.1.6 分块 - Tiling

1.1.7 光栅化 - Raster

1.1.8 画 - Draw

2. 衍生问题：

1）什么是reflow ?

2）什么是repaint

3)  为什么transform效率高

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1. 浏览器是如何渲染页面

1.1 什么叫渲染(render)

        在Vue和React中render就是输出DOM树

        浏览器中的渲染可以简单概括为HTML字符串 --> 渲染 --> 像素信息

function render(html) {
    // 第一行所有像素点
    return pixels;
}

        当输入一个url地址按下回车键到页面渲染出来发生了两个事

        1）网络：获取HTML（包含了CSS和JS）

        2）渲染：渲染像素

         当浏览器得网络线程收到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，渲染主线程去除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

1.1.1 解析HTML - Parse HTML

Dom树：（documents object model）

        1）所有的HTML元素以及文本注释形成一个对象就是Dom树

        2）浏览器中的DOM树是由C++定义的对象

        3）JS中的DOM操作是由JS定义的对象

所以解析HTML其实就是将获取到的HTML字符串转换成对象结构方便后续的操作调用。

CSSOM：(CSS Object Model)

      除了浏览器样式表默认样式外，其他样式JS都可以操作

      HTML解析遇到了CSS代码的时候做了什么？

      为了提高渲染效率，浏览器会启动一个预解析器率先下载和解析CSS 

         HTML解析过程中遇到JS代码会做什么

        渲染主线程遇到JS时必须暂停一切行为（因为JS代码有可能会改变当前DOM），等待下载执行完后才能继续

        预解析线程可以分担一点下载JS的任务

总结：为什么JS会阻塞浏览器渲染，而CSS不会阻塞。

        渲染的第一步是解析HTML。
        解析过程中遇到CSS解析CSS，遇到JS 执行JS。岁了提高解析效率，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。
        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。
        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。
        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。

1.1.2 样式计算 - Recalculate Style

        CSS属性值的计算过程

                例如：层叠、集成

        视觉格式化模型

                例如：盒模型、包含块

        上述过程都进行在样式计算这个步骤中，目的就是为了得到计算后的样式（Computed Style），这个步骤过后所有的CSS属性必须全部有值组成最终样式。

 

总结： 渲染的下一步是样式计算。
        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
        这一步完成后，会得到一棵带有样式的DOM树。

1.1.3 布局 - layout

         布局树与DOM树是不一样的，因为有些隐藏的元素是不会出现在布局树中的，布局树是要找到所有节点的几何信息，下列的标签在浏览器默认样式中含有display:none；所有不具有几何信息。

         ::before也是带有几何信息的，会有单独的盒子模型

 以下为布局树必须的几个规则：

        1）内容必须在行盒中。盒子的类型只由CSS决定，不由HTML元素决定，行级元素和块级元素的说法已经被W3C标准抛弃。

        2）行盒和块盒不能相邻。如果出现这种情况，会自动添加一个匿名行盒或匿名块盒，在DOM树中是隐藏的，但是在布局树中存在。

        当以上几种规则触发时，DOM树和布局树的对象就不会相同。

        JS不能直接获取布局树对象，但是可以间接获取布局树中包含的信息

        例如：document.body.clientWidth 就是获取布局树中的信息。

总结：

        接下来是布局，布局完成后会得到布局树。
        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。
        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;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。还有匿名行盒、匿名块盒等等都会导致DOM 树和布局树无法——对应。

1.1.4 分层 - Layer

        浏览器在获取了所有几何信息后还需要优化，因为如果所有的元素都画在一层页面中，页面中的任何一个元素变化都会导致整个浏览器重新绘画，工作量太大，所以需要用到分层。
        浏览器一般不会主动分太多层，因为每分一层都会需要更多的内存空间，通过浏览器调试工具可以看到页面到底有多少层

 

        在写代码的时候有一些属性可能会影响浏览器解析时的分层结构--堆叠上下文有关的属性

        例如：will-change: transform；可以告知浏览器建议再分一层，但不是一定，浏览器会在内存和渲染代价中权衡。

         总结：
        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will-change属性更大程度的影响分层结果。

 1.1.5 绘制 - Paint

        绘制其实跟Canvas都是使用的浏览器内置的指令。

        将以上所有获取的信息整合，到此为止渲染主线程的工作结束。

        

         总结： 主线程会为每个层单独生成绘制指令集，用于描述这一层的内容该如何画出来。

1.1.6 分块 - Tiling

        从这一步开始就是依靠的其他渲染线程了

        分块的工作是交给多个线程的，根据实际的机器配置占用情况会启动响应数量的分块器。

       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。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。它会从线程池中拿取多个线程来完成分块工作。

1.1.7 光栅化 - Raster

        光栅化试讲每个块变成位图，优先处理靠近视口的块。

        光栅化是在GPU中做的

 总结：

        分块完成后，进入光栅化阶段。
        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。
        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光栅化的结果，就是一块一块的位图

1.1.8 画 - Draw

        合成线程计算出每个位图在屏幕上的位置，交给GPU进行最终呈现 

        为什么合成线程要先交给GPU进程再交给硬件处理呢？

        渲染进程本身是放到沙盒中的（跟外界隔离的），独立于操作系统硬件以外的，因此浏览器中了病毒收到数据破坏的时候，是不会影响到操作系统和硬件的。

        因此沙盒中的硬件都被隔离了，所以没办法直接找到CPU，只能先找到GPU进程再找到CPU硬件。

        transform就是在这一步再使用数学公式，矩阵变换才计算出来的

总结：最后一个阶段就是画了
        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。
指引会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。

2. 衍生问题：

1）什么是reflow ?

         当我们修改一些几何信息和几何信息相关的元素信息时，也就是可能会影响布局的时候，会导致从头开始解析计算，会将渲染主线程和合成线程的所有步骤全部重新走一遍，所以效率影响极大。修改DOM元素，修改宽高等操作都会导致reflow。

总结：

        reflow 的本质就是重新计算layout树。
        当进行了会影响布局树酌操作后，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。比如dom.clientWidth之类获取几何信息的操作会产生同步任务造成页面立即reflow。

2）什么是repaint

        总结：

        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。所以重绘只会在布局树之后的绘制环节开始执行。
        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。

3)  为什么transform效率高

         因为tranform的所有操作都不会影响渲染主线程，只需要从合成线程开始重新执行。