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浏览器渲染原理

浏览器是如何渲染页面的?

当浏览器的网络线程收到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.

事件循环机制的作用下,渲染主线程取出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

每个阶段都有明确的输入输出,上一个阶段的输出会成为下一个阶段的输入.

这样,整个渲染流程就形成了一套组织严密的生产流水线.

渲染流水线
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渲染流水线

第一步 解析 HTML

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.

解析 HTML - Parse HTML
解析html
解析html
HTML 解析过程中遇到 CSS 代码怎么办?
解析中遇到css
解析中遇到css
解析过程中遇到CSS解析CSS,遇到JS执行JS.

为了提高解析效率,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元素位置,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.

HTML 解析过程中遇到 JS 代码怎么办?
解析过程中遇到 JS
解析过程中遇到 JS

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.

解析 HTML | Document Object Model
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解析 HTML | Document Object Model
解析 HTML | CSS Object Model
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解析 HTML | CSS Object Model

第二步 样式计算

完成后,会得到一棵带有样式的DOM树.

样式计算 - Recalculate Style
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样式计算 - Recalculate Style

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.

第三步 布局

完成后得到布局树

布局 - Layout
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布局 - Layout

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.

布局 | DOM 树 和 Layout 树
display:none
display:none

display:none的节点没有几何信息,因此不会生成到布局树

布局 | DOM 树 和 Layout 树
::before
::before

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.

布局 | DOM 树 和 Layout 树
匿名盒子
匿名盒子

匿名行盒、匿名块盒等等都会导致DOM树和布局树无法一一对应.

第四步 分层

这个在 chrome 控制台中 点击三个点 -> more tools -> Layers可以看到

分层 - Layer
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分层 - Layer

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transformopacity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.

第五步 绘制

绘制 - Paint
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绘制 - Paint

主线程会为每个层单独产生绘制指令集,用于描述这一层的内容该如何画出来.

绘制 | 合成线程
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绘制 | 合成线程

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.

第六步 分块

会优先绘制距离视口位置近(在视口内)的块

分块 - Tiling
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分块 - Tiling

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.

分块 | 多个线程同时进⾏
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分块 | 多个线程同时进⾏

它会从线程池中拿取多个线程来完成分块工作.

第七步 光栅化

光栅化的结果,就是一块一块的位图

光栅化 - Raster
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光栅化 - Raster

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.

光栅化 | GPU 加速
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光栅化 | GPU 加速

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.

第八步

画 - Draw
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画 - Draw

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.

完整过程

这个过程是一只在不停重复的 比如说滚动了一滚动条 会重新触发paint重新绘制

完整过程
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完整过程

什么是 reflow?

reflow 的本质就是重新计算 layout 树.

什么是 reflow?
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什么是 reflow?

当进行了会影响布局树的操作后,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.

什么是 repaint?

repaint 的本质就是重新根据分层信息计算了绘制指令.

什么是 repaint?
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什么是 repaint?

当改动了可见样式后,就需要重新计算,会引发repaint.

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.

为什么 transform 的效率高?

为什么 transform 的效率高?
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为什么 transform 的效率高?

因为transform既不会影响布局也不会影响绘制指令,它影响的只是渲染流程的最后一个 draw 阶段

draw 阶段
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draw 阶段

由于 draw 阶段在合成线程中,所以transform的变化几乎不会影响渲染主线程. 反之,渲染主线程无论如何忙碌,也不会影响transform的变化.