浏览器是如何工作的
浏览器是如何工作的
一、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。在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。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
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。
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。
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 树和布局树无法一一对应。
下一步是 分层。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。
再下一步是 绘制 。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。
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。
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
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。
二、什么是 reflow?
reflow 的本质就是重新计算 layout 树。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。
三、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。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。
四、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
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。
五、浏览器输入 URL 地址之后
在浏览器地址栏输入地址,并按下回车键后,发生了哪些事情?
- 浏览器自动补全协议、端口
- 浏览器自动完成 url 编码
- 浏览器根据 url 地址查找本地缓存,根据缓存规则看是否命中缓存,若命中缓存则直接使用缓存,不再发出请求
- 通过 DNS 解析找到服务器的 IP 地址
- 浏览器向服务器发出建立 TCP 连接的申请,完成三次握手后,连接通道建立
- 若使用了 HTTPS 协议,则还会进行 SSL 握手,建立加密信道。使用 SSL 握手时,会确定是否使用 HTTP2
- 浏览器决定要附带哪些 cookie 到请求头中
- 浏览器自动设置好请求头、协议版本、cookie,发出 GET 请求
- 服务器处理请求,进入后端处理流程。完成处理后,服务器响应一个 HTTP 报文给浏览器。
- 浏览器根据使用的协议版本,以及 Connection 字段的约定,决定是否要保留 TCP 连接。
- 浏览器根据响应状态码决定如何处理这一次响应
- 浏览器根据响应头中的 Content-Type 字段识别响应类型,如果是 text/html,则对响应体的内容进行 HTML 解析,否则做其他处理
- 浏览器根据响应头的其他内容完成缓存、cookie 的设置
- 浏览器开始从上到下解析 HTML,若遇到外部资源链接,则进一步请求资源
- 解析过程中生成 DOM 树、CSSOM 树,然后一边生成,一边把二者合并为渲染树(rendering tree),随后对渲染树中的每个节点计算位置和大小(reflow),最后把每个节点利用 GPU 绘制到屏幕(repaint)
- 在解析过程中还会触发一系列的事件,当 DOM 树完成后会触发 DOMContentLoaded 事件,当所有资源加载完毕后会触发 load 事件