浏览器是如何工作的 - How Browser works（四）

布局 Layout

当渲染对象被创建并添加到树中，它们并没有位置和大小，计算这些值的过程称为 layout 或 reflow。

Html使用基于流的布局模型，意味着大部分时间，可以以单一的途径进行几何计算。流中靠后的元素并不会影响前面元素的几何特性，所以布局可以在文档中从右向左、自上而下的进行。也存在一些例外，比如 html tables。

坐标系统相对于根 frame，使用 top和 left坐标。

布局是一个递归的过程，由根渲染对象开始，它对应 html 文档元素，布局继续递归的通过一些或所有的 frame 层级，为每个需要几何信息的渲染对象进行计算。

根渲染对象的位置是0,0，它的大小是 viewport－浏览器窗口的可见部分。

所有的渲染对象都有一个layout或reflow方法，每个渲染对象调用需要布局的children的layout方法。

Dirty bit 系统

为了不因为每个小变化都全部重新布局，浏览器使用一个 dirty bit 系统，一个渲染对象发生了变化或是被添加了，就标记它及它的 children 为  dirty－需要 layout。存在两个标识－dirty 及 children are dirty，children are dirty说明即使这个渲染对象可能没问题，但它至少有一个child需要layout。

全局和增量 layout

当layout在整棵渲染树触发时，称为全局layout，这可能在下面这些情况下发生：

1.     一个全局的样式改变影响所有的渲染对象，比如字号的改变

2.     窗口resize

layout也可以是增量的，这样只有标志为dirty的渲染对象会重新布局（也将导致一些额外的布局）。增量layout会在渲染对象dirty时异步触发，例如，当网络接收到新的内容并添加到Dom树后，新的渲染对象会添加到渲染树中。

图20：增量 layout

异步和同步layout

增量layout的过程是异步的，Firefox为增量layout生成了reflow队列，以及一个调度执行这些批处理命令。Webkit也有一个计时器用来执行增量layout－遍历树，为dirty状态的渲染对象重新布局。

另外，当脚本请求样式信息时，例如“offsetHeight”，会同步的触发增量布局。

全局的layout一般都是同步触发。

有些时候，layout会被作为一个初始layout之后的回调，比如滑动条的滑动。

优化

当一个 layout 因为 re-size 或是渲染位置改变（并不是大小改变）而触发时，渲染对象的大小将会从缓存中读取，而不会重新计算。

一般情况下，如果只有子树发生改变，则layout并不从根开始。这种情况发生在，变化发生在元素自身并且不影响它周围元素，例如，将文本插入文本域（否则，每次击键都将触发从根开始的重排）。

layout过程

layout一般有下面这几个部分：

1.     父渲染对象决定它自己的宽度

2.     父渲染对象读取chilidren，并：

1.     放置child渲染对象（设置它的x和y）

2.     在需要时（它们当前为dirty或是处于全局layout或者其他原因）调用child渲染对象的layout，这将计算child的高度

3.     parent渲染对象使用child渲染对象的累积高度，以及margin和padding的高度来设置自己的高度－这将被parent渲染对象的parent使用

4.     将dirty标识设置为false

Firefox使用一个“state”对象（nsHTMLReflowState）做为参数去布局（firefox称为reflow），state包含parent的宽度及其他内容。

Firefox布局的输出是一个“metrics”对象（nsHTMLReflowMetrics）。它包括渲染对象计算出的高度。

宽度计算

渲染对象的宽度使用容器的宽度、渲染对象样式中的宽度及margin、border进行计算。例如，下面这个div的宽度：

<div style="width:30%"/>

webkit中宽度的计算过程是（RenderBox类的calcWidth方法）：

·      容器的宽度是容器的可用宽度和0中的最大值，这里的可用宽度为：contentWidth= clientWidth() - paddingLeft() - paddingRight()，clientWidth 和 clientHeight 代表一个对象内部的不包括border和滑动条的大小

·      元素的宽度指样式属性width的值，它可以通过计算容器的百分比得到一个绝对值

·      加上水平方向上的border和padding

到这里是最佳宽度的计算过程，现在计算宽度的最大值和最小值，如果最佳宽度大于最大宽度则使用最大宽度，如果小于最小宽度则使用最小宽度。最后缓存这个值，当需要layout 但宽度未改变时使用。

Line breaking

当一个渲染对象在布局过程中需要折行时，则暂停并告诉它的parent它需要折行，parent将创建额外的渲染对象并调用它们的layout。

绘制 Painting

绘制阶段，遍历渲染树并调用渲染对象的paint方法将它们的内容显示在屏幕上，绘制使用UI基础组件，这在UI的章节有更多的介绍。

全局和增量

和布局一样，绘制也可以是全局的－绘制完整的树－或增量的。在增量的绘制过程中，一些渲染对象以不影响整棵树的方式改变，改变的渲染对象使其在屏幕上的矩形区域失效，这将导致操作系统将其看作dirty区域，并产生一个paint事件，操作系统很巧妙的处理这个过程，并将多个区域合并为一个。Chrome中，这个过程更复杂些，因为渲染对象在不同的进程中，而不是在主进程中。Chrome在一定程度上模拟操作系统的行为，表现为监听事件并派发消息给渲染根，在树中查找到相关的渲染对象，重绘这个对象（往往还包括它的children）。

绘制顺序

css2定义了绘制过程的顺序－http://www.w3.org/TR/CSS21/zindex.html。这个就是元素压入堆栈的顺序，这个顺序影响着绘制，堆栈从后向前进行绘制。

一个块渲染对象的堆栈顺序是：

1.     背景色

2.     背景图

3.     border

4.     children

5.     outline

Firefox显示列表

Firefox 读取渲染树并为绘制的矩形创建一个显示列表，该列表以正确的绘制顺序包含这个矩形相关的渲染对象。

用这样的方法，可以使重绘时只需查找一次树，而不需要多次查找——绘制所有的背景、所有的图片、所有的border等等。

Firefox优化了这个过程，它不添加会被隐藏的元素，比如元素完全在其他不透明元素下面。

Webkit矩形存储

重绘前，webkit将旧的矩形保存为位图，然后只绘制新旧矩形的差集。

动态变化

浏览器总是试着以最小的动作响应一个变化，所以一个元素颜色的变化将只导致该元素的重绘，元素位置的变化将大致元素的布局和重绘，添加一个Dom节点，也会大致这个元素的布局和重绘。一些主要的变化，比如增加html元素的字号，将会导致缓存失效，从而引起整数的布局和重绘。

渲染引擎的线程

渲染引擎是单线程的，除了网络操作以外，几乎所有的事情都在单一的线程中处理，在Firefox和Safari中，这是浏览器的主线程，Chrome中这是tab的主线程。

网络操作由几个并行线程执行，并行连接的个数是受限的（通常是2－6个）。

事件循环

浏览器主线程是一个事件循环，它被设计为无限循环以保持执行过程的可用，等待事件（例如layout和paint事件）并执行它们。下面是Firefox的主要事件循环代码。

while (!mExiting)

    NS_ProcessNextEvent(thread);

CSS2 可视模型 CSS2 visual module

画布 The Canvas

根据CSS2规范，术语canvas用来描述格式化的结构所渲染的空间——浏览器绘制内容的地方。画布对每个维度空间都是无限大的，但浏览器基于viewport的大小选择了一个初始宽度。

根据http://www.w3.org/TR/CSS2/zindex.html的定义，画布如果是包含在其他画布内则是透明的，否则浏览器会指定一个颜色。

CSS盒模型

CSS盒模型描述了矩形盒，这些矩形盒是为文档树中的元素生成的，并根据可视的格式化模型进行布局。每个box包括内容区域（如图片、文本等）及可选的四周padding、border和margin区域。

每个节点生成0－n个这样的box。

所有的元素都有一个display属性，用来决定它们生成box的类型，例如：

block－生成块状box

inline－生成一个或多个行内box

none－不生成box

默认的是inline，但浏览器样式表设置了其他默认值，例如，div元素默认为block。可以访问http://www.w3.org/TR/CSS2/sample.html查看更多的默认样式表示例。

定位策略 Position scheme

这里有三种策略：

1.     normal－对象根据它在文档的中位置定位，这意味着它在渲染树和在Dom树中位置一致，并根据它的盒模型和大小进行布局

2.     float－对象先像普通流一样布局，然后尽可能的向左或是向右移动

3.     absolute－对象在渲染树中的位置和Dom树中位置无关

static和relative是normal，absolute和fixed属于absolute。

在static定位中，不定义位置而使用默认的位置。其他策略中，作者指定位置——top、bottom、left、right。

Box布局的方式由这几项决定：box的类型、box的大小、定位策略及扩展信息（比如图片大小和屏幕尺寸）。

Box类型

Block box：构成一个块，即在浏览器窗口上有自己的矩形

Inline box：并没有自己的块状区域，但包含在一个块状区域内

block一个挨着一个垂直格式化，inline则在水平方向上格式化。

Inline盒模型放置在行内或是line box中，每行至少和最高的box一样高，当box以baseline对齐时——即一个元素的底部和另一个box上除底部以外的某点对齐，行高可以比最高的box高。当容器宽度不够时，行内元素将被放到多行中，这在一个p元素中经常发生。

定位 Position

Relative

相对定位——先按照一般的定位，然后按所要求的差值移动。

Floats

一个浮动的box移动到一行的最左边或是最右边，其余的box围绕在它周围。下面这段html：

<p>

<img style="float:right" src="images/image.gif" width="100" height="100">Lorem ipsum dolor sit amet, consectetuer...

</p>

将显示为：

Absolute和Fixed

这种情况下的布局完全不顾普通的文档流，元素不属于文档流的一部分，大小取决于容器。Fixed时，容器为viewport（可视区域）。

图17：fixed

注意－fixed即使在文档流滚动时也不会移动。

Layered representation

这个由CSS属性中的z-index指定，表示盒模型的第三个大小，即在z轴上的位置。Box分发到堆栈中（称为堆栈上下文），每个堆栈中靠后的元素将被较早绘制，栈顶靠前的元素离用户最近，当发生交叠时，将隐藏靠后的元素。堆栈根据z-index属性排序，拥有z-index属性的box形成了一个局部堆栈，viewport有外部堆栈，例如：

<STYLE type="text/css">

      div {

        position: absolute;

        left: 2in;

        top: 2in;

      }

    </STYLE>

 

  <P>  

         <DIV

              style="z-index: 3;background-color:red; width: 1in; height: 1in; ">

         </DIV>

         <DIV

              style="z-index: 1;background-color:green;width: 2in; height: 2in;">

         </DIV>

   </p>

结果是：

虽然绿色div排在红色div后面，可能在正常流中也已经被绘制在后面，但z-index有更高优先级，所以在根box的堆栈中更靠前。