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浏览器渲染网页

渲染(render)

浏览器中的渲染指的是将 HTML 字符串转化为屏幕上像素信息的过程,可以当成 render 函数,函数接收 html 字符串,将其经过一系列处理得出若干像素点的颜色,将这些像素信息存在 pixels 变量中返回

渲染时间点

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渲染流水线

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解析 HTML

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由于字符串难以进行操作,浏览器首先将HTML字符串解析成DOM树CSSOM树这种容易操作的对象解构。

  • document就是DOM树的根节点,body是根节点的子节点,只要拿到根节点就可以拿到网页的所有节点

  • StyleSheetList就是CSSOM树(CSS Object Model)的根节点,代表网页中所有的层叠样式表

层叠样式表有哪些?

js
<style></style>//内部样式表
<link src="..."></link>//外部样式表
<div style="..."></div>//内联样式表或行内样式表
// 浏览器默认样式表

每一个层叠样式表都是根节点的子节点,每个样式表中有很多CSS规则,这些规则会形成很多规则对象,作为样式表的子节点

规则中会有很多选择器和样式,作为规则对象的子节点,每个样式又有多个键值作为子节点,如此层层嵌套

  • 第一步完成后,会得到DOM树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

HTML 解析过程遇到 CSS 和 JS

为了提高解析效率,浏览器在开始解析之前,会启动一个预解析的线程,率先下载 HTML 中的外部CSS文件外部的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。

这是 CSS 不会阻塞 HTML 解析的根本原因

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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

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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

这一过程中,很多预设值会变成绝对值,相对单位会变成绝对单位

red -> rgb(255,0,0)

em -> px

  • 这一步完成后,会得到一颗带有样式的 DOM 树

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布局 layout

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  • 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。如节点的宽高、相对包含块的位置。

  • 大多数情况,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、匿名块盒等都会导致 DOM 和布局树无法一一对应

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  • 布局树的每一个节点不是 DOM 树,而是 C++对象

分层 layer

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  • 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,从而提高效率

  • 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

绘制 paint

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  • 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

  • 绘制完成后,渲染主线程的工作到此为止,剩余步骤交给其他线程来完成

分块 Tiling

  • 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

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光栅化 Raster

分块完成后,进入光栅化阶段

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  • 光栅化是将每个块变成位图位图可以理解成内存里的一个二维数组,这个二维数组记录了每个像素点信息

  • 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

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  • 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

画 Draw

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  • 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

总结

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解析HTML:将字符串解析成 DOM 树和 CSSOM 树

样式计算:得到 Computed Style

布局:产生布局树

分层:划分图层

绘制:产生绘制指令集

分块:划分区域

光栅化:生成位图

:生成 quad,提交硬件,完成成像

回流和重绘、如何优化?

回流 Reflow 是指网页渲染引擎根据元素的尺寸、位置和显示属性重新计算页面的排版和布局

重绘 Repaint 是指网页渲染引擎根据显示属性(如颜色、文字大小等)重新绘制页面元素,不影响元素的位置和尺寸

回流和重绘分别指渲染的布局和绘制步骤

什么时候回流?

当一个元素的长与宽改变,可能会影响到画面中其他元素的编排,所以每当有一个元素的布局改变,浏览器的 CPU 需要重新计算整个页面中不同元素的长宽、间距等。

什么时候重绘?

当页面上的某个属性需要改变颜色或其他不影响布局的属性时,浏览器会对其进行重绘,与回流不同,重绘不回影响页面布局,但是也会影响页面的性能,例如:改变 outline、visibility、color、background-color 等

减少回流和重绘

浏览器渲染的最后一个步骤是合成,某些情况,可以只需要让浏览器合成,避免回流和重绘

1、移动调整元素时,使用 transform

2、使用 opacity 改变元素的能见度

3、如果需要频繁重绘或回流节点,可以透过 will-change 设定成独立的图层,因为独立的图层可以避免该节点渲染行为影响到其他节点

  • 避免频繁使用 JavaScript 操作 DOM 节点

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渲染主线程如何调度任务

渲染主线程需要处理很多任务,什么时候该处理哪一个任务呢?

解决方案:排队

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1、最开始,渲染主线程进入一个无限循环

2、每一次循环会检查消息队列中是否有任务存在

如果有,就取出第一个任务执行,执行完一个后进入下一次循环;

如果没有,则进入休眠状态

3、其他所有线程(包括其他进程的线程)可以随时向消息队列添加任务。

新任务会加到消息队列的末尾

在添加新任务时,如果主线程是休眠状态,则会将其唤醒以继续循环拿取任务

整个过程,被称之为事件循环(消息循环)

异步

代码执行过程中,会遇到无法立即处理的任务

如果让渲染主线程等待这些任务的时机到达,就会导致主线程长期处于阻塞状态,从而导致浏览器卡死

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因此,浏览器选择异步来解决这个问题

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任务的优先级

任务没有优先级,在消息队列中先进先出

消息队列有优先级

根据 W3C 的最新解释:

  • 每个任务都有一个任务类型,同一个类型的任务必须在一个队列,不同类型的任务可以分属于不同的队列。 在一次事件循环中,浏览器可以根据实际情况从不同的队列中取出任务执行。

  • 浏览器必须准备好一个微队列,微队列中的任务优先所有其他任务执行 html.spec.whatwg.org/multipage/w…

随着浏览器的复杂度急剧提升,W3C 不再使用宏队列的说法

在目前 chrome 的实现中,至少包含了下面的队列:

  • 延时队列:用于存放计时器到达后的回调任务,优先级「中」

  • 交互队列:用于存放用户操作后产生的事件处理任务,优先级「高」

  • 微队列:用户存放需要最快执行的任务,优先级「最高」

添加任务到微队列的主要方式主要是使用 Promise、MutationObserver

参考链接

https://juejin.cn/post/7262263050102095929?searchId=20240711185221F02B40947082C19EAAA2

https://juejin.cn/post/7261631406581022775

https://www.explainthis.io/zh-hans/swe/repaint-and-reflow