浏览器渲染原理及流程

浏览器的主要构成

1.用户界面
2.浏览器引擎 - 用来查询及操作渲染引擎的接口
3.渲染引擎 - 用来显示请求的内容
4.网络 - 完成网络调用
5.UI后端 - 绘制基本的组件,具有通用接口,底层调用操作系统的用户接口
6.JS解释器
7.数据存储 - 属于持久层,浏览器需要在硬盘中保存类似cookie的各种数据,HTML5定义了web database技术,这是一种轻量级完整的客户端存储技术


浏览器主要组件.png

这里主要讨论渲染引擎
Geoko 引擎是由Mozilla自主研发的渲染引擎,Firefox浏览器是基于此引擎构建的;
webkit 是一款开源渲染引擎,Safari和Chrome都使用webkit。相关内容请参考http://webkit.org

渲染的主流程

渲染引擎首先通过网络获得所请求文档的内容,通常以8K分块的方式完成。
下面是渲染引擎在取得内容之后的基本流程:

解析html以构建dom树 -> 构建render树 -> 布局render树 -> 绘制render树


渲染引擎基本流程.png

这里的几个概念:
DOM Tree:浏览器将HTML解析成树形的数据结构。
CSS Rule Tree:浏览器将CSS解析成树形的数据结构。
Render Tree: DOM和CSSOM合并后生成Render Tree。
layout: 有了Render Tree,浏览器已经能知道网页中有哪些节点、各个节点的CSS定义以及他们的从属关系,从而去计算出每个节点在屏幕中的位置
painting: 按照算出来的规则,通过显卡,把内容画到屏幕上。

浏览器在服务器拿到数据后,会解析HTML,CSS以及js文件,形成DOM tree,CSS rule tree,并通过js操作它们。

解析完成后,浏览器引擎通过DOM tree,CSS rule tree 构建rendering tree。
css rule tree主要完成匹配,并把css rule赋给rendering tree的每个元素。
需要注意的是,rendering tree和DOM tree并不是完全一一对应的。不可见的DOM元素,是不会插入渲染数的。例如head元素,又如display:none的元素。(visibility:hidden 会出现在渲染树当中)


渲染树以及对应的DOM树.png

渲染树构建完成后,浏览器会
1.对这些元素进行定位和布局,这一步也叫做reflow或者layout。
2.绘制这些元素的样式,颜色,背景,大小及边框等,这一步也叫做repaint。
3.将各层的信息发送给GPU,GPU会将各层合成;显示在屏幕上。

reflow和layout做的事情基本相同,只是不同的渲染引擎的流程术语不同,webkit中元素的定位称为layout,Gecko中称为reflow。

reflow和repaint都是消耗浏览器性能的操作,简直说明一下

reflow(回流): 当浏览器发现某个部分发生了点变化影响了布局,需要倒回去重新渲染,这个回退的过程叫 reflow。reflow 会从 <html> 这个 root frame 开始递归往下,依次计算所有的结点几何尺寸和位置。
repaint(重绘): 改变元素的背景色,文字色,边框色等等不影响布局的属性时,屏幕需要重画但是元素的尺寸和位置没有变。

在reflow和repaint结束后,浏览器会将复合层传入GPU进行合成展示在屏幕上。

有些时候,动画不够流畅,主要就是因为进行了太多的reflow和repaint。例如

<style>
#a, #b {
 position: absolute;
}

#a {
 left: 10px;
 top: 10px;
 z-index: 2;
 animation: move 1s linear;
}

#b {
 left: 50px;
 top: 50px;
 z-index: 1;
}

@keyframes move {
 from { left: 30px; }
 to { left: 100px; }
}
</style>
<div id="#a">A</div>
<div id="#b">B</div>

在这个例子中,对于动画的每一帧;浏览器会计算元素的几何形状,渲染新状态的图像;并把它们发送给GPU。(你没看错,position也会引起浏览器重排的)尽管浏览器做了优化,在repaint时,只会repaint部分区域;但是我们的动画仍然不够流畅。

因为重排和重绘发生在动画的每一帧,一个有效避免reflow和repaint的方式是我们仅仅画两个图像;一个是a元素,一个是b元素及整个页面;我们将这两张图片发送给GPU,然后动画发生的时候;只做两张图片相对对方的平移。也就是说,仅仅合成缓存的图片将会很快;这也是GPU的优势——它能非常快地以亚像素精度地合成图片,并给动画带来平滑的曲线。

为了仅发生composite,我们做动画的css property必须满足以下三个条件:
1.不影响文档流
2.不依赖文档流
3.不会造成重绘
满足以上以上条件的css property只有transform和opacity。你可能以为position也满足以上条件,但事实不是这样,举个例子left属性可以使用百分比的值,依赖于它的offset parent。还有em、vh等其他单位也依赖于他们的环境。

我们使用translate来代替left

<style>
#a, #b {
 position: absolute;
}

#a {
 left: 10px;
 top: 10px;
 z-index: 2;
 animation: move 1s linear;
}

#b {
 left: 50px;
 top: 50px;
 z-index: 1;
}

@keyframes move {
 from { transform: translateX(0); }
 to { transform: translateX(70px); }
}
</style>
<div id="#a">A</div>
<div id="#b">B</div>

浏览器在动画执行之前就知道动画如何开始和结束,因为浏览器没有看到需要reflow和repaint的操作;浏览器就会画两张图像作为复合层,并将它们传入GPU。

参考:
http://blog.jobbole.com/12749/
https://segmentfault.com/a/1190000008015671

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